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《电光源原理》课程练习习题
一、选择题（占12分）
1．白炽灯和卤钨灯均为热光源，均运用红外辐射能量来提高光效，但采用的反射膜不一样，是由于（ A ）。
A.白炽灯工作温度较低，而卤钨灯工作温度较高；
B.白炽灯工作温度较高，而卤钨灯工作温度较低；
C.采用介质－金属－介质反射膜可到达规定；
D. 采用多层介质干涉反射膜可到达规定。

2．低压钠灯和低压汞灯均具有经典的低气压蒸气放电特性，但在工作的共振谱线上，波长和条数均不一样，表目前（ B ）。
A. Na是发黄光、双线，Hg是发蓝光、单线；
B. Na是发黄光、双线，Hg是发紫光、单线；
C. Na是发红光、双线，Hg是发紫光、单线；
D. Na是发黄光、单线，Hg是发蓝绿光、双线。

3． 下面的灯中，什么灯的光效最高？（ D ）
A.高压汞灯B.高压钠灯 C.超高压汞灯 D.金卤灯

4．什么光源具有光效高，且在寿命期间色温稳定性能最佳，即光通维持性能非常优秀？（ D ）
A.钠灯 B.汞灯 C.金卤灯 D.陶瓷金卤灯

5．带电粒子与气体发生碰撞的有效碰撞截面物理意义是（ A ）。
A.碰撞几率；B.碰撞能量；C.碰撞边界；D.碰撞时损失的能量。

6．辉光放电和弧光放电中，正柱区的发光较明亮且最均匀，电场强度是常数，但相对前者，后者（ B ）。
A.更大；B.更小；C.不一定；D.相等。

7．一般的霓虹灯的放电是处在（ ）放电阶段，用于照明的气体放电灯大多数是属于（ ）放电。选（ A ）
A. 辉光、弧光； B. 弧光、辉光；
C. 辉光、辉光； D. 弧光、弧光。

8．什么光源具有高亮度、轻量化、体积小，并且可以成为真正的点光源？（ D ）。
A.Hid光源；B.白炽灯；C.陶瓷金卤灯；D.UHP光源。

9．在多数的气体放电光源中，放电重要在弧光区域，具有（ ）的伏安特性，因此工作时（ ）。选（ D ）
A.正，不必镇流器；B. 正，需要镇流器；
C.负，不必镇流器；D. 负，需要镇流器。
10．在设计气体放电光源的构造和尺寸时，常常以获取（ B ）为第一原则条件而考虑。
A.最佳的光色；B.最高的光效；C.最长的寿命；D.最大的光通。

11．在I、Br、HBr、CH3Br、PBr3和氟化物这些卤钨循环剂中，（ ）既可以起到消气作用又可以减轻冷端腐蚀的循环剂？（ C ）可以克制甚至消除灯丝的热点问题？选（ ）
A. CH3Br、PBr3； B. 氟化物、PBr3；
C. PBr3、氟化物； D. CH3Br、氟化物。

