电磁学电场11示波器的原理和使用中档.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流电磁学电场11示波器的原理和使用中档.精品文档.电磁学 11示波器的原理和使用 中档1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:如图甲所示,真空室中电极K发出的电子(初速不计),经过电压为U1的加速电场后,由小孔S沿水平金属板A、B间的中心线射入两板间.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范围很大的荧光屏,中心线正好与屏上坐标原点相交(x方向水平,y方向竖直),电子通过极板间打到荧光屏上将出现亮点.若在A、B两板间加上如图乙所示的电压,则荧光屏上亮点的运动规律是( )A.沿y轴方向做匀速运动B.沿x轴方向做匀速运动C.沿y轴方向做匀加速运动D.沿x轴方向做匀加速运动AB2物理小组用自己设计的位移传感器来探究滑块的简谐运动，其工作原理如图(a)所示，滑块M在导轨上平移时，带动滑动变阻器的滑片P一起平移，利用示波器获得的Ut图像可以反映滑块M的位移x的变化情况。已知电源电动势为E，内阻不计，滑动变阻器的滑片从A端滑到B端的总长为L，滑块位于O点时滑片P恰与AB的中点接触。滑块M以O为平衡位置做简谐运动（取向右为正方向）振幅为。若U随时间t的变化关系如图(b)所示，则在图示0t1时间内，下列说法正确的是（a）xSOMP示波器（b） tU t1OEA滑块M的速度为正方向且不断增大 B滑块M的速度为负方向且不断减小C滑块M的加速度为正方向且不断增大D滑块M的加速度为负方向且不断减小3.图 (a)为示波器的原理图。如果在电极YY之间所加的电压按（b）所示的规律变化，在电极XX之间的电压按图（c）所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形是：（ B ）4示波管的真空室中电极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间的中心线射入板间。当A、B间电压为U2时电子偏离中心线飞出电场打到荧光屏上而显示亮点。若不计电子重力，下列情况中一定能使亮点偏离中心距离变大的是（ ）AU1变大，U2变大BU1变小，U2变大CU1变大，U2变小DU1变小，U2变小KU1SBA+U2L5图（a）为示波管的原理图。如果在电极之间所加的电压图按图（b）所示的规律变化，在电极之间所加的电压按图（c）所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形是 来源: 6图（a）为示波管的原理图。如果在点击之间所加的电压图按图（b）所示的规律变化，在电极之间所加的电压按图（c）所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形是7由示波管工作原理可知，电子经过电压为U1的加速电场后，以初速度V0垂直进入电压为U2的偏转电场，离开电场时的偏转距离是y，两平行板间距离是d，板长是L。为了提高示波管的灵敏度（每单位电压引起的偏转量y/U2），可采取的方法有：A把加速电压U1升高一些 B把偏转电压U2升高一些C把偏转电场的板长L增大一些 D把偏转电场的板间距离d 减小一些8某示波器工作时，屏上显示出如图所示的波形，且亮度较弱。（1）（6分）要将波形调到中央，应调节示波器的 旋钮和 旋钮；若要增大显示波形的亮度，应调节_旋钮。（2）（3分）此时衰减调节旋钮位于“ ” 挡，若要使此波形横向展宽，并显示出3个完整的波形，同时要求波形波幅适当大些，需要进行的操作是 （ ） A.将衰减调节旋钮调为“10”档B.调节Y增益旋钮C.调节X增益旋钮来源:学|科|网D.调节扫描微调旋钮 示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。9如图所示.如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的( )A.极板应带正电 B.极板应带正电C.极板应带正电 D.极板应带正电10如果只在偏转电极XX/上加如图所示的电压,试在图中画出所观察到的波形图；11如果只在偏转电极YY/上加如图所示的电压,试在图中画出所观察到的波形图；12如果在偏转电极XX/上加如图所示的电压同时在偏转电极YY/上加如图所示的电压,试在图中画出所观察到的波形图示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。13如图所示.如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的( )A.