- 示波管的构造及其工作原理
- 共89题
如图1所示是示波管的原理图(答卷上为只有偏转电极YY’的正视平面图),两偏转电极YY’和XX’的板长均为l=2cm,板间距均为d=0.5cm,YY’偏转电极边缘离屏距离LY=19cm,XX’偏转电极边缘离屏距离LX=15cm,电子枪的加速电压为U0加=2000V,加在YY’偏转电极上的信号电压Uy按正弦规律变化,如图2所示,其最大值UYmax=100V,变化周期TY=0.01s.加在XX’偏转电极上的扫描电压变化如所示,最大值UXmax=250V,变化周期TX=0.02s.在上述条件下,电子穿过极板时间极短且能全部通过两偏转电极,打到屏上可观察的范围内.
(1)请分别求出在竖直方向电子打到屏上的最大偏移量Ymax.
(2)若算出水平方向的最大偏转量Xmax=4cm,UY为正时,向上偏移.UX为正时,向右偏移.(UY=0,UX=0时,电子打在屏坐标原点),请结合题给UY和UX随时间变化的图象,在如图3屏坐标上画出显示的曲线.
正确答案
解:(1)电子加速:
偏转电场中加速度
在电场中的运动时间
经YY’偏转电极出板最大偏移量:
在Y方向打在屏上的最大偏移量有:=
Y/cm,0X/cm屏坐标每格边长1cm
解得:Ymax=0.02m
(2)将电子在两个方向的运动,根据平行四边形定则进行合成,从而得出如图所示的图象;
答:
(1)在竖直方向电子打到屏上的最大偏移量Ymax为0.02m.
(2)在如图3屏坐标上画出显示的曲线如图所示.
解析
解:(1)电子加速:
偏转电场中加速度
在电场中的运动时间
经YY’偏转电极出板最大偏移量:
在Y方向打在屏上的最大偏移量有:=
Y/cm,0X/cm屏坐标每格边长1cm
解得:Ymax=0.02m
(2)将电子在两个方向的运动,根据平行四边形定则进行合成,从而得出如图所示的图象;
答:
(1)在竖直方向电子打到屏上的最大偏移量Ymax为0.02m.
(2)在如图3屏坐标上画出显示的曲线如图所示.
示波管的主要结构由电子枪、偏转电极和荧光屏组成.在电子枪中,电子由阴极K发射出来,经加速电场加速,然后通过两对相互垂直的偏转电极形成的电场,发生偏转.其示意图如图(图中只给出一对yy′方向偏转的电极)所示.已知:电子质量为m,电量为e,两个偏转电极间的距离为d,偏转电极边缘到荧光屏的距离为L.没有加偏转电压时,电子从阴极射出后,沿中心线打到荧光屏上的O点时动能是E0.设电子从阴极发射出来时的初速度可以忽略,偏转电场只存在于两个偏转电极之间.求:
(1)电子枪中的加速电压U是多少?
(2)如果yy′方向的偏转电极加的偏转电压是Uy,电子打到荧光屏上P点时的动能为Et.求电子离开偏转电场时,距中心线的距离Sy为多少?
正确答案
解:
(1)由E0=eU得:
(2)偏转电场的场强为:
带电粒子在偏转电场中运动的动能定理得:
EeSy=Et-E0
所以:
答:(1)电子枪中的加速电压U是多少
(2)电子离开偏转电场时,距中心线的距离Sy为.
解析
解:
(1)由E0=eU得:
(2)偏转电场的场强为:
带电粒子在偏转电场中运动的动能定理得:
EeSy=Et-E0
所以:
答:(1)电子枪中的加速电压U是多少
(2)电子离开偏转电场时,距中心线的距离Sy为.
如图所示为示波器的部分构造示意图,真空室中电极K连续不断地发射电子(初速不计),经过电压为U1的加速电场后,由小孔沿水平金属板间的中心轴线射入两板间,板长为L,两板距离为d,电子穿过电场后,打在荧光屏上,屏到两板右边缘的距离为L′,水平金属板间不加电压时,电子打在荧光屏的中点.荧光屏上有a、b两点,到中点的距离均为S,若在水平金属板间加上变化的电压,要求t=0时,进入两板间的电子打在屏上a点,然后在时间T内亮点匀速上移到b点,亮点移到b点后又立即跳回到a点,以后不断重复这一过程,在屏上形成一条竖直亮线.设电子的电量为e,质量为m,在每个电子通过水平金属板的极短时间内,电场可视为恒定的.
(1)求水平金属板不加电压时,电子打到荧光屏中点时的速度的大小.
(2)求水平金属板间所加电压的最大值U2m.
(3)写出加在水平金属板间电压U2与时间t(t<T)的关系式.
正确答案
解:(1)由动能定理有:eU1=
得:
(2)水平向匀速运动:L=v1t
竖直向加速运动:y=
联立解得:y=
电子离开偏转板时,垂直O1O3方向的初速度: 则又偏转:y′=
=
则Y=y+y′=
偏转最大距离为S时,电压U2最大,为U2m,则有:
S=
U2m=
(3)t时刻亮点的位置:y=()
则:
则:U2t=
答:(1)水平金属板不加电压时,电子打到荧光屏中点时的速度的大小为.