12．下面的灯中，什么灯的光效最低？（ B ）
A.荧光高压汞灯B.自镇流高压汞灯 C.超高压汞灯 D.低压汞灯

13．哪种光源可以充入汞以提高电弧管工作时的轴心温度而提高光效？（ A ）
A.高压钠灯 B.低压钠灯 C.金卤灯 D.陶瓷金卤灯

14．辉光放电和弧光放电中，正柱区的发光较明亮且最均匀，是由于该区域的电场强度大小是（ C ）。
A.均匀变化；B.线性变化；C.常数；D.很大。
二、名词解释。（占18分）
1．带电粒子在气体中的双极性扩散运动。
由于带电粒子在气体中不是均匀分布，由浓度大处向浓度小处运动的带电粒子数比反方向运动的带电粒子数目大些，形成扩散。同步有两种符号的带电粒子的扩散过程称为双极性扩散.
2. 光源的色温。
当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相似时，黑体的这个温度就称为该光源的颜色温度Tc,简称色温(CT),用绝对温标表达.
3. 辐射体的分布温度。
辐射体的相对光谱能量分布与黑体在某一温度辐射的相对光谱能量分布相似时，则黑体此时的温度称为辐射体的分布温度
4.气体放电中的潘宁效应。
原子A的亚稳态电位(Vm)高于原子B的电离电位(Vi)，受激原子A与基态原子B作用后，使基态原子B电离，而原子A能级减少甚至返回基态，这种现象称为潘宁效应。
方程：
5. 弧光放电的阴极光斑。
由于弧光放电时阴极的电子发射很有效，因此只要很小的发射面积就能产生很大的电流。发射电子的部分一定是温度最高、电场最强或功函数最低的地方。放电时，在阴极发射电子的部位会形成一种极亮的辉点，这种现象称为阴极光斑
6．阴极电子的正离子轰击发射。
是一种重要的电子发射形式。正离子在阴极前面被这一区域的空间电场加速，然后飞落在阴极上。当正离子的总能量——动能和电离能之和不小于功函数的两倍时，有一种电子也许从阴极逸出，另一种电子被正离子吸取。
7. 卤钨灯的卤钨循环。
在合适的温度下，从灯丝蒸发出来的钨在泡壁区域与卤素化合成挥发性的卤钨化合物，当卤钨化合物扩散到较热的灯丝周围区域时，又分解成卤素和钨，释放出来的钨部分回到灯丝上，而卤素继续扩散到温度较低的区域与钨化合，这一过程称为卤钨灯的卤钨循环。
8．带电粒子在气体中的迁移运动。
在电场作用下，有一种沿电场方向的定向运动叠加到带电粒子的不规则的热运动上，这个方向的运动叫做带电粒子的迁移运动
9. 光源的显色性。
显色性是指光源的光照射到物体上所产生的客观效果.假如各色物体受照的效果和原则光源照射时同样,则认为该光源的显色性好,反之,假如物体在受照后颜色失真,则该光源的显色性就差.
11.金属钠灯中的钠耗空效应。
钠原子重要在管轴心处被激发和电离，由于双极性扩散，钠离子和电子向管壁扩散，在管壁上形成中性钠原子，在电流密度较高时，钠离子的径向抽运效应比中性钠原子从管壁向轴心的扩散速率要高，因此伴随电流的增长，轴心处的钠原子浓度逐渐减小，当到达某一电流值时，钠原子将耗尽，这种现象称为钠耗空效应
（氩清除效应）：钠灯中也要充入一定量的启动气体氖气和氩气，在放电时，氖原子被激发，激发的氖原子和氩原子碰撞，使氩原子电离。当灯管中的氩离子扩散到管壁时，会被抗钠玻璃吸附，导致氩气成分减少，产生氩清除效应。
12. 辉光放电中的阴极溅射。
阴极溅射是辉光放电阴极上的一种特有的过程.辉光放电时，阴极受到正离子等的剧烈轰击，使金属粒子从阴极表面飞溅出来，沉积到阴极附近的零件和管壁上，这种现象称为阴极溅射
13．高压弧光放电中的电弧绳化。
