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

Câu nào dưới đây nói về điều kiện để có dòng điện chạy qua đèn điôt chân không là đúng ?

A. Chỉ cần đặt một hiệu điện thế U_AK có giá trị dương giữa anôt A và catôt K của đèn.

B. Phải nung nóng catôt K bằng dòng điện, đồng thời đặt hiệu điện thế UAK có giá trị âm giữa anôt A và catôt K của đèn.

C. Chỉ cần nung nóng catôt K bằng dòng điện và nối anôt A với catôt K qua một điện kế nhạy.

D. Phải nung nóng catôt K bằng dòng điện, đồng thời đặt hiệu điện thế U_AK có giá trị dương giữa anôt A và catôt K của đèn. 

Phương pháp giải

Để có dòng điện chạy qua đèn điôt chân không cần đặt hiệu điện thế có giá trị dương giữa anôt A và catôt K đồng thời nung nóng catôt K bằng dòng điện

Hướng dẫn giải

- Phải nung nóng catôt K bằng dòng điện, đồng thời đặt hiệu điện thế U_AK có giá trị dương giữa anôt A và catôt K của đèn 

- Đáp án D

Câu nào dưới đây nói về mối liên hệ của cường độ dòng điện I_A chạy qua đèn điôt chân không với hiệu điện thế U_AK giữa anôt A và catôt K là không đúng ?

A. Khi catôt K không bị nung nóng, thì I_A = 0 với mọi giá trị của U_AK.

B. Khi catôt bị nung nóng ở nhiệt độ cao, thì I_A = 0 với mọi giá trị của U_AK.

C. Khi catot bị nung nóng ở nhiệt độ cao, thì I_A tăng theo mọi giá trị dương của U_AK.

D. Khi catôt bị nung nóng ở nhiệt độ cao và tăng dần U_AK từ 0 đến một giá trị dương U_bh thì I_A sẽ tăng dần tới giá trị không đổi Ibh gọi là dòng điện bão hoà. 

Phương pháp giải

Khi catôt bị nung nóng ở nhiệt độ cao, thì cường độ dòng điện I_A tăng hiệu điện thế U_AK.

Hướng dẫn giải

- Khi catôt bị nung nóng ở nhiệt độ cao, thì I_A =0 với mọi giá trị của U_AK. 

- Đáp án B

Câu nào dưới đây nói về tính chất tia catôt trong ống tia catôt là không đúng ?

A. Phát ra từ catôt, truyền ngược hướng điện trường tới anôt trong ống.

B. Phát ra từ catôt, truyền theo hướng điện trường tới anôt trong ống.

C. Mang năng lượng lớn, làm một số tinh thể phát huỳnh quang, làm kim loại phát tia X, làm nóng các vật bị nó rọi vào.

D. Bị từ trường hoặc điện trường làm lệch đường. 

Phương pháp giải

Trong ống tia catôt, tia catot truyền ngược hướng điện trường tới anôt

Hướng dẫn giải

- Phát ra từ catôt, truyền theo hướng điện trường tới anôt trong ống ⇒sai

- Đáp án B

Câu nào dưới đây nói về bản chất tia catôt trong ống tia catôt là đúng ?

A. Là chùm ion âm phát ra từ catôt bị nung nóng.

B. Là chùm ion dương phát ra từ anôt.

C. Là chùm êlectron phát ra từ anôt bị nung nóng ở nhiệt độ cao..

D. Là chùm êlectron phát ra từ catôt. 

Phương pháp giải

Bản chất dòng điện của tia catot chính là dòng các chùm êlectron

Hướng dẫn giải

- Bản chất tia catôt trong ống tia catôt là chùm êlectron phát ra từ catôt. 

- Đáp án D

Tại sao khi hiệu điện thế U_AK giữa anôt A và catôt K của đèn điôt chân không có giá trị âm và nhỏ, thì cường độ dòng điện I_A chạy qua điôt này lại có giá trị khác không và khá nhỏ ? 

Phương pháp giải

Sử dụng lí thuyết về chùm tia catot để trả lời câu hỏi này

Hướng dẫn giải

Khi hiệu điện thế U_AK giữa anôt A và catôt K của đèn điôt chân không có giá trị âm và nhỏ, thì chỉ có một số ít êlectron bay ra từ catôt có động năng lớn, đủ để thắng công cản của lực điện trường, mới có thể chuyển động được tới anôt A. Vì thế, cường độ dòng điện I_A chạy qua điôt này khi đó có giá trị khác không và khá nhỏ.

Tại sao khi hiệu điện thế U_AK giữa hai cực anôt A và catôt K của điôt chân không tăng đến một giá trị dương đủ lớn thì cường độ dòng điện I_A chạy qua điôt này không tăng nữa và đạt giá trị bão hoà ? 

Phương pháp giải

Sử dụng lí thuyết về chùm tia catot để trả lời câu hỏi này

Hướng dẫn giải

- Khi hiệu điện thế U_AK giữa anôt A và catôt K của điôt chân không tăng đến một giá trị dương đủ lớn, thì điện trường giữa anôt A và catôt K đủ mạnh và làm cho mọi êlectron phát ra từ catôt K đều bị hút cả về anôt A.

