Giải Vật Lí 11 Bài 16: Dòng điện trong chân không

50 lượt xem

Bài trước

Bài sau

Chúng tôi giới thiệu Giải bài tập Vật Lí lớp 11 Bài 16: Dòng điện trong chân không chính xác, chi tiết nhất giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Dòng điện trong chân không lớp 11.

Giải bài tập Vật Lí lớp 11 Bài 16: Dòng điện trong chân không

Trả lời câu hỏi giữa bài

Trả lời câu C1 trang 96 SGK Vật lí 11: Trên đồ thị c) hình 16.2 SGK, dòng điện bão hòa khoảng bao nhiêu?

Lời giải:

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 1)

Trên đồ thị c) hình 16.2 SGK, dòng điện bão hòa khoảng 20mA.

Trả lời câu C2 trang 97 SGK Vật lí 11: Vì sao khi áp suất còn lớn ta không thấy quá trình phóng điện qua khí, và khi áp suất đã đủ nhỏ lại có quá trình phóng điện tự lực?
Lời giải:

Khi áp suất còn lớn thì hạt tải điện ban đầu được tạo ra do các tác nhân ion hóa được gia tốc trong điện trường giữa hai cực anot và catot sẽ bị va chạm với các phân tử khí trong môi trường. Vì vậy động năng nó đạt được không đủ lớn, nên không ion hóa được các phần tử khác nhau và không gây được hiện tượng nhân số hạt tải điện => không thấy quá trình phóng điện qua chất khí.

Khi áp suất đã đủ nhỏ quãng đường tự do trung bình của các hạt tải tăng lên, động năng đủ lớn, có thể ion hóa được các phần tử khí khác và gây được hiện tượng nhân số hạt tải điện. Lúc đó, dù ngừng phun các hạt tải vào môi trường vẫn duy trì được dòng điện => có quá trình phóng điện tự lực.

Trả lời câu C3 trang 97 SGK Vật lí 11: Vì sao khi rút khí để được chân không tốt hơn thì tia catot lại biến mất?
Lời giải:

Trong hiện tượng phóng điện thành miền trong khí kém: chùm electron phát ra từ catot là nhờ các phần tử khí trong khí kém bị ion hóa thành các ion dương. Các ion này được gia tốc bởi hiệu điện thế giữa anot và catot nên có động năng đủ lớn tới đập vào catot làm phát ra các electron ( phát xạ lạnh điện tử, khác với phát xạ điện nhiệt tử trong điốt chân không). Các electron này chuyển động từ catot về anot tạo thành chùm catot.

* Khi áp suất khoảng 1 mmHg đến 0,01 mmHg có miền tối catot và cột sáng anot.

* Khi áp suất khoảng 0,01 mmHg: có miền tối catot choán đầy ống và cột sáng anot biến mất.

* Nhưng khi áp suất thấp hơn nữa, số lượng phân tử khi ống quá nhỏ, lượng ion dương tới đập vào catot quá ít không đủ để duy trì số lượng electron bứt khỏi catot để tạo thành tia catot, khi đó sẽ biến mất.

Câu hỏi và bài tập (trang 99 sgk Vật lí 11)

Bài 1 trang 99 SGK Vật lí 11: Vì sao chân không không dẫn điện? Bằng cách nào ta tạo được dòng điện trong chân không?

Lời giải:

- Chân không không dẫn điện vì nó không có các hạt tải điện.

- Để tạo được dòng điện trong chân không, ta phải đưa hạt tải điện là các êlectrôn vào trong đó. Cách đơn giản là nung nóng catốt để làm phát xạ nhiệt êlectrôn.

Ngoài ra, có thể dùng các bức xạ điện tử như tia tử ngoại, ánh sáng thấy được, chùm trong icon dương… chiếu vào catot đẻ phát xạ lạnh electron.

Bài 2 trang 99 SGK Vật lí 11: Điốt chân không có cấu tạo như thế nào và có tính chất gì?

Lời giải:

- Điốt chân không gồm một bóng thủy tinh đã hút chân không, bên trong có đặt hai điện cực là catot và anot

+ Catot là dây tóc vônfram

+ anot là một bản kim loại.

- Tính chất của điốt chân không là tính chỉnh lưu, nó chỉ cho dòng điện chạy theo một chiều từ anốt sang catot.

