Протон, попавший в однородное электрическое поле с напряженностью 200 В/м и движущийся параллельно линиям напряженности, остановился после прохождения 40 см. Какова была его начальная скорость?

Физика 11 класс Электрическое поле и движение заряженных частиц протон электрическое поле напряженность скорость физика 11 класс Движение остановка расстояние задачи по физике Новый

Чтобы найти начальную скорость протона, который движется в однородном электрическом поле и останавливается, мы можем использовать закон сохранения энергии и уравнение движения.

Сначала давайте определим, что происходит с протоном в электрическом поле:

• Протон с положительным зарядом (q = 1.6 * 10^-19 Кл) будет испытывать силу, направленную в сторону, противоположную его движению, из-за электрического поля.
• Электрическая сила (F) на протон определяется по формуле: F = q * E, где E - напряженность электрического поля.

Теперь подставим значения:

• q = 1.6 * 10^-19 Кл
• E = 200 В/м

Таким образом, сила, действующая на протон:

F = 1.6 * 10^-19 Кл * 200 В/м = 3.2 * 10^-17 Н

Теперь давайте найдем ускорение (a), которое испытывает протон. Ускорение можно найти по второму закону Ньютона:

a = F / m

Масса протона (m) составляет примерно 1.67 * 10^-27 кг. Подставим значения:

a = (3.2 * 10^-17 Н) / (1.67 * 10^-27 кг) ≈ 1.92 * 10^{10} м/с²

Теперь мы можем использовать уравнение движения, чтобы найти начальную скорость (v0) протона. Мы знаем, что он останавливается, то есть конечная скорость (v) равна 0. Используем уравнение:

v² = v0² + 2a * s

Где:

• v - конечная скорость (0 м/с)
• v0 - начальная скорость, которую мы ищем
• a - ускорение (1.92 * 10^{10} м/с²)
• s - расстояние (40 см = 0.4 м)

Подставим известные значения в уравнение:

0 = v0² + 2 * (-1.92 * 10^{10}) * 0.4

Обратите внимание, что ускорение будет отрицательным, так как оно направлено против движения протона.

Теперь упростим уравнение:

v0² = -2 * (-1.92 * 10^{10}) * 0.4

v0² = 2 * 1.92 * 10^{10} * 0.4

v0² = 1.536 * 10^{10}

Теперь найдем начальную скорость:

v0 = √(1.536 * 10^{10}) ≈ 123.2 * 10^5 м/с

Таким образом, начальная скорость протона была примерно 1.23 * 10^5 м/с.