第三種電気主任技術者・2015年度・理論

2015年度 理論 問12

ブラウン管は電子銃、偏向板、蛍光面などから構成される真空管であり、オシロスコープの表示装置として用いられる。図のように、電荷 −e -e [C] をもつ電子が電子銃から一定の速度 v v [m/s] で z z 軸に沿って発射される。電子は偏向板の中を通過する間、x x 軸に平行な平等電界 E E [V/m] から静電力 −eE -eE [N] を受け、x x 方向の速度成分 u u [m/s] を与えられ進路を曲げられる。偏向板を通過後の電子は z z 軸と tan⁡θ=uv \tan \theta = \dfrac{u}{v} となる角度 θ \theta をなす方向に直進して蛍光面に当たり、その点を発光させる。このとき発光する点は蛍光面の中心点から x x 方向に距離 X X [m] だけシフトした点となる。
u u と X X を表す式の組合せとして、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
ただし、電子の静止質量を m m [kg]、偏向板の z z 方向の大きさを l l [m]、偏向板の中心から蛍光面までの距離を d d [m] とし、l≪d l \ll d と仮定してよい。また、速度は光速に比べて十分小さいものとする。

2015年度 理論 問12の問題図1

出典:第三種電気主任技術者 2015年度 理論 問12

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正答:(5)

要点

正解は(5)。「u:elEmv u: \dfrac{elE}{mv} , X:eldEmv2 X: \dfrac{eldE}{mv^{2}} 」が正しいです。です。

詳細解説を読む

正解は(5)です。

  1. u u の導出:
    電子が偏向板(長さ l l )を通過する時間 t t は t=lv t = \dfrac{l}{v} です。
    電界 E E による加速度 a a は、運動方程式 ma=eE ma = eE より a=eEm a = \dfrac{eE}{m} です。
    通過後の x x 方向の速度 u u は、u=at=eEm⋅lv=elEmv u = at = \dfrac{eE}{m} \cdot \dfrac{l}{v} = \dfrac{elE}{mv} となります。

  2. X X の導出:
    問題文より tan⁡θ=uv \tan \theta = \dfrac{u}{v} です。
    また、図何的関係と l≪d l \ll d の仮定(偏向板の中心から直線的に飛んでいく近似)より、X=dtan⁡θ X = d \tan \theta と表せます。
    X=d⋅uv=d⋅1v⋅elEmv=eldEmv2 X = d \cdot \dfrac{u}{v} = d \cdot \dfrac{1}{v} \cdot \dfrac{elE}{mv} = \dfrac{eldE}{mv^{2}} 。

よって、組合せとして正しいのは(5)です。
以上より、選択肢(5)が正解です。

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