Задание 25 ЕГЭ по физике · F430DC
Движение иона в конденсаторе
На рисунке показана схема устройства для предварительного отбора заряженных частиц с целью последующего детального исследования. Устройство представляет собой конденсатор, пластины которого изогнуты дугой радиуса R ≈ 50 см. Предположим, что в промежуток между обкладками конденсатора из источника заряженных частиц (и. ч.) влетают, как показано на рисунке, ионы с зарядом е. Напряжённость электрического поля в конденсаторе по модулю равна 50 кВ/м. При каком значении кинетической энергии ионы пролетят сквозь конденсатор, не коснувшись его пластин? Считать, что расстояние между обкладками конденсатора мало, напряжённость электрического поля в конденсаторе всюду одинакова по модулю, а вне конденсатора электрическое поле отсутствует. Влиянием силы тяжести пренебречь.
Развёрнутый ответ: проверяется по критериям ФИПИ.
Решение
Чтобы ион двигался по дуге радиуса R, электрическая сила должна быть направлена к центру кривизны и играть роль центростремительной силы.
Fэл=eE=mv2R
Выразим произведение mv2 из уравнения движения.
mv2=eER
Кинетическая энергия иона определяется выражением Ek=mv22. Поэтому она не зависит от массы иона.
Ek=eER2
Подставим значения в единицах СИ: E=50 кВ/м=5,0⋅104 В/м, R=0,50 м.
Ek=e⋅5,0⋅104⋅0,502=1,25⋅104e В
Так как заряд иона равен элементарному заряду e, получаем энергию в электрон-вольтах и джоулях.
Ek=1,25⋅104 эВ=12,5 кэВ≈2,0⋅10−15 Дж
Fэл=eE=mv2R
Выразим произведение mv2 из уравнения движения.
mv2=eER
Кинетическая энергия иона определяется выражением Ek=mv22. Поэтому она не зависит от массы иона.
Ek=eER2
Подставим значения в единицах СИ: E=50 кВ/м=5,0⋅104 В/м, R=0,50 м.
Ek=e⋅5,0⋅104⋅0,502=1,25⋅104e В
Так как заряд иона равен элементарному заряду e, получаем энергию в электрон-вольтах и джоулях.
Ek=1,25⋅104 эВ=12,5 кэВ≈2,0⋅10−15 Дж
Пример ответа
Eₖ = 12,5 кэВ ≈ 2,0 · 10−15 Дж
Источник: Открытый банк ФИПИ F430DC
Похожие задания
25Электромагнитное излучение с длиной волны 3,3 ⋅ 10^( – 7) м используется для нагревания воды. Какую массу…Нагревание воды фотонами · 002D3A25Плоская монохроматическая световая волна с длиной волны 400 нм падает по нормали на дифракционную решётку.…Период дифракционной решётки · 01C99325Ион с зарядом q=3,2⋅10^(−19) Кл и массой m=1,5⋅10^(−25) кг проходит ускоряющую разность потенциалов U=2 кВ и…Радиус движения иона · 030E6825В электрической цепи, схема которой показана на рисунке, R1=R, R2=2R, r=0,5R. Когда ключ К разомкнут, на…Мощность в разветвлённой цепи · 05618D25Сила тока в идеальном колебательном контуре меняется со временем так, как показано на рисунке. Определите…Заряд конденсатора в контуре · 07189425На рисунке показана схема электрической цепи, состоящей из источника тока с ЭДС ℰ=12 В и внутренним…Теплота при разряде конденсатора · 0B939C
Нужен репетитор по физике?
Посмотрите репетиторов, которые ведут занятия в Precettore, или оставьте заявку — подберём сами.
Готовьтесь к ЕГЭ по физике в Precettore
Варианты с автопроверкой, домашние задания от репетитора, онлайн-доска и разбор ошибок — в одном кабинете. Регистрация бесплатная.