Question

顯像管是電視機的重要部件，在生產(chǎn)顯像管的陰極時，需要用到去離子水．如果去離子水的質(zhì)量不好，會導(dǎo)致陰極材料中含有較多的SO

2- 4

離子，用這樣的陰極材料制作顯像管，將造成電視機的畫面質(zhì)量變差．
顯像管的簡要工作原理如圖所示：陰極K發(fā)出的電子（初速度可忽略不計）經(jīng)電壓為U的高壓加速電場加速后，沿直線PQ進入半徑為r的圓形勻強磁場區(qū)域，磁場方向垂直紙面，圓形磁場區(qū)域的圓心O在PQ直線上，熒光屏M與PQ垂直，整個裝置處于真空中．若圓形磁場區(qū)域內(nèi)的磁感應(yīng)強度的大小或方向發(fā)生變化，都將使電子束產(chǎn)生不同的偏轉(zhuǎn)，電子束便可打在熒光屏M的不同位置上，使熒光屏發(fā)光而形成圖象，其中Q點為熒光屏的中心．不計電子和SO₄^2-離子所受的重力及它們之間的相互作用力．
（1）已知電子的電量為e，質(zhì)量為m_e，求電子射出加速電場時的速度大��；
（2）在圓形磁場區(qū)域內(nèi)勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小為B時，電子離開磁場時的偏轉(zhuǎn)角大小為θ（即出射方向與入射方向所夾的銳角，且θ未知），請推導(dǎo)tan

θ

2

的表達式；
（3）若由于去離子水的質(zhì)量不好，導(dǎo)致陰極材料中含有較多的SO

2- 4

離子，使得陰極在發(fā)出電子的同時還發(fā)出一定量的SO

2- 4

離子，SO

2- 4

離子打在熒光屏上，屏上將出現(xiàn)暗斑，稱為離子斑．請根據(jù)下面所給出的數(shù)據(jù)，通過計算說明這樣的離子斑將主要集中在熒光屏上的哪一部位．（電子的質(zhì)量m_e=9.1×10^-31kg，SO₄^2-離子的質(zhì)量m_so=1.6×10^-25kg）

Answer 1

分析：電子動能的增加等于電場力做功；電子進入磁場后做勻速圓周運動，根據(jù)洛侖茲力公式提供向心力；SO₄^2-離子（電荷量大小為2e）通過圓形磁場區(qū)后的偏轉(zhuǎn)角度代人第二問即可．

解答：解：（1）設(shè)電子經(jīng)電場加速后的速度為v，對于電子被電場加速的過程運用動能定理有：eU=

1

2

mev2
解得：v=

2eU me

（2）電子進入磁場后做勻速圓周運動，設(shè)電子在磁場中的運動半徑為R，根據(jù)洛侖茲力公式和牛頓第二定律有：evB=me

v2

R

解得：R=

mev

eB

=

1

B

2meU e

根據(jù)如圖2所示的幾何關(guān)系可知：
tan

θ

2

=

r

R

=Br

e 2meU

（3）由第（2）問的結(jié)果可知，若SO₄^2-離子（電荷量大小為2e）通過圓形磁場區(qū)后的偏轉(zhuǎn)角度為θ'，則tan

θ′

2

=Br

e msoU

所以

tan θ 2

tan θ′ 2

=

mso 2me

=3.0×102
即SO₄^2-離子的偏轉(zhuǎn)角遠小于電子的偏轉(zhuǎn)角，所以，觀看到的離子斑將主要集中在熒光屏上的中央位置附近．
答：（1）電子射出加速電場時的速度是v=

2eU me

；
（2）tan

θ

2

的表達式tan

θ

2

=Br

e 2meU

；
（3）這樣的離子斑將主要集中在熒光屏上的中央位置附近．

點評：考查電子受電場力做功，應(yīng)用動能定理；電子在磁場中，做勻速圓周運動，運用牛頓第二定律求出半徑表達式；同時運用幾何關(guān)系來確定半徑與已知長度的關(guān)系．注意左手定則與右手定則的區(qū)別．