- Vì thế: cường độ dòng điện I_A chạy qua điôt này khi đó không tăng nữa và đạt giá trị bão hoà.

Xác định số electron phát ra từ catôt sau mỗi giây khi dòng điện chạy qua đèn điôt chân không đạt giá trị bão hoà I_bh = 12 mA. Cho biết điện tích của êlectron là - e = - l,6.10^-19 C. 

Phương pháp giải

Tính số electron phát ra từ catôt theo công thức:

\(N = \frac{{{I_{bh}}}}{e} \)

Hướng dẫn giải

- Trong đèn điôt chân không, lượng điện tích của N êlectron tải từ catôt sang anôt sau mỗi giây tính bằng : q = Ne

- Khi cường độ dòng điện trong đèn điôt đạt giá trị bão hoà Ibh, thì lượng điện tích này đúng bằng cường độ dòng điện bão hoà Ibh: q = I_bh

- Từ đó ta suy ra :

\(N = \frac{{{I_{bh}}}}{e} = \frac{{{{12.10}^{ - 3}}}}{{1,{{6.10}^{ - 19}}}} = 7,{5.10^{16}}\,electron\)

Chứng minh rằng trong ống tia catôt, vận tốc của êlectron khi đến anôt được tính theo công thức :

\(v = \sqrt {\frac{{2eU}}{m}} \)$$

Trong đó m là khối lượng và e là độ lớn điện tích của êlectron, U là hiệu điện thế giữa anôt A và catôt K của điôt chân không. Bỏ qua vận tốc ban đầu của electron khi mới bứt ra khỏi catôt. 

Phương pháp giải

- Sử dụng định lí động năng đối với điện tích đặt trong điện trường:

\(\,\frac{{m{v^2}}}{2} - \frac{{mv_0^2}}{2} = eU\)

- Vì vận tốc ban đầu bằng không nên ta có công thức tính vận tốc là:

\( v = \sqrt {\frac{{2eU}}{m}} \)

Hướng dẫn giải

Gọi U là hiệu điện thế giữa anôt và catôt.

- Trong điôt chân không, êlectron chịu tác dụng của lực điện trường, bay từ catôt đến anôt. Khi đó độ biến thiên động năng của êlectron có giá trị bằng công của lực điện trường :

\(\,\frac{{m{v^2}}}{2} - \frac{{mv_0^2}}{2} = eU\)$$

- Vì vận tốc chuyển động nhiệt của êlectron khá nhỏ có thể bỏ qua, nên có thể xem như êlectron rời khỏi catôt với vận tốc v₀ = 0.

Như vậy, ta suy ra :

\(\frac{{m{v^2}}}{2} = eU \Rightarrow v = \sqrt {\frac{{2eU}}{m}} \)

Xác định vận tốc của êlectron bay trone điện trường giữa anôt và catot của ống tia catôt khi hiệu điện thế giữa hai điện cực này là UAK = 2400 V. Cho biết êlectron có khối lượng m = 9,1,10^-31 kg và điện tích -e = -1,6.10^-19 C. Coi rằng êlectron bay ra khỏi catôt với vận tốc v₀ = 0. 

Phương pháp giải

Tính vận tốc của electron theo công thức:

\(v = \sqrt {\frac{{2eU}}{m}} \)

Hướng dẫn giải

- Áp dụng công thức chứng minh được trong bài tập 16.8*:

\(v = \sqrt {\frac{{2eU}}{m}} \)$$

- Thay số ta tìm được:

\(v = \sqrt {\frac{{2.1,{{6.10}^{ - 19}}.2400}}{{9,{{1.10}^{ - 31}}}}} \approx 2,{9.10^7}m/s.\)

Xác định vận tốc chuyển động nhiệt u của êlectron khi nó vừa bay ra khỏi catôt ở nhiệt độ T = 2000 K trong đèn điôt chân không. Cho biết êlectron có khối lượng m = 9,1.10^-31kg và năng lượng chuyển động nhiệt ở nhiệt độ T là \(\varepsilon = \frac{{3kT}}{2}\), với k = 1,38.10^-23 J/K .

Phương pháp giải

Áp dụng công thức:

\(u = \sqrt {\frac{{3kT}}{m}}\) để tính vận tốc chuyển động nhiệt của êlectron

Hướng dẫn giải

- Ở nhiệt độ T, electron có động năng \({{\rm{W}}_d} = \frac{{m{u^2}}}{2}\) đúng bằng năng lượng chuyển động nhiệt \(\varepsilon = \frac{{3kT}}{2}\) của nó, tức là:

\(\frac{{m{u^2}}}{2} = \frac{{3kT}}{2}\)$$

- Từ đó suy ra vận tốc chuyển động nhiệt của êlectron ở nhiệt đô T = 2000K:

\(u = \sqrt {\frac{{3kT}}{m}} = \sqrt {\frac{{3.1,{{38.10}^{ - 23}}.2000}}{{9,{{1.10}^{ - 31}}}}} \approx {3.10^5}m/s\)