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Messung mit dem Oszilloskop
AFB IIIn der Braunschen Röhre eines Oszilloskops treten Elektronen aus einer Glühkathode aus und werden mit \(U_\text{B}=2{,}0\,\mathrm{kV}\) beschleunigt. Anschließend durchlaufen sie waagerecht das Feld der y-Ablenkplatten: Plattenlänge \(l=4{,}0\,\mathrm{cm}\), Plattenabstand \(d=1{,}2\,\mathrm{cm}\), Ablenkspannung \(U_\text{A}=40\,\mathrm V\). Vom Plattenende bis zum Leuchtschirm sind es \(L=18\,\mathrm{cm}\) feldfreier Raum.
Rechnen Sie mit \(e=1{,}602\cdot10^{-19}\,\mathrm C\) und \(m_\text{e}=9{,}109\cdot10^{-31}\,\mathrm{kg}\). Die Gewichtskraft der Elektronen wird vernachlässigt.
- Beschreiben Sie den Weg eines Elektrons von der Kathode bis zum Schirm und nennen Sie zu jeder Baugruppe die physikalische Größe, die sie verändert.
- Berechnen Sie die Eintrittsgeschwindigkeit \(v_0\) in das Ablenkfeld und die Auslenkung \(Y\) des Leuchtflecks auf dem Schirm.
- Erklären Sie die Aufgabe der an den x-Platten anliegenden Sägezahnspannung und beurteilen Sie, wie sich das Schirmbild ändert, wenn die Frequenz der gemessenen Wechselspannung bei unveränderter Zeitablenkung verdoppelt wird.
Hinweis zu Aufgabe a)
Gehe die Baugruppen in der Reihenfolge durch, in der das Elektron sie erreicht: Kathode, Wehneltzylinder, Anode, Plattenpaare, Schirm.„Nennen“ verlangt hier nur die Größe (Anzahl, Energie, Richtung …), keine Erläuterung.
Hinweis zu Aufgabe b)
Für \(v_0\) den Energieansatz \(e\,U_\text{B}=\tfrac12 m v_0^{2}\) verwenden. Für \(Y\) zuerst die Ablenkung am Plattenende und den Ablenkwinkel bestimmen; auf dem Schirm gilt \(Y=\left(\frac l2+L\right)\tan\alpha\).
Hinweis zu Aufgabe c)
Was macht der Leuchtfleck, wenn die x-Spannung gleichmäßig ansteigt und dann zurückspringt? Überlege für den zweiten Teil, wie viele Schwingungen in einen Durchlauf passen.