(2)求水平金属板间所加电压的最大值为
(3)加在水平金属板间电压U2与时间t(t<T)的关系式为:U2t=
解析
解:(1)由动能定理有:eU1=
得:
(2)水平向匀速运动:L=v1t
竖直向加速运动:y=
联立解得:y=
电子离开偏转板时,垂直O1O3方向的初速度: 则又偏转:y′=
=
则Y=y+y′=
偏转最大距离为S时,电压U2最大,为U2m,则有:
S=
U2m=
(3)t时刻亮点的位置:y=()
则:
则:U2t=
答:(1)水平金属板不加电压时,电子打到荧光屏中点时的速度的大小为.
(2)求水平金属板间所加电压的最大值为
(3)加在水平金属板间电压U2与时间t(t<T)的关系式为:U2t=
如图所示为一真空示波管,电子从灯丝K发出(初速度不计),经灯丝与A板间的加速电压U1加速,从A板中心孔沿中心线KO射出,然后进入两块平行金属板M、N形成的偏转电场中(偏转电场可视为匀强电场),电子进入M、N间电场时的速度与电场方向垂直,电子经过电场后打在荧光屏上的P点.已知M、N两板间的电压为U2,两板间的距离为d,板长为L1,板右端到荧光屏的距离为L2,电子的质量为m,电荷量为e.求:
(1)电子穿过A板时的速度vA的大小;
(2)电子从偏转电场射出时的侧移量y的大小;
(3)电子从偏转电场射出时的偏转角θ的正切值;
(4)P点到O点的距离yOP;
(5)写出一个可以使打电子在屏上的距离yOP变大的方法;
(6)若U2的值任意,求电子打在屏上的距离OP的最大值ym的大小.
正确答案
解:(1)设电子经电压U1加速后的速度为V0,
由动能定理得:eU1=mvA2,解得:vA=
;
(2)电子以速度υ0进入偏转电场后,垂直于电场方向做匀速直线运动,
沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动,设偏转电场的电场强度为E,
电子在偏转电场中运动的时间为t1,电子的加速度为α,离开偏转电场时的侧移量为y1,
由牛顿第二定律得:F=eE2=e=ma,解得:a=
,
由运动学公式得:L1=v0t1,y=at12,解得:y=
;
(3)设电子离开偏转电场时沿电场方向的速度为υy,
由匀变速运动的速度公式可知υy=at1;
电子离开偏转电场后做匀速直线运动,
tanθ=
(4)因tanθ==
所以yOP=
(5)使打电子在屏上的距离yOP变大,由上公式可知,只增大L1;
(6)根据几何关系,则
∴ym=
答:(1)电子穿过A板时的速度的大小:vA=;
(2)电子从偏转电场射出时的侧移量的大小:y=;
(3)电子从偏转电场射出时的偏转角θ的正切值;
(4)P点到O点的距离yOP=;
(5)写出一个可以使打电子在屏上的距离yOP变大的方法:只增大L1;
(6)若U2的值任意,求电子打在屏上的距离OP的最大值的大小ym=.
解析
解:(1)设电子经电压U1加速后的速度为V0,
由动能定理得:eU1=mvA2,解得:vA=
;
(2)电子以速度υ0进入偏转电场后,垂直于电场方向做匀速直线运动,
沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动,设偏转电场的电场强度为E,
电子在偏转电场中运动的时间为t1,电子的加速度为α,离开偏转电场时的侧移量为y1,
由牛顿第二定律得:F=eE2=e=ma,解得:a=
,
由运动学公式得:L1=v0t1,y=at12,解得:y=
;
(3)设电子离开偏转电场时沿电场方向的速度为υy,
由匀变速运动的速度公式可知υy=at1;
电子离开偏转电场后做匀速直线运动,
tanθ=
(4)因tanθ==
所以yOP=
(5)使打电子在屏上的距离yOP变大,由上公式可知,只增大L1;
(6)根据几何关系,则
∴ym=
答:(1)电子穿过A板时的速度的大小:vA=;
(2)电子从偏转电场射出时的侧移量的大小:y=;
(3)电子从偏转电场射出时的偏转角θ的正切值;
(4)P点到O点的距离yOP=;
(5)写出一个可以使打电子在屏上的距离yOP变大的方法:只增大L1;
(6)若U2的值任意,求电子打在屏上的距离OP的最大值的大小ym=.
如图所示的示波管,电子由阴极发射后,经电子枪加速水平飞入偏转电场,最后打在荧光屏上,已知电子质量为m,带电量为-e,加速电压为U1,偏转电压为U2,两偏转极板间距为d,板长为L1,从偏转极板到荧光屏的距离为L2
求:(1)电子离开加速电场时的速度;
(2)电子打在荧光屏上的偏距OP.
正确答案
解:(1)在加速电场中,根据动能定理得:U1q=
得:
(2)电子进入偏转电场后做类平抛运动,则有:
水平方向有:
竖直方向有:a= y=
电子离开电场时竖直分速度为 vy=at=,
则 tanα==
电子离开偏转电场后做匀速直线运动,则到达荧光屏的时间为:
偏转距离为 y′=vyt2==
所以 y2=y′+y1=.
答:
(1)电子离开加速电场的速度v1为
(2)电子打在荧光屏上的偏距op为
解析
解:(1)在加速电场中,根据动能定理得:U1q=
得:
(2)电子进入偏转电场后做类平抛运动,则有:
水平方向有:
竖直方向有:a= y=
电子离开电场时竖直分速度为 vy=at=,
则 tanα==
电子离开偏转电场后做匀速直线运动,则到达荧光屏的时间为:
偏转距离为 y′=vyt2==
所以 y2=y′+y1=.
答:
(1)电子离开加速电场的速度v1为
(2)电子打在荧光屏上的偏距op为
扫码查看完整答案与解析