Какое изменение потенциальной энергии произойдет у покоящегося электрона, если он переместится из точки с потенциалом 200 В в точку с потенциалом 500 В? Какова будет его кинетическая энергия и скорость в конечной точке?

Физика 10 класс Электрическое поле и потенциальная энергия потенциальная энергия электрона изменение потенциала кинетическая энергия скорость электрона физика электрона закон сохранения энергии работа электрического поля перемещение электрона электрический потенциал энергия в электрическом поле Новый

Чтобы рассчитать изменение потенциальной энергии электрона, необходимо понимать, что электрический потенциал (вольт) связан с потенциальной энергией заряда. Потенциальная энергия U заряда q в электрическом поле определяется формулой:

U = q * V

где V - электрический потенциал в вольтах.

Электрон имеет отрицательный заряд, равный:

q = -1.6 * 10^(-19) Кл

Теперь давайте определим изменение потенциальной энергии при перемещении электрона из точки с потенциалом 200 В в точку с потенциалом 500 В.

1. Сначала найдем потенциальную энергию в начальной точке (V1 = 200 В):
• U1 = q * V1 = -1.6 * 10^(-19) * 200 = -3.2 * 10^(-17) Дж
2. Теперь найдем потенциальную энергию в конечной точке (V2 = 500 В):
• U2 = q * V2 = -1.6 * 10^(-19) * 500 = -8.0 * 10^(-17) Дж
3. Теперь можем найти изменение потенциальной энергии:
• ΔU = U2 - U1 = (-8.0 * 10^(-17)) - (-3.2 * 10^(-17)) = -4.8 * 10^(-17) Дж

Теперь, когда мы знаем изменение потенциальной энергии, давайте рассмотрим, как это изменение связано с кинетической энергией электрона.

Согласно закону сохранения энергии, изменение потенциальной энергии равно изменению кинетической энергии:

ΔU = -ΔK

Где ΔK - изменение кинетической энергии. Поскольку электрон изначально покоился, его начальная кинетическая энергия равна нулю:

ΔK = K2 - K1 = K2 - 0 = K2

Следовательно, изменение кинетической энергии будет равно:

K2 = -ΔU = 4.8 * 10^(-17) Дж

Теперь можем найти скорость электрона в конечной точке. Кинетическая энергия определяется формулой:

K = (1/2) * m * v^2

Где m - масса электрона, равная примерно:

m = 9.11 * 10^(-31) кг

Теперь подставим значение кинетической энергии:

1. Сначала выразим скорость v:
• K2 = (1/2) * m * v^2
• v^2 = (2 * K2) / m
• v = sqrt((2 * K2) / m)
2. Подставим значения:
• v = sqrt((2 * 4.8 * 10^(-17)) / (9.11 * 10^(-31)))

Теперь, посчитав, мы получим скорость электрона в конечной точке. Давайте сделаем расчет:

v ≈ sqrt((9.6 * 10^(-17)) / (9.11 * 10^(-31)))

v ≈ sqrt(1.05 * 10^14) ≈ 1.03 * 10^7 м/с.

Таким образом, изменение потенциальной энергии равно -4.8 * 10^(-17) Дж, а скорость электрона в конечной точке составляет примерно 1.03 * 10^7 м/с.