A. Lý thuyết
I. Bản chất dòng điện trong chân không
Dòng điện trong chân không là dòng chuyển dời có hướng của các electron được đưa vào khoảng chân không đó.
Cách tạo ra dòng điện trong chân không: Dùng một hiệu điện thế lớn giữa anot và catot đặt trong một ống thủy tinh nối với bơm chân không rồi rút khí cho đến khi trong ống là chân không.
II. Tia catot
Tia catot là tia phát ra từ catot làm huỳnh quang thủy tinh. Tia catot còn được gọi là tia âm cực.
Bản chất: Tia catot là dòng các electron phát ra từ catot và bay gần như tự do trong ống thí nghiệm.
Tính chất:
Tia catot phát ra từ catot theo phương vuông góc với bề mặt catot. Bị chặn lại khi gặp vật cản và làm cho vật cản tích điện âm.
Mang năng lượng lớn: Làm đen phim ảnh, làm huỳnh quang một số tinh thể, làm kim loại phát ra tia X, ...
Từ trường làm tia catot lệch theo hướng vuông góc với phương lan truyền và phương của từ trường. Điện trường làm tia catot lệch theo chiều ngược với điện trường.
Tia catot được sử dụng làm ống phóng điện tử hoặc đèn hình.
B. BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI
Câu 1: SGK trang 99:
Vì sao chân không không dẫn điện? Bằng cách nào tạo ra được dòng điện trong chân không?
Hướng dẫn 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.
Câu 2: SGK trang 99:
Điot chân không cấu tạo như thế nào và có tính chất gì?
Hướng dẫn giải
Điốt chân không gồm một bóng thủy tinh đã hút chân không, bên trong có đặt hai điện cực: Catốt là dây tóc vôníram và anốt 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 catôt.
Câu 3: SGK trang 99:
Tia catot là gì? Có thể tạo ra nó bằng cách nào?
Hướng dẫn giải
Khi phóng điện trong 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.
Câu 4: SGK trang 99:
Tại sao khi phóng điện ở áp suất thấp lại sinh ra tia catot?
Hướng dẫn 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.
Câu 5: SGK trang 99:
Kể vài tính chất của tia catot chứng tỏ nó là các dòng electron bay tự do.
Hướng dẫn giải
a) Tia catôt phát ra theo phương vuông góc với bề mặt catôt.
b) Tia catôt mang năng lượng lớn: 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.
c) Tia catôt bị lệch trong điện trường và từ trường.
Câu 6: SGK trang 99:
Súng electrong tạo ra tia catot theo nguyên tắc nào?
Hướng dẫn giải
Súng êlectron tạo ra tia catốt theo nguyên tắc đốt nóng catôt, phát xạ nhiệt êlectron.
Câu 7: SGK trang 99:
Hãy kể hai ứng dụng của tia catot mà em biết.
Hướng dẫn giải
Hai ứng dụng của tia catôt:
- Dùng trong đèn hình (đèn ti vi)
- Để nấu các kim loại tinh khiết trong chân không. Trong bài tập 8 và 9 dưới đây, phát biểu nào là chính xác.
Câu 8: SGK trang 99:
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 mà ta đưa từ bên ngoài vào giữa các điện cực đặt trong chân không.
C. các electron phát ra từ anot bị đốt nóng đỏ.
D. các ion khí còn dư trong chân không.
Hướng dẫn giải
Chọn câu A.
Câu 9: SGK trang 99:
Phát biểu nào là chính xác?
Người ta kết luận tia catot là dòng hạt tích điện âm vì
A. nó mang năng lượng.
B. khi rọi vào vật nào, nó làm vật ấy tích điện âm,
C. nó bị điện trường làm lệch hướng,
D. nó làm huỳnh quang thủy tinh.
Hướng dẫn giải
Chọn câu B.
Câu 10: SGK trang 99:
Catot của một điot chân không có diện tích mặt ngoài S = 10 mm2 . Dòng bão hòa Ibh = 10 mA. Tính số electron phát xạ từ một đơn vị diện tích của catot trong một giây.
Hướng dẫn giải
Điện lượng của điot trong chuyển qua một đơn vị diện tích trong một giây là:
\[q=\frac{{{I}_{bh}}.t}{S}=\frac{{{10.10}^{-3}}.1}{{{10.10}^{-6}}}=1000\] (C).
Số electron phát xạ là: \[n=\frac{q}{e}=\frac{1000}{1,{{6.10}^{-19}}}=6,{{25.10}^{21}}\] (hạt)
Câu 11: SGK trang 99:
Hiệu điện thế giữa anot và catot của một súng electron là 2500 V, tính tốc độ của electron mà súng phát ra. Cho biết khối lượng của electron là 9,1.10-31 kg.
Hướng dẫn giải
Năng lượng của điện trường là: (công của điện trường tác dụng lên electron để dịch chuyển nó)
A = W = e.U = 1,6.10-19.2500 = 4.10-16 (J).
Năng lượng này gây ra động năng cho electron nên tốc độ electron là:
\[v=\sqrt{\frac{2W}{m}}=\frac{{{2.4.10}^{-16}}}{9,{{1.10}^{-31}}}=2,{{96.10}^{7}}\] (m/s)