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一口气搞懂示波器的工作原理(电压电子电场交流电示波器)

神尊大人 2024-11-23 23:47:54 0

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例如:在真空中水平放置着一对金属板Y和Y',两个金属板的长度L=6cm, 两个金属板间的距离为d=2cm。
在两板间加上电压U=200V,假如两板间的距离足够小,且加上的电压不能击穿金属板,那么金属板间的电场就为匀强电场,其大小E=U/d。
现有一个电子以初速度V=3.0×10^7m/s射入匀强电场中,电子受到竖直方向上的电场力F=Eq,电子被加速后最终会射出金属板。
求电子射出电场是的偏转位移S?

电子的电荷量等于元电荷的电荷量等于1.6×10^-19C,电子的质量m=0.91×10^-30Kg。
当电子以初速度V射入电场中后,电子在竖直方向上就会受到向上的电场力的作用,从而使电子的运动轨迹发生偏转。
实际上,电子以初速度V射入电场中后,电子的运动轨迹就类似于平抛运动。

电子在水平方向上不受力的作用,故而电子在水平方向上的运动为匀速直线运动,设电子在电场中运动的时间为t,那么t=L/V(1)。
而电子在竖直方向上只受到了电场力的作用,由于电子的质量很小,故而可以忽略其重力。
此时假设电子在竖直方向的加速度为a,则有a=F/m=Eq/m=qU/md(2)。

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(图片来自网络侵删)

根据运动学的规律可知,偏转位移S=1/2×at²+Vt,由于竖直方向的初速为零,故而S=1/2at²(3)。
现在联立(1)(2)(3)式可得S=qL²U/2mV²d,解得S=0.36m。
当继续给金属丝加热,所有射出的电子都会沿着这条路径发生偏移。
如果现在改变加在极板间的电压,由原来的直流电压变为交流电压后,加热金属丝射出的电子的轨迹又是怎么样的呢?

我们知道,交流电电压随时间变化的规律为正弦波变化规律,也就是说,交流电的电压存在着电压峰值,而家用交流电的额定电压就是交流电的峰值电压乘以√2得出来的。
交流电按正弦规律变化时,就有u=Usinωt的变化规律,那么偏移量s=Ssinωt,其中大写的U为交流电的电压最大值,大写的S为电子在交流电中的最大偏移量,这就得出了,打在荧光屏上的亮斑在做简谐运动,故而亮斑的波形也为正弦波。

这样,人们就把看不见的电压转化成了看得见的波形图了,通过对荧光屏上的波形图的研究,就可以得出加在极板间交流电的电压规律了。
而示波器就是根据这个原理制作出来的。

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