题目内容

17.如图所示为电视机中显像管的原理示意图,电子枪中的灯丝因加热而逸出电子,这些电子再加速电场加速后,从O点进入由偏转线圈产生的圆形匀强磁场区域中,经过偏转磁场后打到荧光屏MN上,使荧光屏发出荧光形成图象,磁场方向垂直于圆面,磁场区域的中心为O′,半径为r,当不加磁场时,电子束将通过O′点打到荧光屏的中心Q点,已知电子的质量为m,电量为e,加速电压为U,磁场区域的最右端到荧光屏的距离为9r,不计从灯丝逸出的电子的初速度和电子之间的相互作用.
(1)电子飞出电场时的速度为多大?
(2)偏转磁场的强弱会影响电子偏离荧光屏中心的距离,当加偏转磁场且磁感应强度B=$\frac{1}{r}$$\sqrt{\frac{2mU}{3e}}$时,电子束将射到荧光屏上的P点,则PQ间距L为多少?

分析 (1)根据动能定理求出电子射出电场时的速度.
(2)电子在磁场中做匀速圆周运动,结合半径公式,通过几何关系,求出PQ间距大小.

解答 解:(1)设电子射出电场时的速度为v,根据动能定理有:
$eU=\frac{1}{2}m{v}^{2}$,
解得:v=$\sqrt{\frac{2eU}{m}}$.
(2)如图所示,电子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力充当向心力,根据牛顿第二定律有:
$evB=m\frac{{v}^{2}}{R}$,
电子在磁场中偏转的半径R和r有以下关系:
$tan\frac{α}{2}=\frac{r}{R}$,
同时有:$tanα=\frac{L}{10r}$.
代入$B=\frac{1}{r}\sqrt{\frac{2mU}{3e}}$,
解得:L=$10\sqrt{3}r$.
答:(1)电子飞出电场时的速度为$\sqrt{\frac{2eU}{m}}$.
(2)PQ间距L为$10\sqrt{3}r$.

点评 本题考查了带电粒子在电场中的加速和在磁场中做匀速圆周运动,掌握粒子在磁场中运动的半径公式,结合几何关系进行求解,难度不大.

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