高三物理示波管的原理与使用试题

高三物理示波管的原理与使用试题
1.示波器是一种电子仪器，用它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，
由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，其原理图如图甲所示，图乙是从右向左看到的荧光屏的平面图。

在偏转电极XX′、YY′上都不加电压时，电子束将打在荧光屏的中心点，下列是有关运用偏转
电场实现对电子束的控制的方法,以上说法中正确的是
A．让亮斑沿OY向上移动，在偏转电极YY′加电压，且Y′比Y电势高
B．让亮斑移到荧光屏的左上方，在偏转电极XX′、YY′加电压，且X比X′电势高、Y比Y′电势高C．让荧光屏上出现一条水平亮线，只在偏转电极XX′上加特定的周期性变化的电压（扫描电压）D．让荧光屏上出现正弦曲线，在偏转电极XX′上加适当频率的扫描电压、在偏转电极YY′上加按正弦规律变化的电压
【答案】CD
【解析】让亮斑沿OY向上移动，则电子受到的向上的电场力，故电场方向向下，所以Y电压高
于Y′电压，A错误，
让亮斑移到荧光屏的左上方，在竖直方向上受到向上的电场力，在水平方向上受到向左的电场力，故在偏转电极XX′、YY′加电压，且X比X′电势低、Y比Y′电势高,B错误，
让荧光屏上出现一条水平亮线，即在竖直方向上不受到电场力，故只需只在偏转电极XX′上加电压，要使呈现一条直线，即亮点的位置沿水平方向变化，所以所加电压为周期性变化的电压，C
正确，
让荧光屏上出现正弦曲线，在偏转电极XX′上加适当频率的扫描电压、在偏转电极YY′上加按正
弦规律变化的电压，D正确，
【考点】考查了示波器的工作原理
点评：关键是理解电子在竖直方向，水平方向的偏转方向，并且电子受到的电场力和电场方向相
反
2.电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。

电子束经过加速电场后，进入一圆
形匀强磁场区，磁场方向垂直于圆面。

不加磁场时，电子束将通过磁场中心O点而打到屏幕上的
中心M，加磁场后电子束偏转到P点外侧。

现要使电子束偏转回到P点，可行的办法
是（）
A．减小加速电压B．增加偏转磁场的磁感应强度
C．将圆形磁场区域向屏幕靠近些D．将圆形磁场的半径增大些
【答案】C
【解析】在相同情况下将屏幕向左平移些，打在屏幕上的点肯定向下移动，所以C正确。

根据示意图，偏转角度，其中R为磁场半径，r为粒子轨道半径。

根据，
可知U越小，进入磁场的速度越小，粒子轨道半径越小，则偏转角度越大，所以P点向上
移动，所以A错。

同理可得B增加，r减小，偏转角变大，P点上移，B错。

R半径变大，所以P 点上移动。

【考点】加速电场、带电粒子的圆周运动
点评：此类题型考察了带电粒子在磁场中的偏转
3.实验室所用示波器，是由电子枪、偏转电极和荧光屏三部分组成，当垂直偏转电极 YY'，水平偏转电极 XX '的电压都为零时，电子枪发射的电子通过偏转电极后，打在荧光屏的正中间．若要在荧光屏上始终出现如右图所示的斑点 a，那么，YY '与 XX '间应分别加上如下图所示哪一组电
压
【答案】A
【解析】电子上YY’方向上，向上偏转，所以粒子受到的电场力方向向上，故Y板上带正电，Y’上带负电，在XX’方向上，向X’方向偏转，所以X’板为负极，所以A正确，
【考点】本题考查了示波器原理
点评：本题关键是将带电粒子的运动沿着x、y和初速度方向进行正交分解，然后根据各个分运动相互独立，互不影响的特点进行分析讨论．
4.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
【答案】A
【解析】考查带电粒子在匀强电场中加速和在电场中偏转规律. 设电子的电量为e,质量为m,则在加速电场中:
U1e=通过偏转电场:l=v0t,y=从偏转电场右端到荧光屏之间,联立上式得: UAB=kt(k为乙图图线斜率),所以Y与t成线性关系,A正确.
5.示波管是一种多功能电学仪器，其结构图如下图所示，电子枪中的炽热金属丝不断放出可认为初速度为零的电子，在加速电场加速，再经偏转电极xx’和YY′，最后在荧光屏上形成图象。

现在偏转电极xx′和YY′上不加电压，加速电场电压为U，经加速后形成横截面积为S、电流为I的电子束。

已知电子的电量为e、质量为m，则在刚射出加速电场时，一小段长为△L的电子束内电
子个数是
【答案】A
【解析】偏转电极xx′和YY′上不加电压,粒子从加速电场中做匀速直线运动
根据公式：长为△L的电子束内电子个数是n
I = =
解得：n=,A正确。

6.如图所示，实线为电视机显像管主聚焦电场中的等势面。

a、b、c、d为圆上的四个点，则下列说法中正确的是
A．a、b、c、d四点电势不等，但电场强度相同
B．一电子从b点运动到c点，电场力做的功为0.6eV
C．若一电子从左侧沿中心轴线穿越电场区域，将做加速度先增加后减小的加速直线运动
D．一束电子从左侧平行于中心轴线进入电场区域，将会从右侧平行于中心轴线穿出
【答案】BC
【解析】等势线的疏密程度能反映场强的大小，根据等势线的分布可知电场成对称状; a、b、c、d四点电势相等，场强方向为等势线的垂线方向，所以场强方向不同，A错；
电子从b点运动到c点，电场力做的功W=Uq=0.6eV;B对。

电子沿轴线运动时受电场力方向沿中心轴线向右，所以电子将做加速度先增加后减小的加速直线运动，C对；
若从平行于中心轴线位置运动，则受到的电场力与速度不共线，将会做曲线运动，D错。

7.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U
1
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。

已知加速电压为U
1，M、N两板间的电压为U
2
，两板间的距离为d，板
长为L
1，板右端到荧光屏的距离为L
2
，电子的质量为m，电荷量为e。

求：
【1】电子穿过A板时的速度大小；
【答案】
【2】电子从偏转电场射出时的侧移量；
【答案】
【3】P点到O点的距离。

8.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．
⑴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；
⑵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；
⑶①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；
②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．
【答案】解：⑴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)
⑵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)
⑶①如答图3所示； (4分)
②减小或增大 (3分)
【解析】略
9.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
的加速电场加速后，以垂直于场强的方向沿中轴线
子从电子枪射出（初速可不计），经电压为U
1
，板间距离为d，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U
2
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v
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’
【答案】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θ，
则
由几何关系得：
代入得
【解析】略
10.由示波管工作原理可知，电子经过电压为U
1的加速电场后，以初速度V
垂直进入电压为U
2
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/U
2
），可采取的方法有：
A．把加速电压U
1
升高一些
B．把偏转电压U
2
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
【答案】CD
【解析】略。