Question

100 БАЛЛОВ ЗАДАЯИ ПОДРОБНО 1.Тело начинает двигаться вдоль прямой с постоянным ускорением. Через 20 мин ускорение тела меняется по направлению на противоположное, оставаясь таким же по величине. Через какое время от начала движения тело вернется в исходную точку?2.. Два заряженных шарика действуют друг на друга с силой 0,1 Н. Какой будет сила взаимодействия этих шариков при увеличении заряда каждого шариков вдвое и уменьшении расстояния вдвое?3 Какова максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, вырванных с катода вакуумной лампы, если запирающее напряжение 1,5 В?​

Answer 1

Ответ:

Объяснение:

1ля решения данной задачи необходимо воспользоваться формулой равноускоренного движения:

S = v0 * t + (a * t^2) / 2

где S - пройденное расстояние, v0 - начальная скорость (равна нулю), a - ускорение, t - время.

Поскольку ускорение меняется на противоположное через 20 минут, то время движения сначала составит 20 минут, а затем еще столько же времени, чтобы вернуться в исходную точку. Таким образом, общее время движения будет равно 40 минутам или 2/3 часа.

Расстояние, которое тело пройдет за первые 20 минут:

S1 = 0 + (a * (20 * 60)^2) / 2 = 3600a

Расстояние, которое тело пройдет за следующие 20 минут (с ускорением в противоположном направлении):

S2 = 0 + (|a| * (20 * 60)^2) / 2 = 3600|a|

Общее пройденное расстояние:

S = S1 + S2 = 3600a + 3600|a| = 7200|a|

Чтобы тело вернулось в исходную точку, пройденное расстояние должно быть равно нулю:

7200|a| = 0

Отсюда следует, что ускорение должно быть равно нулю, то есть тело должно двигаться с постоянной скоростью. Таким образом, время, через которое тело вернется в исходную точку, будет равно 20 минутам или 1/3 часа.

Ответ: тело вернется в исходную точку через 20 минут или 1/3 часа.
2Для решения данной задачи необходимо воспользоваться формулой для силы Кулона:

F = k * (q1 * q2) / r^2

где F - сила взаимодействия, k - постоянная Кулона, q1 и q2 - заряды шариков, r - расстояние между ними.

При увеличении зарядов каждого шарика вдвое, новые заряды будут равны 2q. При уменьшении расстояния вдвое, новое расстояние будет равно r/2.

Тогда новая сила взаимодействия будет равна:

F' = k * ((2q) * (2q)) / (r/2)^2 = k * 8q^2 / (r^2 / 4) = 32kq^2 / r^2

Таким образом, новая сила взаимодействия будет в 4 раза больше и будет равна:

F' = 4 * 0,1 Н = 0,4 Н

Ответ: новая сила взаимодействия шариков будет равна 0,4 Н.
3Для решения данной задачи необходимо воспользоваться формулой для кинетической энергии фотоэлектрона:

E = h * f - Ф

где E - кинетическая энергия фотоэлектрона, h - постоянная Планка, f - частота света, Ф - работа выхода (значение, которое необходимо найти).

Если на катод подается запирающее напряжение U, то для того чтобы фотоэлектрон мог выйти из катода, его кинетическая энергия должна быть больше или равна работе выхода:

E >= Ф

Таким образом, максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов будет достигаться при наименьшей частоте света, которая все еще способна вырвать фотоэлектроны из катода при заданном запирающем напряжении.

Из формулы для запирающего напряжения:

U = h * f / e - Ф / e

где e - заряд электрона.

Выразим Ф:

Ф = h * f / e - U * e

Подставим значения:

Ф = (6,626 * 10^-34 Дж * с) * (3 * 10^8 Гц) / (1,602 * 10^-19 Кл) - (1,5 В) * (1,602 * 10^-19 Кл) = 4,14 * 10^-19 Дж

Таким образом, работа выхода фотоэлектронов из катода вакуумной лампы равна 4,14 * 10^-19 Дж.

