Rörelse i elektriska fält

I ett oscilloskåp är accelerationsspänningen 1500 V. Avlänkningsplattorna i sidled har fältstyrkan 7600 V/m och plattorna i höjdled har fältstyrkan 17800 V/m i ett visst ögonblick. Plattorna är 0,05 m långa och avståndet till skärmen är 0,35 m respektive 0,25 m.

a) Beräkna elektronens sluthastighet framåt, i sidled och uppåt.

Jag börjar med att räkna ut den kinetiska hastigheten. W = mv^2/2 = 52*10^6 m/s. Sedan räknar jag ut accelerationen genom F = ma ----> F = E*Q = 7600*1,602*10^-19 = 1.22 * 10^-15 N ---> a = F/m = 1.34 * 10^15 m/s

Använder formeln s = v*t för att få ut tiden. Vi har avståndet som är 0,05 meter. ---> t = s/v ---> 0,05 / 52*10^6 = 9,6 * 10^-10 sekunder.

Hur gör jag för att få ut hastigheten i sidled och uppåt? Använder jag s = v*t och har avståndet från skärmen?

Hur exakt räknade du ut den där hastigheten? Jag förstår inte riktigt vad du gjort. Elektronkanonen har accelerationsspänningen 1500 V vilket gör att den kinetiska energin är 1500 eV. Vet du hur du räknar om mellan eV och J? När du gjort det kan du ta fram hastigheten.

Betrakta situationen som att elektronen accelereras i x-led (framåt) in i oscilloskopet varefter det börjar accelereras i y-led (sidled) och z-led (höjdled) av två olika E-fält. Därmed får du en acceleration i y-led respektive z-led över sträckan 0.05 m som kommer ge elektronen hastighetskomponenter i y-led och z-led.

Du använder alltså helt riktigt Sx = v0x × t för att ta fram tiden när du har räknat ut rätt begynnelsehastighet, där Sx är längden på plattorna. Sedan tar du fram hastigheterna i y-led och z-led med v = a×t.

Klarade a).

Behöver nu hjälp med b) och c).

Beräkna hur långt elektronen hinner i sidled från det att den lämnar fältet till dess att den når skärmen.

Beräkna hur långt elektronen hinner i höjdled från det att den lämnar fältet till dess att den når skärmen.

Jag får fel enligt facit. Använder mig av s = at^2/2

Får ut 3.15 mm, facit är 4,4 cm.

I c får jag ut 7,44 mm men facit säger 7,4 cm.

Visa steg för steg hur du har räknat. Vi som svarar här är bra på fysik, men usla tankeläsare.

Är du säker på att du ställt upp problemet korrekt? Jag tolkar situationen som nedan:

Detta innebär att elektronen rör sig 0.05 m med ett E-fält i sidled, 0.05 m utan E-fält, sedan 0.05 m med E-fält i höjdled och slutligen 0.25 m helt utan E-fält. Vad de exakt menar med "avståndet till skärmen är 0.35 m respektive 0.25 m" är oklart då de inte specificerar från vad men jag tror ovan bör vara rätt. Jag kan hjälpa dig med att strukturera b):

Jag skulle ta fram tiden för elektronen att röra sig 0.05 m i x-led för att kunna räkna lättare. Vi har att

$v_{x} = \sqrt{\frac{3000 eV \times 1.602 \times 10^{- 19} C}{9.11 \times 10^{- 31} kg}} m / s \approx 2.3 \times 10^{7} m / s$

Detta ger
$t_{0.05} = \frac{0.05 m}{v_{x}} = 2.18 \times 10^{- 9} s$
Elektronen accelereras i y-led (sidled) under tiden $t_{0.05}$ vilket ger den hastigheten $v_{y}$ du tog fram i a). Sedan tar det tiden $7 \times t_{0.05}$ för elektronen att träffa skärmen. Totala sträckan den färdas kan sammanställas som:

$s_{y} = \frac{a_{y} {(t_{0.05})}^{2}}{2} + v_{y} (7 \times t_{0.05})$

eftersom $v_{y} = a_{y} (t_{0.05})$ får vi slutligen

$s_{y} = 15 \frac{a_{y} {(t_{0.05})}^{2}}{2}$

vilket ger $s_{y} = 4.75 cm$ . Alltså har vi rätt storleksordning i förhållande till facit men deras uppställning kanske är någon annan eller så är det antal räknesiffror. Att slösa tid på att tyda någon fysiklärares kraftiga förenkling av hur ett oscilloskop ser ut är mindre intressant än de underliggande koncepten. Dessa verkar du ha koll på så du behöver sannolikt inte oroa dig så mycket.

Svara

Visa senaste svar