Точечный отрицательный заряд q= — 1.5*10^-12Кл движется в однородных электрическом и магнитном полях. Напряжённость электрического поля Е = 1200 В/м, индукция магнитного поля В = 0,03 Тл. В некоторый момент вмени скорость заряда равна v = 10⁵ м/с и лежит в плоскости векторов В и Е, при этом вектор скорости перпендикулярен вектору Е и составляет с  вектором В угол 45⁰. Найдите величину результирующей силы, действующей на заряд со стороны электромагнитного поля в этот момент времени.

Как обычно, решение задачи начинаем с анализа её условия.

Так как частица имеет электрический заряд, то со стороны электрического поля на неё действует сила Кулона, а со стороны магнитного поля — сила Лоренца. Кроме этого нужно вспомнить формулы для определения этих сил и правила, по которым можно определить их направление.

Итак. Сила Кулона, действующая на частицу определяется по формуле:  и так как частица имеет отрицательный заряд, направление силы Кулона будет противоположно направлению вектора напряжённости электрического поля.

Сила Лоренца определяется по формуле: а её направление определяется по правилу левой руки (четыре пальца левой руки направлены по вектору скорости, перпендикулярная составляющая вектора В входит в ладонь, отставленный на 90 градусов большой палец показывает направление силы Лоренца. Причём, так как частица имеет отрицательный заряд, то сила Лоренца будет направлена перпендикулярно плоскости рисунка в рисунок).

В итоге получается рисунок:

Из него видно, что сила Кулона и Сила Лоренца расположены под углом 90 градусов друг по отношению к другу. То есть результирующую силу, действующую на заряженную частицу  можно определить по теореме Пифагора. В итоге имеем:Расписывая формулы силы кулона и силы Лоренца, в итоге получаем: Остаётся подставить численные значения физических величин и правильно подсчитать итоговый ответ.

Запись Движение заряженной частицы в полях впервые появилась Физика дома.

Металлическая платина облучается светом с частотой 1,6*10¹⁵ Гц. Работа выхода электрона из данного металла равна 3,7эВ. Вылетающие из пластины фотоэлектроны попадают в однородное электрическое поле напряженностью 130 В/м, причём вектор напряженности Е направлен к пластине, перпендикулярно её поверхности. Какова максимальная энергия фотоэлектронов на расстоянии 10 см от пластины?

При решении этой комбинированной задачи, надо чётко понимать, что происходит с заряженной частицей после того, как она попадает в электрическое поле.

На заряженную частицу в электрическом поле действует сила Кулона, и под действием этой силы частица будет двигаться равноускоренно (так как направление вектора силы не совпадает с направлением вектора напряженности электрического поля). Электрическое поле будет совершать работу по перемещению заряженной частицы (электрона), с одной стороны. С другой стороны, работа поля будет численно равна изменению кинетической энергии электрона. Приравнивая правые части этих уравнений, получаем формулу для определения искомой величины — конечной кинетической энергии электрона.А начальную кинетическую энергию электрона, очевидно, можно определить из уравнения Эйнштейна для фотоэффекта.Энергию фотона определяем по формуле Планка.

Расписывая электрическое напряжение через напряжённость электрического поля и расстояние, пройденное электроном, в итоге, для конечной кинетической энергии, имеем:Внимание! Обратите внимание на то, что напряжённость электрического поля и кинетическая энергия обозначаются практически одинаково. Записывая формулы, нужно чётко осознавать, какие физические величины входят в ту или иную формулу.

Важно! Все физические величины, подставляемые в формулу, должны быть выражены в системе СИ.

Запись Определение энергии электрона впервые появилась Физика дома.

Запись Законы электростатики впервые появилась Физика дома.

Металлическая платина облучается светом с частотой 1,6*10¹⁵ Гц. Работа выхода электрона из данного металла равна 3,7эВ. Вылетающие из пластины фотоэлектроны попадают в однородное электрическое поле напряженностью 130 В/м, причём вектор напряженности Е направлен к пластине, перпендикулярно её поверхности. Какова максимальная энергия фотоэлектронов на расстоянии 10 см от пластины?

