Giải bài tập SGK Vật lý 11 Bài 16: Dòng điện trong chân không

Vì sao chân không dẫn điện? Bằng cách nào ta tạo ra được dòng điện trong chân không?

Phương pháp giải

- Chân không không có các hạt tải điện ⇒ không dẫn điện

- Để chân không dẫn điện: tạo electron tự do hoặc tạo hiêu điện thế

Hướng dẫn giải

- Chân không không có các hạt mang điện tích tự do nên không dẫn điện.

- Để tạo ra được dòng điện trong chân không ta phải dùng các tác nhân để tạo ra các electron tự do trong chân không và tạo ra một hiệu điện thế giữa các anot và catot trong ống chân không đó.

- Các tác nhân có thể là: nung nóng catot để phát xạ nhiệt điện tử, 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.

Đi-ốt chân không cấu tạo như thế nào và các tính chất là gì?

Phương pháp giải

Đi-ốt chân không: Là một bình thủy tinh kín hút chân không, một catot và một anot làm bằng kim loại và cho dòng điện một chiều chạy qua

Hướng dẫn giải

- Đi-ốt chân không có cấu tạo gồm: Một bình thủy tinh kín hút chân không, một catot làm bằng vôn fam và một anot làm bằng kim loại.

- Tính chất: Cho dòng điện một chiều chạy từ anot sang catot.

Tia catot là gì? Có thể tạo ra nó bằng cách nào?

Phương pháp giải

Tia catot: dòng các electron có năng lượng lớn bay tự do trong không gian, được tạo ra trong quá trình phóng điện trong chất khí

Hướng dẫn giải

- Tia catot là một dòng các electron có năng lượng lớn bay tự do trong không gian.

- Có thể tạo ra tia catot bằng cách phóng điện trong chất khí ở áp suất thấp hay áp suất dùng đi-ốt chân không.

Tại sao khi phóng điện qua khí ở áp suất thấp lại sinh ra tia catot?

Phương pháp giải

Có thể tạo ra tia catot bằng cách phóng điện trong chất khí ở áp suất thấp vì khi đó các electron mới được coi như chuyển động tự do

Hướng dẫn giải

- Tia catot là một dòng các electron có năng lượng lớn bay tự do trong không gian.

- Vì vậy chỉ khi áp suất của khí đủ thấp, để khoảng cách trung bình giữa hai phần tử khí lớn hơn quãng đường bay tự do trung bình của các electron, khi đó các electron mới được coi như chuyển động tự do, mà không bị va chạm với các phần tử khí

=> tạo thành tia catot.

Kể vài tính chất của tia catot chứng tỏ nó là dòng các electron bay tự do?

Phương pháp giải

Tính chất của tia catot: 

- Nó phát ra từ catot

- Mang năng lượng lớn

...

⇒ nó là dòng các electron bay tự do

Hướng dẫn giải

Tia catot có các tính chất của dòng các electron bay tự do như:

- Phát ra từ catot

- Gặp vật cản bị chặn lại làm vật đó tích điện âm

- Mang năng lượng lớn: làm đen phim ảnh, làm huỳnh quang một số tinh thể ...

- Từ trường làm tia catot lệch theo hướng vuông góc với phương lan truyền và phương từ trường

- Điện trường làm tia catot lệch theo chiều ngược chiều điện trường.

Súng electron tạo ta tia catot theo nguyên tắc nào?

Phương pháp giải

Súng electron tạo ra tia catot theo nguyên tắc của một đi-ốt chân không và tạo thành tia catot

Hướng dẫn giải

Súng electron tạo ra tia catot theo nguyên tắc của một đi-ốt chân không có:

+ catot là một dây tóc được nung nóng

+ anot có lỗ thủng để cho dòng electron bay ra, bị va chạm với các phần tử khí

=> tạo thành tia catot.

Hãy kể hai ứng dụng của tia catốt mà em biết.

Phương pháp giải

Tia catot được dùng trong phương pháp hàn trong chân không, đèn hình, các ống catot,...

Hướng dẫn giải

Ứng dụng của tia catot:

- Dùng trong các ống catot, đèn hình, để hàn trong chân không

- Nấu các kim loại rất tinh khiết trong chân không

Phát biểu nào là chính xác?

Dòng điện trong chân không sinh ra do chuyển động của

A. các electron phát ra từ catot.

B. các electron ta đưa từ bên ngoài vào các điện cực trong chân không.

C. các electron phát ra từ anot bị đốt nóng đỏ.

D. các icon khí còn dư trong chân không.

Phương pháp giải

Hạt tải điện trong chân không: các electron được đưa vào và phát ra từ catot

Hướng dẫn giải

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

- Chọn đáp án A.

Phát biểu nào là chính xác?

Người ta kết luận tia catot là dòng 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 là cho lệch hướng.

D. nó làm cho huỳnh quang thủy tinh.

Phương pháp giải

Khi rọi vào vật tia catot làm cho vật tích điện âm nên được gọi là hạt tích điện âm

Hướng dẫn giải

- Người ta kết luận tia catot là hạt tích điện âm vì khi rọi vào vật nào nó làm cho vật ấy tích điện âm.

- Chọn đáp án B.

Catot của một điốt chân không có mặt ngoài S = 10 mm². Dòng bão hòa I_bh = 10mA. Tính số electron phản xạ từ một đơn vị điện tích của catot trong cùng một giây.

Phương pháp giải

Áp dụng công thức: n = I_bh / e.S

để tính số electron trong một đơn vị điện tích trong một giây.

Hướng dẫn giải

Số electron phản xạ từ một đơn vị điện tích của catot trong một giây: \(n = \frac{{{I_{bh}}}}{{e.S}} = \frac{{{{10.10}^{ - 3}}}}{{{{1,6.10}^{ - 19}}{{.10.10}^{ - 6}}}} = {6,25.10^{21}}\) hạt/ m²

Hiệu điện thế giữa anot và catot của một súng electron là 2500V, tính tốc độ của các electron mà sóng phát ra. Cho biết khối lượng của electron là 9,11.10^-31kg

Phương pháp giải

- Áp dụng công thức tính động năng:

W_d = m.v²/2 và W_d = e.U

- Công thức tính tốc độ của e: v² = 2.e.U/m

Hướng dẫn giải

- Theo định lí động năng, trong trường hợp này động năng của electron nhận được là do công của điện trường cung cấp.

- Động năng:

 \({{\rm{W}}_d} = {A_{{F_d}}} \Rightarrow \frac{{m.{v^2}}}{2} = e.U\)

- Tốc độ của electron mà súng phát ra là:

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