示波管的結構如圖甲所示,它由電子槍、偏轉電極和熒光屏組成,管內抽成真空,兩對偏轉電極XX?、YY?相互垂直。如圖乙所示,熒光屏上有xOy直角坐標系,坐標原點位于熒光屏的中心,x軸與電極XX?的金屬板垂直,其正方向由X?指向X,y軸與電極YY?的金屬板垂直,其正方向由Y?指向Y。
電子槍中的金屬絲加熱后可以逸出電子,電子經加速電極間的電場加速后進入偏轉電極間,兩對偏轉電極分別使電子在兩個相互垂直的方向發生偏轉,最終打在熒光屏上,產生一個亮斑。
已知兩對偏轉電極極板都是邊長為l的正方形金屬板,每對電極的兩個極板間距都為d,加速電極間電壓為U0,電子的電荷量為e,質量為m。忽略電子剛離開金屬絲時的速度,不計電子之間相互作用力及電子所受重力的影響。下列各情形中,電子均能打到熒光屏上。
(1)若兩個偏轉電極都不加電壓時,電子束將沿直線運動,且電子運動的軌跡平行每塊偏轉極板,最終打在xOy坐標系的坐標原點。求電子到達坐標原點前瞬間速度的大小v0。
(2)若在偏轉電極YY?之間加恒定電壓U1,而偏轉電極XX?之間不加電壓,已知電極YY?的右端與熒光屏之間的距離為L1。求電子打在熒光屏上的位置坐標。
(3)若電極XX?的右端與熒光屏之間的距離為L2,偏轉電極XX?之間加如圖丙所示的掃描電壓。當偏轉電壓發生變化時,可利用下述模型分析:由于被加速后電子的速度較大,它們都能從偏轉極板右端穿出極板,且時間極短,此過程中可認為偏轉極板間的電壓不變。
(i)在偏轉電極YY?之間不加電壓時,請說明電子打在熒光屏上,形成亮斑的位置隨時間變化的關系;
(ii)在偏轉電極YY?之間加電壓Uy=Umsinπt1t時,請在圖丁中定性畫出在熒光屏上看到的圖形。

U
y
=
U
m
sin
π
t
1
t
【答案】(1)電子到達坐標原點前瞬間速度的大小為;
(2)電子打在熒光屏上的位置與坐標原點之間的距離為;
(3)(i)如解析圖a所示,(ii)如解析圖b所示。
2
e
U
0
m
(2)電子打在熒光屏上的位置與坐標原點之間的距離為
U
1
l
(
l
+
2
L
)
4
d
U
0
(3)(i)如解析圖a所示,(ii)如解析圖b所示。
【解答】
【點評】
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