Νέα τράπεζα θεμάτων φυσικής προσανατολισμού Β λυκείου 21163

uniform electric field experiment

Μια πειραματική απεικόνιση του ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου στο εσωτερικό ενός πυκνωτή.

Σας παρουσιάζουμε μια άσκηση από την κάθετη είσοδο ηλεκτρικού φορτίου μέσα με ομογενές ηλεκτρικό πεδίο.

Επιστρέψτε στη σελίδα που φιλοξενεί όλα τα θέματα.

ΘΕΜΑ Δ

Φορτισμένο σωματίδιο μάζας 10-10 kg και φορτίου 10-10 C επιταχύνεται από την ηρεμία από διαφορά δυναμικού V = 200 V και στη συνέχεια εισέρχεται σε ομογενές ηλεκτρικό πεδίο που σχηματίζεται μεταξύ δύο οριζοντίων μεταλλικών πλακών κάθετα στις δυναμικές γραμμές αυτού του δεύτερου πεδίου. Η ένταση του δεύτερου ηλεκτροστατικού πεδίου είναι 2000 Ν / C και το μήκος των παράλληλων φορτισμένων πλακών είναι L = 10 cm. Να υπολογίσετε:

Δ1. Το μέτρο της ταχύτητας εισόδου του φορτισμένου σωματιδίου στο ηλεκτρικό πεδίο των πλακών.

Δ2. Το χρόνο παραμονής του σωματιδίου στο ηλεκτρικό πεδίο των πλακών.

Δ3. Την κατακόρυφη απόκλιση του φορτισμένου σωματιδίου κατά την έξοδό του από το ηλεκτρικό πεδίο των πλακών.

Δ4. Την ταχύτητα εξόδου του φορτισμένου σωματιδίου από το ηλεκτρικό πεδίο των πλακών.

Η βαρύτητα αγνοείται και η αντίσταση του αέρα θεωρείται αμελητέα.

Λύση

Δ1.

21163 b kat_1

Το φορτισμένο σωματίδιο βρίσκεται στο πρώτο ηλεκτρικό πεδίο, όπου λόγω της διαφοράς δυναμικού V επιταχύνεται και αποκτά ταχύτητα υ0 (που είναι η τελική του ταχύτητα στο 1ο πεδίο) .

Θεώρημα μεταβολής της κινητικής ενέργειας (ή θεώρημα έργου – ενέργειας) :

(άλλη έκφραση της αρχής διατήρησης της ενέργειας που ισχύει παντού, στη περίπτωση μας εφαρμόζεται στο φορτισμένο σωματίδιο από την κίνηση του μεταξύ των θέσεων Α και Γ)

ΔΚ = WFc , A → Γ ⇒ Κτελ – Καρχ = WFc , A → Γ 

(ισχύει :  WFc , A → Γ = – ΔUAΓ ⇒ WFc , A → Γ = – (UΓ – UΑ) .)

⇒ ½·m·υ0² – 0 = U– UΓ ⇒ ½·m·υ0² = q·V– q·VΓ ⇒ ½·m·υ0² = q·(V– VΓ) ⇒ ½·m·υ0² = q·V ⇒ υ0 = √(2·q·V / m) ⇒ υ0 = √(2·10-10·2·10/ 10-10) ⇒ υ0 = 20 m / s .

Δ2.

Το φορτίο εισέρχεται κάθετα σε δεύτερο ηλεκτρικό πεδίο και εκτελεί οριζόντια βολή.

Άξονας x , το φορτίο εκτελεί ευθύγραμμη ομαλή κίνηση με εξίσωση κίνησης :

υ0 = x / t ⇒ x = υ0·t ⇒

(Ισχύει x = L για t = tολ , ο ολικός χρόνος κίνησης μέσα στο δεύτερο πεδίο)

⇒ L = υ0·tολ ⇒ tολ = L / υ⇒ tολ = 10-1 / 20 ⇒ tολ = 5·10-3 s .

Δ3.

Το φορτισμένο σωματίδιο εκτελεί στον κατακόρυφο άξονα ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη κίνηση χωρίς αρχική ταχύτητα, με την επίδραση της δύναμης F.

2ος Newton :

ΣF = m·α ⇒ α = F/ m ⇒

(Ορισμός της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου Ε = F/ │q│ ⇒ F= │q│·E)

⇒ α = │q│·E / m .

H κατακόρυφη απόκλιση y :

y = ½·α·tολ² ⇒ y = ½·(│q│·E / m)·tολ² ⇒ y = ½·(10-10·2·103 / 10-10)·(5·10-3)² ⇒ y = 25·10-3 m .

Δ4.

21163 b kat_2

H ταχύτητα στον κατακόρυφο άξονα :

υ= α·tολ ⇒ υ= (│q│·E / m)·tολ ⇒ υ= (10-10·2·103 / 10-10)·5·10-3 ⇒ υ= 10 m / s .

To μέτρο της ταχύτητας εξόδου :

υ = √((υ0)² + (υy)²) ⇒ υ = √(400 + 100) ⇒ υ = 10·√5 m / s .

H διεύθυνση της ταχύτητας εξόδου :

εφ θ = υ/ υ⇒ εφ θ = 10 / 20 ⇒ εφ θ = ½ .

Προτείνουμε η άσκηση να δοθεί στους μαθητές σαν εργασία για το σπίτι.

Επιστρέψτε στη σελίδα που φιλοξενεί όλα τα θέματα.

Advertisements

2 thoughts on “Νέα τράπεζα θεμάτων φυσικής προσανατολισμού Β λυκείου 21163

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s