7.12 示波管的工作原理-2018年高三物理一轮总复习名师伴学含解析

课前预习● 自我检测
1、（多选) 如图所示，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。

如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的（)
A．极板X应带正电B．极板X′应带正电
C．极板Y应带正电D．极板Y′应带正电
1、【答案】AC
2、如图所示为一真空示波管的示意图，电子从灯丝K发出（初速度可忽略不计），经灯丝与A板间的电压U1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M、N两板间的电压为U2，两板间的距离为d，板长为L,电子的质量为m，电荷量为e，不计电子受到的重
力及它们之间的相互作用力．
（1）求电子穿过A板时速度的大小;
（2）求电子从偏转电场射出时的侧移量；
（3)若要使电子打在荧光屏上P点的上方，可采取哪些措施?
【答案】(1) 错误!（2)错误!(3)减小U1或增大U2【解析】（1）设电子经电压U1加速后的速度为v0，由动能定理得eU1＝错误!mv错误!－0解得v0＝错误!
(2）电子以速度v0进入偏转电场后,垂直于电场方向做匀速直线运动,沿电场方向做初速度为零的匀加速直线运动．设偏转电场的电场强度为E，电子在偏转电场中运动的时间为t，加速度为a，电子离开偏转电场时的侧移量为y.由牛顿第二定律和运动学公式得t＝错误!,F＝ma，F＝eE,E＝错误!，y＝错误!at2解得y＝错误!.
(3）减小加速电压U1;增大偏转电压U2。

课堂讲练● 典例分析
考点示波器的工作原理
【典例1】图（a)为示波管的原理图.如果在电极YY′之间所加的电压按图（b）所示的规律变化，在电极XX′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（)
【答案】B
【反思总结】
1．示波管装置
示波管由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空．如图所示．
2．工作原理
（1）如果在偏转电极XX′和YY′之间都没有加
电压，则电子枪射出的电子束沿直线运动，打在荧光屏中心，在那里产生一个亮斑．
（2）YY′上加的是待显示的信号电压．XX′上是机器自身产生的锯齿形电压，叫做扫描电压．若所加扫描电压和信号电压的周期相同,就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图象．
3. 示波器中的电子在Y－Y′和X－X′两个电极作用下，同时参与两个类平抛运动，一方面沿Y－Y′方向偏,另一方面沿X－X′方向偏，找出几个特殊点,即可确定光屏上的图形．
【跟踪短训】
1．（多选)示波管的内部结构如图甲所示．如果偏转电极XX′、YY′之间都没有加电压，电子束将打在荧光屏中心．如果在偏转电极XX′之间和YY′之间加上图丙所示的几种电压，荧光屏上可能会出现图乙中（a）、（b)所示的两种波形．则( )
甲
A．若XX′和YY′分别加电压（3)和（1），荧光屏上可以出现图乙中（a)所示波形
B．若XX′和YY′分别加电压(4）和(1)，荧光屏上可以出现图乙中(a)所示波形
C．若XX′和YY′分别加电压(3)和（2),荧光屏上可以出现图乙中(b)所示波形
D．若XX′和YY′分别加电压（4）和(2),荧光屏上可以出现图乙中(b）所示波形
【答案】AC
课后巩固● 课时作业
基础巩固
1．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,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X应带正电B．极板X′应带正电
C．极板Y应带正电D．极板Y′应带正电
【答案】AC
2．如图所示的示波管，当两偏转电极XX′、YY′电压为零时，电子枪发射的电子经加速电压加速后会打在荧光屏上的正中间（图示坐标的原点为O点，其中x 轴与XX′电场的场强方向重合,x轴正方向垂直于纸面指向纸内，y轴与YY′电场的场强方向重合)．若要电子打在图示坐标的第Ⅲ象限，则( ）
A．X、Y极接电源的正极，X′、Y′接电源的负极
B．X、Y′极接电源的正极,X′、Y接电源的负极
C．X′、Y极接电源的正极，X、Y′接电源的负极
D．X′、Y′极接电源的正极，X、Y接电源的负极
【答案】D
【解析】若要电子打在图示坐标的第Ⅲ象限，电子在x轴上向负方向偏转，则应使X′接正极，X接负极;电子在y轴上也向负方向偏转，则应使Y′接正极，Y接负极，所以选项D正确.
3．示波器是用来观察电信号随时间变化的仪器．示波器的核心部件是示波管．示波管的工作原理示意图如图所示．电子经电压U1加速后以速度v0垂直进入偏转电场，离开电场时的偏转量是h。

两平行板间的距离为d，电势差为U2,板长L。

为了提高示波管的灵敏度错误!，可采用的方法是（)
A．增大两板间电势差U2
B．尽可能使板长L短些
C．尽可能使板间距离d小一些
D．使加速电压U1升高一些
【答案】C
4．如图是示波管的原理图．它由电子枪、偏转电极（XX′和YY′)、荧光屏组成，管内抽成真空．给电子枪通电后，如果在偏转电极XX′和YY′上都没有加电压，电子束将打在荧光屏的中心O点．
（1）带电粒子在________区域是加速的，在________区域是偏转的．
（2)若U YY′＞0，U XX′＝0，则粒子向________板偏移，若U YY′＝0，U XX′＞0，则粒子向________板偏移．
【答案】：（1）ⅠⅡ(2)Y X
5。

在示波管中，电子通过电子枪加速，进入偏转电场，然后射到荧光屏上，如图所示，设电子的质量为m（不考虑所受重力）,电荷量为e,从静止开始，经过加速电场加速，加速电场电压为U1,然后进入偏转电场，偏转电场中两板之间的距离为d，板长为L，偏转电压为U2，求电子射到荧光屏上的动能为多大？
【答案】eU1＋错误!
综合应用
6. 如图所示，示波管主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三部分组成,如图甲所示。

电子枪具有释放电子并使电子聚集成束以及加速电子的作用；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e＝1.6×10－19 C，质量m＝9。

1×10－31 kg，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1。

6×10－16J,求加速电压U0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丙所示的偏转电场。

偏转电极的极板长l＝4。

0 cm,两板间距离d＝1.0 cm,极板右端与荧光屏的距离L＝18 cm，当在偏转电极上加u＝480sin 100πt(V)的正弦交变电压时，如果电子进入偏转电场的初速度v0＝3.0×107m/s，求电子打在荧光屏上产生亮线的最大长度.
【答案】（1)1。

0×103 V （2）10 cm
【解析】（1）对于电子通过加速电场的过程，由动能定理有
eU0＝E k
解得U0＝1.0×103 V。

学必求其心得，业必贵于专精
当所加偏转电压为320 V时，电子刚好飞出偏转电场，电子沿电场方向的最大位移为错误!
设电子射出偏转电场的速度方向与初速度方向的最大角度为θ
则tan θ＝错误!＝0.25
电子打到荧光屏上的偏移量Y m＝错误!tan θ＝5。

0 cm 由对称性,可得电子在荧光屏上的亮线的最大长度为2Y m＝10 cm。