Для нахождения максимальной кинетической энергии фотоэлектронов подставим значение Ф в формулу для кинетической энергии:

E = h * f - Ф = h * c / λ - Ф

где c - скорость света, λ - длина волны света.

Максимальная кинетическая энергия достигается при наименьшей длине волны света, которая все еще способна вырвать фотоэлектроны из катода при заданном запирающем напряжении. Для этого используется формула:

λмин = hc / eU

Подставим значения:

λмин = (6,626 * 10^-34 Дж * с) * (3 * 10^8 м/с) / (1,602 * 10^-19 Кл * 1,5 В) = 4,14 * 10^-7 м

Таким образом, максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов будет равна:

E = h * c / λмин - Ф = (6,626 * 10^-34 Дж * с) * (3 * 10^8 м/с) / (4,14 * 10^-7 м) - 4,14 * 10^-19 Дж = 1,51 * 10^-19 Дж

Ответ: максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов, вырванных с катода вакуумной лампы, равна 1,51 * 10^-19 Дж.

Answer 2

1. Для решения этой задачи используем уравнение равноускоренного движения:

$s = ut + \frac{1}{2}at^2$

Где:

• $s$ - путь, пройденный телом
• $u$ - начальная скорость (в данном случае равна нулю)
• $a$ - ускорение
• $t$ - время

Сначала рассмотрим движение с положительным ускорением. Поскольку начальная скорость нулевая, уравнение упрощается до:

$s_1 = \frac{1}{2}a t_1^2$

где $t_1 = 20$ минут, что равно 1200 секундам (преобразуем минуты в секунды).

Теперь рассмотрим движение с отрицательным ускорением. Поскольку ускорение противоположно, оно будет равно $-a$. Таким образом, путь $s_2$ при отрицательном ускорении можно найти так:

$s_2 = \frac{1}{2}(-a) t_2^2$

где $t_2$ - время, которое тело двигалось с отрицательным ускорением. Мы ищем время, когда тело вернется в исходную точку, так что сумма $s_1$ и $s_2$ должна быть равна нулю:

$\frac{1}{2}a t_1^2 - \frac{1}{2}a t_2^2 = 0$

Подставим $t_1 = 1200$ секунд и решим уравнение относительно $t_2$:

$\frac{1}{2}a t_1^2 = \frac{1}{2}a t_2^2$

$t_2^2 = t_1^2$

Ответ: Через 1200 секунд (или 20 минут) тело вернется в исходную точку. 2. Из условия задачи известно, что при исходных зарядах \(Q_1\) и \(Q_2\) сила взаимодействия между шариками равна 0,1 Н. \[F_1 = F_2 = 0,1 \, \text{Н}\] Теперь, когда заряд каждого из шариков увеличивается вдвое (\(2Q_1\) и \(2Q_2\)), а расстояние уменьшается вдвое (\(r/2\)), сила взаимодействия может быть найдена по закону Кулона: \[F = \frac{k \cdot (2Q_1) \cdot (2Q_2)}{(r/2)^2}\] \[F = \frac{k \cdot 4Q_1Q_2}{(r/4)}\] \[F = 16 \cdot \frac{k \cdot Q_1Q_2}{r}\] Таким образом, новая сила взаимодействия равна 16 раз больше и составит \(16 \cdot 0,1 \, \text{Н} = 1,6 \, \text{Н}\). Ответ: При увеличении заряда каждого шарика вдвое и уменьшении расстояния вдвое, сила взаимодействия станет равной 1,6 Н. 3. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов можно найти, используя формулу: \[E_{\text{кин}} = e \cdot U\] Где: - \(E_{\text{кин}}\) - кинетическая энергия фотоэлектронов - \(e\) - заряд электрона (приблизительно \(1,6 \times 10^{-19}\) Кл) - \(U\) - запирающее напряжение (1,5 В) \[E_{\text{кин}} = (1,6 \times 10^{-19}\, \text{Кл}) \times (1,5 \, \text{В})\] \[E_{\text{кин}} \approx 2,4 \times 10^{-19}\, \text{Дж}\] Ответ: Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов составляет приблизительно \(2,4 \times 10^{-19}\) Дж.