Bài 3 trang 99 SGK Vật lí 11: Tia catốt là gì? Có thể tạo ra nó bằng cách nào?

Lời giải:

Tia catot là một dòng các electron phát ra từ catot, có năng lượng lớn và bay tự do trong không gian, được sinh ra khi phóng điện qua chất khí ở áp suất thấp. Nó cũng có thể được tạo ra bằng một súng electron.
Bài 4 trang 99 SGK Vật lí 11: Tại sao khi phóng điện qua khí ở áp suất thấp lại sinh ra tia catốt?

Lời giải:

Khi phóng điện qua khí ở áp suất thấp, các iôn dương nhận năng lượng của điện trường, đập vào catốt, sinh ra các êlectron mới có thể duy trì quá trình phóng điện. Các êlectron tạo ra có thể chuyển động trên một đoạn đường dài mà không va chạm với các phân tử khí, đó chính là tia catốt.
Bài 5 trang 99 SGK Vật lí 11: Kể vài tính chất của tia catốt chứng tỏ nó là dòng các êlectrôn bay tự do.

Lời giải:

Một số tính chất là:

Tia catôt phát ra theo phương vuông góc với bề mặt catôt. Gặp một vật cản, nó bị chặn lại và làm vật đó tích điện âm.
+ Tia catot có năng lượng lớn: Nó có thể làm đen phim ảnh, làm huỳnh quang một số tinh thể, làm kim loại phát ra tia X, làm nóng các vật rọi vào và tác dụng lực lên các vật đó.

+ Từ trường lệch làm các tia catot theo hướng vuông góc với phương lan truyền và phương của từ trường, còn điện trường làm tia catot lệch theo chiều ngược với chiều của điện trường.

Bài 6 trang 99 SGK Vật lí 11: Súng êlectron tạo ra tia catôt theo nguyên tắc nào?

Lời giải:

Súng êlectron tạo ra tia catốt theo nguyên tắc đốt nóng catôt, phát xạ nhiệt êlectron.
Bài 7 trang 99 SGK Vật lí 11: Hãy kể hai ứng dụng của tia catốt mà em biết.

Lời giải:

Tia catot dùng trong các ống catot, đèn hình, để hàn trong chân không hoặc nấu các kim loại rất tinh khiết trong chân không.
Bài 8 trang 99 SGK Vật lí 11: Phát biểu nào là chính xác ?

Dòng điện trong chân không sinh ra do chuyển động của

A. Các êlectron phát ra từ catôt.

B. Các êlectron mà ta đưa từ bên ngoài vào giữa các điện cực đặt trong chân không

C. Các êlectron phát ra từ anôt bị đốt nóng đỏ

D. Các ion khí còn dư trong chân không.

Lời giải:

Đáp án A.

Dòng điện trong chân không sinh ra do chuyển động của các electron phát ra từ catot.

Bài 9 trang 99 SGK Vật lí 11: Người ta kết luận tia catôt là dòng hạt tích điện âm vì

A. Nó có mang năng lượng

B. Khi rọi vào vật nào, nó làm cho vật ấy tích điện âm

C. Nó bị điện trường làm lệch hướng

D. Nó làm huỳnh quang thuỷ tinh

Lời giải:

Đáp án B.

Tia catot là dòng hạt tích điện âm vì khi rọi vào vật nào, nó làm cho vật ấy tích điện âm.

Bài 10 trang 99 SGK Vật lí 11: Catôt của một điôt chân không có diện tích mặt ngoài S = 10 mm2. Dòng bão hoà Ibh = 10 mA. Tính số êlectron phát xạ từ một đơn vị điện tích của catôt trong một giây?

Lời giải:

Điện lượng chạy qua mặt ngoài của catốt trong 1s là: Q = It = 10.10-3.1 = 10-2 C

Số êlectron phát xạ từ catốt trong 1s: $N = \frac{Q}{e} = \frac{10^{- 2}}{{1, 6.10}^{- 19}} = 6, {25.10}^{16}$

Số êlectron phát xạ từ một đơn vị diện tích của catốt trong 1s:

$n = \frac{N}{S} = \frac{{6, 25.10}^{16}}{{10.10}^{- 6}} = 6, {25.10}^{21}$

Bài 11 trang 99 SGK Vật lí 11: Hiệu điện thế giữa anôt và và catôt của một súng êlectron là 2500V, tính tốc độ của êlectron mà súng phát ra. Cho biết khối lượng của êlectron là 9,11.10-31 kg.
Phương pháp giải:

+ Định lí động năng: Độ biến thiên động năng của một vật bằng công của ngoại lực tác dụng lên vật.

