Номер 3, страница 320 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Основы электродинамики. Глава 12. Разность потенциалов. Энергия электростатического поля. Параграф 57. Потенциальная энергия заряда в однородном электростатическом поле. Задания и упражнения - номер 3, страница 320.

Условие.

3. В однородном электростатическом поле, модуль напряжённости которого равен $4 \cdot 10^4 \text{ Н/Кл}$, протон перемещается вдоль силовой линии на расстояние, равное 2 см. Найдите:

а) модуль силы, действующей на частицу со стороны поля;

б) работу сил однородного электростатического поля по перемещению протона из одной точки поля в другую;

в) изменение кинетической энергии протона на этом участке.

Решение.

Дано:

$E = 4 \cdot 10^4$ Н/Кл
$d = 2$ см
$q_p = e = 1.6 \cdot 10^{-19}$ Кл (заряд протона)

Перевод в СИ:
$d = 2 \cdot 10^{-2}$ м

Найти:

a) $\text{F}$ - ?
б) $\text{A}$ - ?
в) $\Delta E_k$ - ?

Решение:

а) модуль силы, действующей на частицу со стороны поля;
Сила, действующая на заряженную частицу в однородном электростатическом поле, определяется по формуле:
$F = q \cdot E$
где $\text{q}$ — заряд частицы, $\text{E}$ — напряжённость электрического поля. Для протона $q = q_p = 1.6 \cdot 10^{-19}$ Кл.
Подставим значения:
$F = 1.6 \cdot 10^{-19} \text{ Кл} \cdot 4 \cdot 10^4 \text{ Н/Кл} = 6.4 \cdot 10^{-15} \text{ Н}$
Ответ: $6.4 \cdot 10^{-15}$ Н.

б) работу сил однородного электростатического поля по перемещению протона из одной точки поля в другую;
Работа электростатического поля при перемещении заряда $\text{q}$ на расстояние $\text{d}$ вдоль силовой линии вычисляется по формуле:
$A = F \cdot d$
Так как протон (положительный заряд) перемещается вдоль силовой линии, направление силы совпадает с направлением перемещения.
Подставим значения:
$A = (6.4 \cdot 10^{-15} \text{ Н}) \cdot (2 \cdot 10^{-2} \text{ м}) = 12.8 \cdot 10^{-17} \text{ Дж} = 1.28 \cdot 10^{-16} \text{ Дж}$
Ответ: $1.28 \cdot 10^{-16}$ Дж.

в) изменение кинетической энергии протона на этом участке.
Согласно теореме о кинетической энергии, работа, совершаемая полем над частицей, равна изменению кинетической энергии этой частицы:
$\Delta E_k = A$
Работа поля была найдена в пункте б).
$\Delta E_k = 1.28 \cdot 10^{-16} \text{ Дж}$
Ответ: $1.28 \cdot 10^{-16}$ Дж.