ID: 00019467
Электрон, движущийся с некоторой скоростью \upsilon_0, попадает в область однородного электрического поля. Работа, совершённая силами поля при движении электрона в области электрического поля, положительна и составляет 84% от величины кинетической энергии электрона, вылетающего из области поля. Определите отношение скорости вылетающего из области электрического поля электрона к его первоначальной скорости.
Источник: ФИПИ
Поле «подталкивает» электрон, и его работа уходит в кинетическую энергию — значит, прямой путь к ответу даёт теорема об изменении кинетической энергии: работа всех сил равна приросту кинетической энергии. Никаких зарядов, полей и расстояний считать не нужно — вся хитрость спрятана в одной фразе условия «работа составляет 84% от кинетической энергии ВЫЛЕТАЮЩЕГО электрона».
Пусть \upsilon_0 — скорость на входе, \upsilon — на выходе. Работа поля равна разности кинетических энергий:
A = \dfrac{m\upsilon^2}{2} - \dfrac{m\upsilon_0^2}{2}.
По условию работа равна 84% от кинетической энергии вылетающего электрона, то есть от \dfrac{m\upsilon^2}{2}:
A = 0{,}84\cdot\dfrac{m\upsilon^2}{2}.
Подставим это в теорему:
0{,}84\cdot\dfrac{m\upsilon^2}{2} = \dfrac{m\upsilon^2}{2} - \dfrac{m\upsilon_0^2}{2}.
Сократим на \dfrac{m}{2} и перенесём слагаемые:
\upsilon_0^2 = \upsilon^2 - 0{,}84\,\upsilon^2 = 0{,}16\,\upsilon^2.
Отсюда \dfrac{\upsilon^2}{\upsilon_0^2} = \dfrac{1}{0{,}16}, а значит
\dfrac{\upsilon}{\upsilon_0} = \dfrac{1}{\sqrt{0{,}16}} = \dfrac{1}{0{,}4} = 2{,}5.
Главный подвох — проценты считаются от энергии НА ВЫХОДЕ, а не на входе. Если перепутать, получится неверное уравнение.
Ответ: \dfrac{\upsilon}{\upsilon_0} = 2{,}5.
υ/υ0 = 2,5