极板应带正电 B.极板应带正电C.极板应带正电 D.极板应带正电14如果只在偏转电极XX/上加如图所示的电压,试在图中画出所观察到的波形图；15如果只在偏转电极YY/上加如图所示的电压,试在图中画出所观察到的波形图；16如果在偏转电极XX/上加如图所示的电压同时在偏转电极YY/上加如图所示的电压,试在图中画出所观察到的波形图17如图所示为示波管的示意图，竖直偏转电极的极板长l4.0 cm，两板间距离d1.0 cm，极板右端与荧光屏的距离L18 cm。由阴极发出的电子经电场加速后，以v=1.6×107 m/s沿中心线进入竖直偏转电场。若电子由阴极逸出时的初速度、电子所受重力及电子之间的相互作用力均可忽略不计，已知电子的电荷量e1.6×10-19 C，质量m0.91×10-30 kg。（1）求加速电压U0的大小；（2）要使电子束不打在偏转电极的极板上，求加在竖直偏转电极上的电压应满足的条件；（3）在竖直偏转电极上加的交变电压，求电子打在荧光屏上亮线的长度。18（15分）图是说明示波器工作原理的示意图，已知两平行板间的距离为d、板长为l电子经电压为U1的电场加速后从两平行板间的中央处垂直进入偏转电场设电子质量为me、电荷量为e（1）求经电场加速后电子速度v的大小（2）要使电子离开偏转电场时的偏转角度最大，两平行板间的电压U2应是多少？电子动能多大？lU1d19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？ 图为示波管的示意图，竖直偏转电极的极板长l4.0 cm，两板间距离d1.0 cm，极板右端与荧光屏的距离L18 cm。由阴极发出的电子经电场加速后，以v=1.6×107 ms的速度沿中心线进入竖直偏转电场。若电子由阴极逸出时的初速度、电子所受重力及电子之间的相互作用力可忽略不计，已知电子的电荷量e1.6×10-19 C，质量m0.91×10-30 kg。20求加速电压U0的大小；21要使电子束不打在偏转电极的极板上，求加在竖直偏转电极上的电压应满足的条件；22在竖直偏转电极上加u40 sin100t（V）的交变电压，求电子打在荧光屏上亮线的长度。如图所示，是示波器工作原理的示意图，电子经电压U1从静止加速后垂直进入偏转电场，偏转电场的电压为U2，两极板间距为d，极板长度为L，电子离开偏转电场时的偏转量为h，每单位电压引起的偏转量（h/U2）叫示波器的灵敏度，试求：23电子离开偏转电场时的偏转量h24该示波器的灵敏度h/U225并探究可采用哪些方法提高示波器的灵敏度。26（10分)下面是一个示波管工作原理图，初速度为零的电子经电压为U1的电场加速后垂直进入偏转电场，两平行板间的距离为d，板长L1，偏转电压为U2。S为屏，与极板垂直，到极板的距离L2。已知电子电量e，电子质量m。不计电子所受的重力。 （1）电子进入偏转电场的速度v0是多少？ （2）电子离开偏转电场时的偏转量y1为多少? （用U1、U2、d、L1表示） （3）电子到达屏S上时，它离O点的距离y是多少？（用U1、U2、d、L1、L2表示）L1L2U1SO27如图1所示是示波管的原理图，它由电子枪、荧光屏和两对相互垂直的偏转电极、组成偏转电极的极板都是边长为l的正方形金属板，每对电极的两个极板间距都为d电极的右端与荧光屏之间的距离为L这些部件处在同一个真空管中电子枪中的金属丝加热后可以逸出电子，电子经加速电极间电场加速后进入偏转电极间，两对偏转电极分别使电子在两个相互垂直的方向发生偏转荧光屏上有xoy直角坐标系，x轴与电极的金属板垂直(其正方向由X指向X)，y轴与电极的金属板垂直(其正方向由指向Y)已知电子的电量为e，质量为m可忽略电子刚离开金属丝时的速度，并不计电子之间相互作用力及电子所受重力的影响t4t02t0Ux-UxOUXX图2t02t0Uy-UyOtUYY图3Oxy图4若加速电极的电压为，两个偏转电极都不加电压时，电子束将沿直线运动，且电子运动的轨迹平行每块金属板，并最终打在xoy坐标系的坐标原点求电子到达坐标原点前瞬间速度的大小；若再在偏转电极之间加恒定电压，而偏转电极之间不加电压，求电子打在荧光屏上的位置与坐标原点之间的距离；若偏转电极之间的电压变化规律如图2所示，之间的电压变化规律如图3所示由于电子的速度较大，它们都能从偏转极板右端穿出极板，且此过程中可认为偏转极板间的电压不变请在图4中定性画出在荧光屏上看到的图形；要增大屏幕上图形在y方向的峰值，若只改变加速电极的电压、之间电压的峰值、电极之间电压的峰值三个量中的一个，请说出如何改变这个物理量才能达到目的28有一种电子仪器叫示波器，可以用来观察电信号随时间变化的情况，示波器的核心部件是示波管，如图甲所示，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成如果在偏转电极XX