Bài tập về Dòng điện trong chân không

Kiến thức cần nhớ

1. Cách tạo ra 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.

- Sơ đồ thí nghiệm kiểm chứng dòng điện trong chân không.

- Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa I và U

2. Tia catot

a. Thí nghiệm

- Giảm dần áp suất trong ống thì thấy xuất hiện quá trình phóng điện.

- Khi đưa không khí trong ống về trạng thái chân không tốt hơn thì quá trình phóng điện biến mất.

b. Tính chất của tia catot

- Tia catot phát ra từ catot theo phương vuông góc với bề mặt catot. Gặp một vật cản, nó bị chặn lại và làm vật đó tích điện âm.

- Tia catot mang năng lượng, 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 mà nó rọi vào và tác dụng lực lên các vật đó.

- Từ trường làm tia catot lệch 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.

Từ trường làm lệch tia catot

c. Bản chất của tia catot

Tia catot thực chất là dòng electron phát ra từ catot và bay gần như tự do trong ống thí nghiệm.

d. Ứng dụng

Ứng dụng phổ biến nhất của tia catot là để làm ống phóng điện tử và đèn hình.

Đèn chân không

Màn hình máy tính

Bài tập tự luyện có hướng dẫn

Bài 1 : 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 U_AK 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.

Lời giải

Điều kiện để có dòng điện chạy qua đèn điôt chân không là 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.

Chọn đáp án D

Bài 2 : 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 I_bh gọi là dòng điện bão hoà.

Lời giải

Khi catot bị nung nóng ở nhiệt độ cao và U_AK < 0 thì I_A không đáng kể.

Chọn đáp án B

Bài 3 : 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.

Lời giải

tính chất tia catôt trong ống tia catôt là phát ra từ catôt, truyền ngược hướng điện trường tới anôt trong ống nên B sai.

Chọn đáp án B

Bài 4 : 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.

Lời giải

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

Chọn đáp án D

Bài 5 : 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 ?

Lời 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.

Bài 6 : 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?

Lời 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.

Bài 7 : 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.

Lời giải

Điện lượng dịch chuyển trong thời gian t là:

q = I.t = N.e

N: số electron đến Anot trong thời gian t.

Khi dòng điện đạt giá trị bão hòa I_bh thì toàn bộ số electron phát ra từ catot đều tới được anot (hay số electron phát ra từ catot bằng số electron đến anot).

Vậy số electron phát ra từ catot là:

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

Bài 8 : 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.

Lời giải

Trong điôt chân không, êlectron chịu tác dụng của lực điện trường, dịch chuyển từ catôt đến anôt. Theo định lý biến thiên động năng, ta có độ biến thiên động năng của êlectron có giá trị bằng công của lực điện trường:

$A_{F_d}=\Delta W_d\iff eU=\frac{m{v}^2}{2}-\frac{m{v}_0^2}{2}$

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:

$eU=\frac{m{v}^2}{2}\iff v=\sqrt{\frac{2eU}{m}}$

Xem thêm các dạng bài tập Vật lí liên quan hay khác:

70 Bài tập về Dòng điện trong chất bán dẫn (2024) có đáp án chi tiết nhất

70 Bài tập về Dòng điện trong chất khí (2024) có đáp án chi tiết nhất

70 Bài tập về Dòng điện trong chất điện phân (2024) có đáp án chi tiết nhất

70 Bài tập về Dòng điện trong kim loại (2024) có đáp án chi tiết nhất

1000 Bài tập Vật lí Chương 3. Dòng điện trong các môi trường (có đáp án năm 2024)