Определите модуль импульса электрона, если кинетическая энергия электрона составляет α = 50 % его энергии покоя.
от

1 Ответ

Дано:
- Энергия покоя электрона (E_0) = m_e * c^2, где m_e - масса электрона, c - скорость света (c ≈ 3 * 10^8 м/с)
- Кинетическая энергия электрона (K.E.) = α * E_0 = 0.5 * E_0

Найти: модуль импульса электрона (p).

Решение:

1. Выразим энергию покоя электрона:
   E_0 = m_e * c^2

2. Подставим это значение в кинетическую энергию:
   K.E. = 0.5 * E_0 = 0.5 * m_e * c^2

3. Полная энергия электрона включает его массу покоя и кинетическую энергию:
   E_total = K.E. + E_0 = 0.5 * m_e * c^2 + m_e * c^2 = (1 + 0.5) * m_e * c^2 = 1.5 * m_e * c^2

4. В релятивистской механике связь между энергией и импульсом задается формулой:
   E^2 = (pc)^2 + (m_0*c^2)^2, где E - полная энергия, p - импульс, m_0 - масса покоя.

5. Подставляем полную энергию электрона:
   (1.5 * m_e * c^2)^2 = (pc)^2 + (m_e * c^2)^2

6. Упростим уравнение:
   (2.25 * m_e^2 * c^4) = (pc)^2 + (m_e^2 * c^4)

7. Переносим второе слагаемое:
   (pc)^2 = (2.25 * m_e^2 * c^4) - (m_e^2 * c^4)

8. Приведем к общему знаменателю:
   (pc)^2 = (2.25 - 1) * m_e^2 * c^4 = 1.25 * m_e^2 * c^4

9. Найдем импульс:
   p = sqrt(1.25 * m_e^2 * c^4) / c = sqrt(1.25) * m_e * c

10. Упростим:
    p = (sqrt(1.25)) * m_e * c

Теперь подставляем значения:
- m_e = 9.11 * 10^-31 кг (масса электрона)
- c = 3 * 10^8 м/с

Итак, подставим:
p = (sqrt(1.25)) * (9.11 * 10^-31) * (3 * 10^8)

11. Находим расчеты:
sqrt(1.25) ≈ 1.118,
p ≈ 1.118 * (9.11 * 10^-31) * (3 * 10^8)
≈ 1.118 * (27.33 * 10^-23)
≈ 3.05 * 10^-22 кг·м/с

Ответ: модуль импульса электрона примерно равен 3.05 * 10^-22 кг·м/с.
от