'和YY'上都没加电压，电子束从金属板小孔射出后将沿直线传播，打在荧光屏中心，且在屏中心处产生一个亮斑如果在偏转电极XX'上不加电压，只在偏转电极YY'上加电压，电子在偏转电极YY'的电场中发生偏转，离开偏转电极YY'后沿直线前进，最终打在荧光屏上形成亮斑，如图乙所示已知电子从电子枪射出（初速可不计），经电压为U1的加速电场加速后，以垂直于场强的方向沿中轴线进入YY'间的匀强电场，又知偏转电极XX'上无电压；偏转电极YY'上的电压为U2，板间距离为d，极板长为l，偏转电极YY'到荧光屏的距离为L电子所带电量为e，质量为m（1）求电子经过加速后获得的速度v0的大小（2）求电子刚刚飞出YY'间电场时的侧向偏移量y（3）求电子打在荧光屏上形成的亮斑与屏幕中心的竖直距离y图甲 图乙29如图为示波管的部分示意图，竖直YY和水平XX偏转电极的板长都为l=4cm，电极间距离都为d=1cm，YY、XX板右端到荧光屏的距离分别为10cm 和12cm，两偏转电场间无相互影响。电子束通过A板上的小孔沿中心轴线进入偏转电极时的速度为v0=1.6×107m/s，元电荷电量，电子质量。当偏转电极上不加电压时，电子束打在荧光屏上的O点。求：（1）令偏转电极XX上电压为零，要使电子束不打在偏转电极YY的极板上，加在偏转电极YY上的偏转电压U不能超过多大？（2）若在偏转电极XX上加Ux=45.5sin（）V的电压，在偏转电极YY上加Uy=45.5cos（）V的电压，求电子在荧光屏上的x、y坐标随时间变化的关系式。（3）通过计算说明源源不断的电子打在荧光屏上所产生亮点的轨迹形状。A图2130示波器的核心部分为示波管，如图21甲所示, 真空室中电极K发出电子(初速不计)，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21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，电场可看作恒定的。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A、B板时的初速度； 要使所有的电子都能打在荧光屏上，图21乙中电压的最大值U0需满足什么条件? (2) 要使荧光屏上始终显示一个完整的波形，荧光屏必须每隔多长时间回到初始位置? 计算这个波形的峰值和长度. 在如图12丙所示的x - y坐标系中画出这个波形。参考答案1A2A3B4B5B6B7CD89AC10111213AC14151617（1）U0=728V（2）加在偏转电极上的电压U应小于91V（3）18（1）（2） 1991V20728V2191V2223U2 L2/4d U124L2/4d U125增大L、减小d、减小U1都可以提高示波器的灵敏度26（1）设电子经加速电场U1加速后以速度v0进入偏转电场，由动能定理有， （2分）（2）进入偏转电场后在电场线方向有， （1分）经时间t飞出电场有，飞出电场时偏转量为 （2分）由以上各式得 （1分）（3）设电子从偏转场穿出时，沿y方向的速度为vy，穿出后到达屏S所经历的时间为t2，在此时间内电子在y方向移动的距离为y2，有 （2分）由以上各式得 （1分） （1分） 也可用相似比直接求y。即：，27解：电子出加速电场后做匀速直线运动，设速度为，根据动能定理得：(3分)解得：(2分)设电子在偏转电极中的运动时间为，沿垂直电场方向电子做匀速直线运动，则：(1分)沿平行电场方向电子做初速度为0的匀加速直线运动，则：(1分)此过程中电子的加速度大小(1分)电子在y方向的速度(1分)电子在偏转电场外做匀速直线运动，设经时间到达荧光屏则：(1分)(1分)电子打在荧光屏上的位置与坐标原点之间的距离解得：(2分)如答图3所示；(4分)减小或增大(3分)答图3Oxy28解：（1）电子在加速电场中加速，有，得（2）电子在YY'内的加速度为，在YY'内运动的时间：所以，偏转位移（3）设离开电场区域速度与水平方向的夹角为，则由几何关系得：代入得29（1）设偏转电场的场强为E，则有： 设电子经时间t通过偏转电场，偏离轴线的侧向位移为s侧，则有：在中心轴线方向上：在轴线侧向有： 要使电子束不打在偏转电极的极板上，则代入数据解式可得（2）由式可得而电场的变化周期得故可以认为电子通过偏转电场的过程中板间时局为匀强电场设电子通过偏转电场过程中产生的侧向速度为v侧，偏转角为，则电子通过偏转电场时有：设偏转极板右端到荧光屏距离为L，电子在荧光屏上偏离O点的距离为由式、式可得电子在荧光屏上的x、y坐标为：（3）所以荧光屏上出现的是半长轴和半短轴分别为0.025m、0.018m的椭圆（指出荧光屏上产生亮点的轨迹为椭圆，而没给出半长轴和半短轴的具体数值，本步2分照给）。30（1） (2) 要保持一个完整波形，需每隔周期T回到初始位置。波形如图3所示。