在高气压弧光放电时，假如电流较大，会发生电弧等离子体收缩的现象，即电弧绳化现象。原因是由于靠近灯管轴处的气体温度较高，自由程较大，电子能量较大，因此电离几率较大，且消电离较小。
14．金卤灯的金卤循环.
在管壁的工作温度下,金属卤化物大量蒸发,并扩散到管中心,在电弧的高温下,金属卤化物分子分解成金属原子和卤素原子,金属原子参与放电,卤素原子又扩散到管壁上与金属原子化合.反复上述过程,形成循环.
三、简答题。（占45分）
1. 怎样提高荧光灯的光效？在白炽灯、卤钨灯、金卤灯、低压钠灯、高压钠灯、低压汞灯、高压汞灯、白色LED、LED中哪些灯往往使用了荧光粉？
1、做成紧凑型和高功率型荧光灯；2、在灯管的内表面和荧光粉层之间涂一层保护膜，减少光衰；3、充入惰性气体；4、控制灯内的汞蒸气。
(提高水银荧光灯的光效:升高汞的蒸气压;用合适的荧光粉将253.7nm和365.0nm等紫外线转变成所需要的可见光.)
使用荧光粉有：低压汞灯、高压汞灯、白色LED
2. 为何高压汞灯熄灭后不能立即启动？
由于灯熄灭后，内部还保持着较高的汞蒸气压，此时电子的自由程很短，在本来的电压下，电子不能积累足够的能量来电离气体。
假如这时要灯再启动，就需要几千伏电压。但当放电管冷却至约400℃如下时，所需的启动电压就迅速下降。约200℃时，灯在电源电压下就可再启动。冷却所需的时间一般为3-6min。
3. 简述气体放电中的巴刑定律内容。
假如两平板电极之间的距离为d，压强为p，则在气体成分和电极材料一定、气体温度不变和冷电极的条件下，着火电压Vz是乘积pd的函数；并且变化pd时,Vz有一最低值，这就是巴刑定律。
4. 低压汞灯为何要充入惰性气体？尚有哪些灯（已经学过的）需要这样作的？
（1）充入惰性气体，使电子的平均自由程大为缩短,增长了电子和汞原子碰撞并使之激发电离的机会,减少了电子与管壁碰撞导致的损失,有助于提高光效.
（2）潘宁效应有助于汞灯的启动。
充惰气的灯尚有:白炽灯、卤钨灯、金卤灯、高压汞灯、超高压汞灯、低压钠灯、高压钠灯
5. 在白炽灯、卤钨灯、金卤灯、低压钠灯、高压钠灯、低压汞灯、高压汞灯、白色LED、LED中哪些灯往往使用了汞? 有的高压钠灯为何需要充入某些汞？
使用汞的：金卤灯、高压钠灯、低压汞灯、高压汞灯
高压钠灯添加汞的原因：（1）高压钠灯的颜色和光效是由钠蒸气压和电场强度所决定的。在灯内添加汞，减小了电子迁移率，使灯的电场强度提高，从而提高光效。（2）充入汞后，可以减少热导率，即减少电弧的热损耗；还可以减少电子和离子扩散导致的损失，这样电弧的温度可以提高，使辐射的功率增长。
6.怎样提高高压汞灯的光色？
提高工作气压，选择合适的荧光粉
7. LED是一种什么样的光源？简述LED的发光原理或者发光本质。
LED属于半导体PN结注入式电致发光光源，在半导体PN结加正向偏压时产生的电子、空穴注入式复合发光。
LED发光原理：在N区导带底附近浅施主能级电离，向导带提供大量电子，在P区，浅受主能级电离，向导带提供大量空穴。在PN结加正向电压时，PN结势垒减少， N区的电子注入到P区，P区的空穴注入到N区，注入的电子和空穴在PN结附近发生复合，并将多出的能量以光的形式释放出来，从而PN结发光。
8.金属卤化物灯的金卤循环是怎样进行的？真正工作的是什么物质？
在管壁的工作温度下，金属卤化物大量蒸发，因浓度梯度而向高温的电弧中心扩散，在电弧中心的高温区域，金属卤化物分解为金属和卤素原子，金属原子参与放电并产生辐射，由于电弧中心金属原子和卤素原子的浓度较高，因此它们又向着管壁扩散，在管壁低温区又重新合成金属卤化物，就这样循环下去。真正的工作物质是金属。
9. 比较钨的分布温度和真实温度，并阐明原因。
分布温度Td>真实温度T。