По данным условия задачи, очевидно, что можно определить начальную кинетическую энергию фотоэлектронов, вылетающих с поверхности металла. Сделать это можно с помощью уравнения Эйнштейна для фотоэффекта.

После того, как электроны вылетели с поверхности фотокатода, они попадают в электрическое поле, которое совершает работу, с одной стороны, по перемещению этих фотоэлектронов, а с другой стороны, по изменению их кинетической энергии.

Для определения конечной (искомой) кинетической энергии записываем формулу теоремы о кинетической энергии. Также записываем формулу механической работы, совершаемой силой Кулона.

Расписывая силу Кулона, получаем систему уравнений относительно неизвестной величины.

Важно! При решении задачи неплохо представить (а лучше нарисовать) экспериментальную установку для наблюдения явления фотоэффекта.

Запись Движение фотоэлектронов в электрическом поле впервые появилась Физика дома.

Проводящий шар радиуса R имеет положительный заряд +q. Как изменится потенциал в центре шара, если на расстоянии 2R от центра шара поместить точечный отрицательный заряд -2q?

Для решения задачи используем принцип суперпозиции для потенциалов, согласно которому: потенциал в данной точке пространства равен алгебраической сумме потенциалов, создаваемых каждым зарядом (заряженным телом) по отдельности. То есть потенциал может быть как положительным, так и отрицательным. Знак потенциала зависит от знака заряда (заряженного тела).

Кроме принципа суперпозиции необходимо знать формулы для определения потенциала внутри заряженного шара и потенциала, создаваемого зарядом (заряженным телом) на некотором расстоянии от заряда.

Записываем потенциал шара в начальный момент времени. Далее записываем и рассчитываем потенциал системы зарядов (заряженных тел). И для того, чтобы ответить на вопрос задачи — сравниваем значения потенциалов до и после помещения заряда вблизи заряженного шара.

Запись Принцип суперпозиции для потенциалов впервые появилась Физика дома.

Рассмотрим данный алгоритм на примере решения следующей задачи.

 Положительно заряженная частица влетает в пространство между пластинами плоского воздушного конденсатора, с начальной скоростью v₀, направленной параллельно пластинам. Напряженность электрического поля Е, расстояние между пластинами конденсатора d. Определить смещение заряженной частицы по вертикали.

• Для начала необходимо сделать  хороший рисунок (не микроскопический). На рисунке указываем начальные характеристики (начальную скорость, ее направление, полярность пластин конденсатора, направление вектора напряженности электрического поля)
• На любое заряженное тело (частицу) со стороны электрического поля действует сила Кулона, направление этой силы определяется чисто математически (если частица имеет положительный заряд, то направление силы Кулона совпадает с направлением вектора напряженности электрического поля, если частица имеет отрицательный заряд — то направление силы и вектора напряженности электрического поля — противоположны друг другу). Определив направление силы Кулона, указываем направление вектора ускорения, сообщаемого заряженной частице силой Кулона. Направление силы Кулона и вектора ускорения всегда совпадают! Из этих уравнений определяем ускорение заряженной частицы в электрическом поле.
• изображаем траекторию движения частицы. Поскольку на заряженную частицу действует одна сила, и направление вектора скорости и вектора ускорения взаимно перпендикулярны друг другу, траектория движения представляет собой параболу (в пределах конденсатора)
• Изобразим вектор перемещения частицы в поле конденсатора. Записываем кинематические формулы для определения перемещения или скорости тела для равноускоренного движения
• Выбираем удобное направление координатных осей
• Записываем кинематические уравнения в проекциях на выбранные оси. Важно! Проекция вектора перемещения на ось ох численно равна длине пластин конденсатора, а проекция вектора перемещения на ось оy численно равна смещению заряженной частицы по вертикали.
• Решаем получившуюся систему уравнений относительно неизвестных величин.
• Если в вопросе к задаче речь идет о скорости заряженной частицы после вылета из конденсатора (направлении вектора скорости в какой-то момент времени), то на рисунке изображаем вектор скорости и определяем его компоненты. А далее определяем неизвестную величину.

