- 示波管的构造及其工作原理
- 共89题
示波器是一种用来观察电信号的电子仪器,其核心部件是示波管,如图1所示是示波管的原理图.示波管由电子枪、偏转电极和荧光屏组成,管内抽成真空.电子从灯丝K发射出来(初速度可不计),经电压为U0的加速电场加速后,以垂直于偏转电场的方向先后进入偏转电极YY′、XX′.当偏转电极XX′、YY′上都不加电压时,电子束从电子枪射出后,沿直线运动,打在荧光屏的中心O点,在那里产生一个亮斑.
(1)只在偏转电极YY′上加不变的电压U1,电子束能打在荧光屏上产生一个亮斑.已知偏转电极YY′的极板长为L,板间的距离为d,YY′间的电场可看做匀强电场.电子的电荷量为e,质量为m,不计电子的重力以及电子间的相互作用力.求电子刚飞出YY′间电场时垂直于极板方向偏移的距离.
(2)只在偏转电极YY′上加u=U1sinωt的交流电压,试在图2中画出荧光屏上的图形.
(3)在YY′上加如图3所示的正弦交流电压,同时在XX′上加如图4所示的周期性变化的电压,假设UXX′=-U2 和UXX′=U2时,电子束分别打在荧光屏上的A、B两点,试在图5中画出荧光屏上的图形.
正确答案
解:(1)在加速电场中
在偏转电场中
平行于极板方向 L=v0t
垂直于极板方向
可得
(2)如答图1所示.
(3)如答图2所示.
答:(1)电子刚飞出YY′间电场时垂直于极板方向偏移的距离为
(2)(3)荧光屏上的图形如上图所示.
解析
解:(1)在加速电场中
在偏转电场中
平行于极板方向 L=v0t
垂直于极板方向
可得
(2)如答图1所示.
(3)如答图2所示.
答:(1)电子刚飞出YY′间电场时垂直于极板方向偏移的距离为
(2)(3)荧光屏上的图形如上图所示.
如图所示是示波器的示意图,竖直偏转电极的极板长L1=4cm,板间距离d=1cm.板右端距离荧光屏L2=18cm,(水平偏转电极上不加电压,没有画出)电子沿中心线进入竖直偏转电场的速度是v=1.6×107m/s,电子电荷量e=1.6×10-19C,质量m=0.91×10-30kg.要使电子束不打在偏转电极上,加在竖直偏转电极上的最大偏转电压U不能超过多大?
正确答案
解:运动的位移,d=
at2;
由牛顿第二定律,a=
匀速运动,t=
由以上三式,
解得:U=
代入数据,得 U=91V
答:要使电子束不打在偏转电极上,加在竖直偏转电极上的最大偏转电压U不能超过91V;
解析
解:运动的位移,d=
at2;
由牛顿第二定律,a=
匀速运动,t=
由以上三式,
解得:U=
代入数据,得 U=91V
答:要使电子束不打在偏转电极上,加在竖直偏转电极上的最大偏转电压U不能超过91V;
现代科学实验中常用的一种电子仪器叫示波器,它的核心部件是示波管,其工作原理如图所示,电量大小为e的电子在电势差为U1的加速电场中由静止开始运动,然后射入电势差为U2的两块平行极板间的偏转电场中,入射方向跟极板平行,偏转电场的极板间距离为d,板长为L,整个装置处在真空中,电子重力可忽略,电子能射出平行板区.
(1)偏转电场中,求示波管的灵敏度η(单位偏转电压引起的偏移距离叫示波管的灵敏度).
(2)求电子离开偏转电场时的动能大小.
正确答案
解:(1)在加速电场中,由动能定理得:
eU1=mv02…①
设电子在偏转电场中运动时间为t.则有:
L=v0t…②
y=…③
又a=…④
示波管的灵敏度为:η=…⑤
由①~⑤得:η=
故提高示波管的灵敏度的办法有:增大L、减小U1、减小d
(2)由动能定理,得:
eU1+y=Ek-0 ⑥
将②③式代入⑥,得:
Ek=eU1+
答:(1)提高示波管的灵敏度的办法有:增大L、减小U1、减小d.
(2)电子离开偏转电场时的动能大小是eU1+.
解析
解:(1)在加速电场中,由动能定理得:
eU1=mv02…①
设电子在偏转电场中运动时间为t.则有:
L=v0t…②
y=…③
又a=…④
示波管的灵敏度为:η=…⑤
由①~⑤得:η=
故提高示波管的灵敏度的办法有:增大L、减小U1、减小d
(2)由动能定理,得:
eU1+y=Ek-0 ⑥
将②③式代入⑥,得:
Ek=eU1+
答:(1)提高示波管的灵敏度的办法有:增大L、减小U1、减小d.
(2)电子离开偏转电场时的动能大小是eU1+.
如图,是示波管工作原理示意图,电子经加速电压U1加速后垂直进入偏转电场,离开偏转电场时的偏转量为h,两平行板间的距离为d,电势差为U2,板长为L,为了提高示波管的灵敏度(单位偏转电压引起的偏转量)可采取哪些措施?
正确答案
解:设电子质量为m,电量为e,电子经U1加速后,设以v0的速度垂直进入偏转电场,
由动能定理得:…①
电子在偏转电场中沿v0方向有:L=v0t…②
电子在偏转电场中垂直v0方向有:…③
电子在偏转电场中的偏转量h为:…④
联立以上①②③④四式解得示波管的灵敏度为:
由此可见:增大L、减小U1或d均可提高示波管的灵敏度.
答:为了提高示波管的灵敏度(单位偏转电压引起的偏转量)可采取措施:增大L、减小U1或d.
解析
解:设电子质量为m,电量为e,电子经U1加速后,设以v0的速度垂直进入偏转电场,
由动能定理得:…①
电子在偏转电场中沿v0方向有:L=v0t…②
电子在偏转电场中垂直v0方向有:…③
电子在偏转电场中的偏转量h为:…④
联立以上①②③④四式解得示波管的灵敏度为:
由此可见:增大L、减小U1或d均可提高示波管的灵敏度.
答:为了提高示波管的灵敏度(单位偏转电压引起的偏转量)可采取措施:增大L、减小U1或d.
在示波管中,电子枪2s内发射了6×1013个电子,求示波管中电流的大小.
正确答案
解:电子枪2 s内发射了6×1013个电子,则2 s通过示波管横截面的电子数为6×1013个,因此电流为
I= A=4.8×-6 A.
答:示波管中电流的大小是4.8×-6 A.
解析
解:电子枪2 s内发射了6×1013个电子,则2 s通过示波管横截面的电子数为6×1013个,因此电流为
I= A=4.8×-6 A.
答:示波管中电流的大小是4.8×-6 A.
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