Электрон влетает в однородное электрическое поле в направлении, противоположном направлению силовых линий. В некоторой точке поля с потенциалом 100 В электрон имел скорость 2 Мм/c. Определите потенциал 2 точки поля, в которой скорость электрона будет в три раза больше начальной. Какой путь пройдет электрон, если напряженность электрического поля Е = 5·104 В/м?
от

1 Ответ

дано:
- начальный потенциал U1 = 100 В.
- начальная скорость v1 = 2 Мм/с = 2000 м/с (переведено в метры в секунду).
- конечная скорость v2 = 3 * v1 = 3 * 2000 м/с = 6000 м/с.
- напряженность электрического поля E = 5·10^4 В/м.

найти:
- потенциал U2 во второй точке поля.
- путь, пройденный электроном d.

решение:
1. Используем закон сохранения энергии для электрона:

   q(U2 - U1) + (m*v2^2)/2 = (m*v1^2)/2,

   где q - заряд электрона (приблизительно 1.6 * 10^-19 Кл), m - масса электрона (приблизительно 9.11 * 10^-31 кг).

2. Поскольку мы знаем, что q = -1.6 * 10^-19 Кл, можем записать уравнение:

   -1.6 * 10^-19 (U2 - 100) + (9.11 * 10^-31 * 6000^2)/2 = (9.11 * 10^-31 * 2000^2)/2.

3. Вычислим значения кинетической энергии:

   (9.11 * 10^-31 * 6000^2)/2 ≈ 1.638 * 10^-26 Дж,
   
   (9.11 * 10^-31 * 2000^2)/2 ≈ 3.644 * 10^-27 Дж.

4. Подставим значения в уравнение:

   -1.6 * 10^-19 (U2 - 100) + 1.638 * 10^-26 = 3.644 * 10^-27.

5. Упростим уравнение:

   -1.6 * 10^-19 (U2 - 100) = 3.644 * 10^-27 - 1.638 * 10^-26.

6. Вычислим правую часть:

   3.644 * 10^-27 - 1.638 * 10^-26 = -1.273 * 10^-26.

7. Получаем:

   -1.6 * 10^-19 (U2 - 100) = -1.273 * 10^-26.

8. Разделим обе стороны на -1.6 * 10^-19:

   U2 - 100 = -1.273 * 10^-26 / -1.6 * 10^-19.

9. Вычислим U2:

   U2 - 100 ≈ 0.000796875,
   U2 ≈ 100 + 0.000796875 ≈ 100 В (что не изменяет первоначальное значение, так как два значения очень близки).

10. Теперь найдем путь, пройденный электроном d, используя формулу:

   d = (v2^2 - v1^2) / (2*E).

11. Подставляем значения:

   d = (6000^2 - 2000^2) / (2 * (5 * 10^4)).

12. Вычислим:

   d = (36000000 - 4000000) / (100000),
   d = 32000000 / 100000,
   d = 320 м.

ответ:
Потенциал во второй точке поля составляет примерно 100 В. Электрон пройдет путь 320 м.
от