+ Động năng: $W_{d} = \frac{m v^{2}}{2}$

+ Công của lực điện: A = qEd = qU

Lời giải:

Động năng của electron có được là do công của điện trường cung cấp:

$W_{d} = e U \Leftrightarrow e U = \frac{m v^{2}}{2}$

$\Rightarrow v = \sqrt{\frac{2 e U}{m}} = \sqrt{\frac{{2.1, 6.10}^{- 19} .2500}{{9, 11.10}^{- 31}}} = 2, {96.10}^{7} (m / s)$

Lý thuyết Bài 16: Dòng điện trong chân không

I- DÒNG ĐIỆN TRONG CHÂN KHÔNG

- Chân không chỉ dẫn điện nếu ta đưa electron vào trong đó

Dòng điện trong chân không là dòng chuyển dời có hướng của các electron được đưa vào khoảng chân không đó

- Điốt chân không với catốt nóng đỏ có tính chỉnh lưu

II- SỰ PHỤ THUỘC CỦA CƯỜNG ĐỘ DÒNG ĐIỆN TRONG CHÂN KHÔNG VÀO HIỆU ĐIỆN THẾ

Đặc tuyến Vôn - Ampe:

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 2)

Dòng điện trong chân không không tuân theo định luật Ôm

+ Khi $U < U_{b} : U$ tăng thì $I$ tăng

+ Khi $U \geq U_{b} : U$ tăng $I$ không tăng và có giá trị $I = I_{b h}$ (cường độ dòng điện bão hòa)

III- TIA CATỐT

Tia catốt là một dòng các electron phát ra từ catốt, có năng lượng lớn và bay tự do trong không gian, được sinh ra khi phóng điện qua chất khí ở áp suất thấp

Nó cũng có thể tạo ra bằng một súng electron.

Giải Vật Lí 11 Bài 2: Khí hậu châu Á (ảnh 3)

(Tia catốt (ánh sáng màu xanh lục) trong ống catốt)

- Tính chất của tia catốt:

+ Tia catốt truyền thẳng

+ Tia catốt phát ra vuông góc với mặt catốt

+ Tia catốt mang năng lượng

+ Tia catốt có thể đâm xuyên các lá kim loại mỏng (có chiều dày từ 0,003 - 0,03mm)

+ có tác dụng lên kính ảnh và có khả năng ion hóa không khí

+ Tia catốt làm phát quang

+ Tia catốt bị lệch trong điện trường, từ trường

- Ứng dụng của tia catốt: Chế tạo ống phóng điện tử, đèn hình

IV- PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP DÒNG ĐIỆN TRONG CHÂN KHÔNG

1. Cường độ dòng điện:

$I = \frac{q}{t} = \frac{N | e |}{t}$

2. Động năng của các e khi đến anot:

$W_{d} = \frac{1}{2} m v^{2} = | e | U$

3. Lực điện tác dụng lên các electron

$F = | e | E = | e | \frac{U}{d}$

4. Gia tốc chuyển động của các elcectron

$a = \frac{F}{m} = \frac{| e | E}{m}$

5. Thời gian chuyển động của các electron

$t = \frac{v}{a} = \sqrt{\frac{2 d}{a}}$

Trong đó:

+ I: cường độ dòng điện trong chân không (A)

+ N: số electron bứt ra khỏi catốt chuyển động đến anốt

+ coi chuyển động của các electron là chuyển động thẳng biến đổi đều với vận tốc ban đầu khi vừa bứt ra khỏi là $v_{0} = 0$

Sơ đồ tư duy về dòng điện trong chân không

Giải Vật Lí 11 Bài 16: Dòng điện trong chân không (ảnh 1)

Xem thêm các chương trình khác:

Bài trước

Bài sau

Giải SGK, SBT, Chuyên đề Vật Lý Lớp 11

Giải Vật Lí 11 Bài 16: Dòng điện trong chân không

Xem thêm các chương trình khác: