1、简答题 (18分)
示波管是示波器的核心部分,它主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成,如图14甲所示。电子枪具有释放电子并使电子聚集成束以及加速的作用;偏转系统使电子束发生偏转;电子束打在荧光屏上形成光迹。这三部分均封装于真空玻璃壳中。已知电子的电荷量=1.6×10C,质量=0.91×10kg,电子所受重力及电子之间的相互作用力均可忽略不计,不考虑相对论效应。
(1)电子枪的三级加速可简化为如图14乙所示的加速电场,若从阴极逸出电子的初速度可忽略不计,要使电子被加速后的动能达到16×10J,求加速电压为多大;
(2)电子被加速后进入偏转系统,若只考虑电子沿Y(竖直)方向的偏转情况,偏转系统可以简化为如图14丙所示的偏转电场。偏转电极的极板长=4.0cm,两板间距离=1.0cm,极板右端与荧光屏的距离=18cm,当在偏转电极上加的正弦交变电压时,如果电子进入偏转电场的初速度,求电子打在荧光屏上产生亮线的最大长度;
(3)如图14甲所示,电子枪中灯丝用来加热阴极,使阴极发射电子。控制栅极的电势比阴极的电势低,调节阴极与控制栅极之间的电压,可控制通过栅极电子的数量。现要使打在荧光屏上电子的数量增加,应如何调节阴极与控制栅极之间的电压。
电子枪中、和三个阳极除了对电子加速外,还共同完成对电子的聚焦作用,其中聚焦电场可简化为如图14丁所示的电场,图中的虚线是该电场的等势线。请简要说明聚焦电场如何实现对电子的聚焦作用。
2、计算题 示波器是一种多功能电学仪器,可以在荧光屏上显示出被检测的电压波形.它的工作原理等效成下列情况:如图所示,真空室中电极K发出电子(初速度不计),经过电压为U1的加速电场后,由小孔S沿水平金属板,A、B间的中心线射入板中.板长L,相距为d,在两板间加上如图乙所示的正弦交变电压,前半个周期内B板的电势高于A板的电势,电场全部集中在两板之间,且分布均匀.在每个电子通过极板的极短时间内,电场视作恒定的.在两极板右侧且与极板右端相距D处有一个与两板中心线垂直的荧光屏,中心线正好与屏上坐标原点相交.当第一个电子到达坐标原点O时,使屏以速度v沿-x方向运动,每经过一定的时间后,在一个极短时间内它又跳回到初始位置,然后重新做同样的匀速运动.(已知电子的质量为m,带电量为e,不计电子重力)求:?
(1)电子进入AB板时的初速度;?
(2)要使所有的电子都能打在荧光屏上,图乙中电压的最大值U0需满足什么条件??
(3)要使荧光屏上始终显示一个完整的波形,①荧光屏必须每隔多长时间回到初始位置?②计算这个波形的最大峰值和长度.③并在如图丙所示的x-y坐标系中画出这个波形.
3、选择题 如图所示,质量相等的两个带电液滴1和2从水平方向的匀强电场中O点释放后,分别抵达B、C两点,若AB=BC,则它们带电荷量之比q1∶q2等于( ? )
A.1∶2
B.2∶1
C.1∶?
D.∶1
4、选择题 如图2所示,两平行金属板竖直放置,板上A、B两孔正好水平相对,板间电压为500 V.一个动能为400eV的电子从A孔沿垂直板方向射入电场中.经过一段时间电子离开电场,则电子离开电场时的动能大小为 ( )
A.900eV B.500eV
C.400eV D.100eV
5、简答题 某些火箭发动机产生的推力F等于火箭在单位时间内喷出的推进剂的质量J与推进剂速度V的乘积.即F=JV.质子火箭发动机喷出的推进剂是质子,这种发动机用于外层空间产生小推力来纠正卫星轨道.设一台质子发动机喷出的质子流的电流I=1.0A,用于加速质子的电压U=5.0×104V,试求该发动机的推力F.已知质子的质量是m=1.6×10-27kg,电量e=1.6×10-19C.(保留二位有效数字)