Как видно из алгоритма, решение задач на движение частицы в электрическом поле конденсатора, не представляет особой сложности. Надо лишь последовательно выполнять те действия, которые описаны выше. И быть внимательными.

Запись Движение заряженной частицы в эл.поле впервые появилась Физика дома.

Вообще, курс физики 10-го класса — полон сюрпризов для учащихся. Поскольку изучаются три глобальных раздела курса физики: механика, молекулярная физика и термодинамика и, наконец, электродинамика. Абсолютно разные физические величины, абсолютно разные формулы и понятия.

Одним из таких «сюрпризов» является тема «Электрическое поле» и задачи на принцип суперпозиции.

Вот одна из таких задач.

Четыре одинаковых заряда по 40 мкКл расположены в вершинах квадрата со стороной а = 2 м. Какова будет напряженность поля на расстоянии 2а от центра квадрата на продолжении диагонали?

Для правильного решения задачи четко надо представлять, знать и уметь:

• вид электрического поля, создаваемого одиночным электрическим зарядом (положительным или отрицательным);
• формулу для расчета напряженности поля, создаваемого одиночным электрическим зарядом;
• формулировку принципа суперпозиции: напряженность поля системы зарядов равна векторной сумме полей, создаваемых каждым зарядом в отдельности.
• Правило сложения векторов;
• проецировать векторы на выбранную ось;
• из геометрии рисунка определять расстояния от заряда до выбранной точки поля
• Приводить дроби к общему знаменателю и складывать дроби с разными знаменателями (в решении этот момент не показан).

Запись Определение напряженности электрического поля впервые появилась Физика дома.

Электрон со скоростью 5*10⁶ м/с влетает в пространство между пластинами плоского конденсатора, между которыми поддерживается разность потенциалов U = 500 В. Каково максимальное удаление электрона h от нижней пластины конденсатора? Отношение заряда электрона к его массе — 1,76*10¹¹ Кл/кг, угол падения электрона 60⁰. расстояние между пластинами конденсатора 5 см.

На электрон, попадающий в конденсатор действует одна единственная сила — сила Кулона, сообщающая ему ускорение, которое можно найти из второго закона Ньютона (силой тяжести — пренебрегаем).

А определив ускорение электрона, решение задачи сводится к решению задачи по теме «Движение тела, брошенного под углом к горизонту».

Запись Электрон между пластинами плоского конденсатора впервые появилась Физика дома.

Пылинка взвешена в плоском конденсаторе. Ее масса m = 10^-11 г. Расстояние между пластинами d = 0,5 см. пылинка освещается ультрафиолетовым излучением, и, теряя заряд, выходит из равновесия. Какой заряд потеряла пылинка, если первоначально к конденсатору было приложено напряжение U₁ = 154 В, а затем, чтобы опять вернуть пылинку в равновесие пришлось прибавить 8 В?

Комбинированная задача на равновесие частицы в электрическом поле.

Делаем рисунок, указываем все силы, действующие на частицу в первом и во втором случаях.

Самое сложное в этой задаче — решить систему получившихся уравнений относительно неизвестной и правильно подсчитать итоговый результат.

Нет ничего невозможного!

Запись Взвешенная пылинка в конденсаторе впервые появилась Физика дома.

Полый шарик массой m=0,4 г с зарядом q=8 нКл движется в горизонтальном однородном электрическом поле, напряженность которого равна Е=300 кВ/м. Какой угол образует с вертикалью траектория шарика, если его начальная скорость равна нулю?

При решении задачи используем стандартный алгоритм «Решение задач на законы Ньютона«.

• делаем рисунок, указываем направление силовых линий электрического поля
• указываем все силы, действующие на шарик
• составляем уравнение Ньютона
• выбираем удобное направление координатных осей
• проецируем уравнение динамики на оси
• решаем получившуюся систему уравнений относительно неизвестной

Запись Движение заряженной частицы в электрическом поле впервые появилась Физика дома.