Номер 2, страница 338 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Задачи для самостоятельного решения. Параграф 102. Примеры решения задач по теме «Потенциальная энергия электростатического поля. Разность потенциалов». Глава 14. Электростатика - номер 2, страница 338.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Дано:

Разность потенциалов: $\Delta\phi = \phi_2 - \phi_1 = 1 \text{ В}$

Заряд электрона: $q = -e$

Элементарный заряд: $e \approx 1.6 \cdot 10^{-19} \text{ Кл}$

Найти:

Изменение кинетической энергии: $\Delta E_k$

Изменение потенциальной энергии: $\Delta E_p$

Решение:

В основе решения лежит закон сохранения энергии для заряженной частицы в электростатическом поле. Полная энергия электрона, состоящая из кинетической и потенциальной, сохраняется, если на него действуют только силы электрического поля. Следовательно, изменение полной энергии равно нулю:

$\Delta E_k + \Delta E_p = 0$

Отсюда следует, что изменение кинетической энергии равно по модулю и противоположно по знаку изменению потенциальной энергии:

$\Delta E_k = -\Delta E_p$

Сначала найдем изменение потенциальной энергии электрона, а затем, используя это соотношение, найдем изменение кинетической энергии.

Насколько изменилась кинетическая энергия электрона?

Изменение потенциальной энергии $\Delta E_p$ заряда $q$ при его перемещении в поле с разностью потенциалов $\Delta\phi$ равно:

$\Delta E_p = q \cdot \Delta\phi$

Подставив заряд электрона $q = -e$ и заданную разность потенциалов $\Delta\phi = 1 \text{ В}$, получим:

$\Delta E_p = (-e) \cdot \Delta\phi = (-1.6 \cdot 10^{-19} \text{ Кл}) \cdot (1 \text{ В}) = -1.6 \cdot 10^{-19} \text{ Дж}$

Теперь найдем изменение кинетической энергии:

$\Delta E_k = -\Delta E_p = -(-1.6 \cdot 10^{-19} \text{ Дж}) = 1.6 \cdot 10^{-19} \text{ Дж}$

Так как изменение кинетической энергии положительно, она увеличилась. Это физически обосновано: электрон, имеющий отрицательный заряд, ускоряется при движении в сторону более высокого потенциала.

Ответ: Кинетическая энергия электрона увеличилась на $1.6 \cdot 10^{-19} \text{ Дж}$.

потенциальная энергия электрона?

Изменение потенциальной энергии было рассчитано в предыдущем пункте. Формула для изменения потенциальной энергии:

$\Delta E_p = q \cdot \Delta\phi$

Подстановка значений дает:

$\Delta E_p = (-1.6 \cdot 10^{-19} \text{ Кл}) \cdot (1 \text{ В}) = -1.6 \cdot 10^{-19} \text{ Дж}$

Так как изменение потенциальной энергии отрицательно, она уменьшилась.

Ответ: Потенциальная энергия электрона уменьшилась на $1.6 \cdot 10^{-19} \text{ Дж}$.