Какое время t потребуется электрону, чтобы пролететь расстояние 2 мм между катодом и анодом вакуумного диода при анодном напряжении U = 350 В, если движение считается равноускоренным без начальной скорости?

Физика 10 класс Электрическое поле и движение заряженных частиц время полета электрона расстояние 2 мм анодное напряжение 350 В вакуумный диод равноускоренное движение Новый

Чтобы найти время, которое потребуется электрону для пролета расстояния 2 мм между катодом и анодом вакуумного диода при анодном напряжении U = 350 В, мы можем использовать формулы кинематики для равноускоренного движения.

Шаг 1: Определение ускорения электрона

Для начала нам нужно определить ускорение электрона, когда он движется под воздействием электрического поля. Ускорение можно найти по формуле:

a = F/m

где:

• F - сила, действующая на электрон;
• m - масса электрона.

Сила F, действующая на электрон в электрическом поле, равна:

F = e * E

где:

• e - заряд электрона (приблизительно 1.6 * 10^-19 Кл);
• E - напряженность электрического поля, которая может быть найдена как E = U/d, где d - расстояние между катодом и анодом.

Шаг 2: Подсчет напряженности электрического поля

Расстояние между катодом и анодом составляет 2 мм, что равно 0.002 м. Теперь подставим значения:

E = U/d = 350 В / 0.002 м = 175000 В/м

Шаг 3: Подсчет силы

Теперь можем найти силу:

F = e * E = (1.6 * 10^-19 Кл) * (175000 В/м) = 2.8 * 10^-14 Н

Шаг 4: Подсчет ускорения

Теперь найдем ускорение:

a = F/m

Масса электрона примерно равна 9.11 * 10^-31 кг. Подставляем значения:

a = (2.8 * 10^-14 Н) / (9.11 * 10^-31 кг) ≈ 3.07 * 10^16 м/с²

Шаг 5: Подсчет времени

Теперь, зная ускорение, мы можем использовать формулу для равноускоренного движения без начальной скорости:

s = (a * t²) / 2

где s - расстояние, которое пролетит электрон (2 мм = 0.002 м). Подставим известные значения:

0.002 м = (3.07 * 10^16 м/с² * t²) / 2

Умножим обе стороны на 2:

0.004 м = 3.07 * 10^16 м/с² * t²

Теперь выразим t²:

t² = 0.004 м / (3.07 * 10^16 м/с²)

t² ≈ 1.3 * 10^-18 с²

Теперь найдем t:

t ≈ √(1.3 * 10^-18 с²) ≈ 3.6 * 10^-9 с

Ответ: Время, необходимое электрону, чтобы пролететь расстояние 2 мм между катодом и анодом при анодном напряжении 350 В, составляет примерно 3.6 наносекунды.