由于钨在可见光的光谱发射率ε（λ，T）不小于红外区，并且伴随可见光的蓝色部分推移。
ε（λ，T）又是持续减少的，使钨比其工作温度高的黑体有相似的可见光谱的能量分布和颜色。故Td>T。
10. 为何高压汞灯从启动到正常工作需要一段时间？即简朴阐明高压汞灯的工作过程和原理。
在灯点燃的初始阶段，是低气压的汞蒸气和氩气放电。这时灯管电压很低，放电电流很大。低压放电时产生的热量，使管壁温度升高，汞逐渐汽化，汞蒸气压、灯管电压逐渐升高，电弧开始收缩，放电逐渐向高气压放电过渡。当汞所有蒸发后，管压开始稳定，成为稳定的高压汞蒸气放电。因此，高压汞灯从启动到正常工作需要一段时间，一般为4~10min。
11. 简述气体放电中的汤生放电理论。
在气体放电的着火点，电流忽然迅速增长，而管压降几乎无变化的现象称为汤生放电现象。它满足公式______________,γ为一种正粒子轰击阴极所能激发出的电子数目，d为阴阳极之间的距离，α为单位旅程中发生碰撞的平均次数。它阐明了阴极激发出的一种电子，通过多种经历，最终只在阴极换取一种电子。自持放电就能自我维持。
13. 简述汞在金卤灯中的作用。
（1）缓冲循环过程中产生的能量损失，提高光效；
（2）减少电子迁移率，提高电场强度和管压，改善灯的电特性；
（3）可以有助于灯的启动，由于启动时汞蒸气压小,将多出的卤素原子化合成卤化汞。
15. 简述白色LED的发光原理或者发光本质。
（1）混色方式。通过在一种显示单元上集合红、绿、蓝光的三种LED灯并通过各自调整其强度等参数来发出白光。
（2）参杂荧光粉方式。在单色LED上覆盖荧光粉，通过发光激发荧光粉从而发出可见光谱段的白光。
无论是PC LED或者MC LED都是通过将半导体发光材料或者荧光粉材料发射的相对窄的谱线叠加来得到白光.
16. 在I、Br、HBr、CH3Br、PBr3和氟化物这些卤钨循环剂中，谁是既可以起到消气作用又可以减轻冷端腐蚀的循环剂？谁可以克制甚至消除灯丝的热点问题？简朴阐明用HBr作循环剂时的溴钨循环过程。
PBr3 起到消气作用且减轻冷端腐蚀；氟化物可以克制或消除灯丝热点问题；
溴钨循环：在灯丝高温处，HBr分解成H2和Br， H2从泡壳部分渗透出去。分解的Br与灯丝蒸发出来的钨在低温区化合成挥发性的溴化钨化合物，该化合物扩散到灯丝的高温处分解成溴和钨，钨部分回到灯丝上，溴扩散到泡壁低温区与钨进行化合，反复前面的过程，形成循环。
四、计算阐明题。（占25 分）
1.已知白炽灯中，在所充气体中钨原子的扩散系数： 平均寿命1000小时，稳定气体层直径灯丝有效直径长灯丝温度求灯丝在整个寿命期由于浓度扩散引起的重量损失。
解：2770k时钨的蒸汽压：

钨的浓度：
每秒由灯丝蒸发的钨原子数

整个寿命蒸发的钨原子数：

重量损失：
2.运用方程形式阐明潘宁效应在高压钠灯的电弧管中充入氖-氩混合气体可减少着火电压。
在高压钠灯的电弧管中充入氖-氩混合气体，灯的着火重要靠氩的电离，采用氖-氩混合气，氖原子的亚稳态激发电位高于氩原子的电离电位，运用放电时氖-氩混合气的潘宁效应，即Ne*+Ar→Ne+Ar++e 在放电时，氖原子被激发，激发的氖原子和氩原子碰撞，使氩原子电离，从而减少着火电压。
3．我们所学习的电光源有哪些？均有哪些重要长处或明显缺陷？谈谈你对电光源的认识。
白炽灯、卤钨灯、低气压荧光灯、高压汞灯、钠灯、金卤灯、LED
白炽灯：辐射光谱持续，显色性好，光色好，但光效低。

4．说说你所懂得的电光源原理知识。
（1）带电粒子在气体中的运动
（2）气体的碰撞激发原理
（3）放电原理和现象（汤生放电、辉光放电、弧光放电、火花放电）