Протон, движущийся в вакууме со скоростью , пролетает между пластинами заряженного конденсатора так, как показано на рисунке. Как изменяются кинетическая энергия протона на выходе из конденсатора и время пролёта конденсатора, если уменьшить напряжённость электрического поля между пластинами конденсатора? Сопротивлением воздуха и силой тяжести пренебречь.
- увеличится 2) уменьшится 3) не изменится
Решение:
Рассмотрим протон, движущийся в однородном электрическом поле плоского конденсатора, в инерциальной системе, связанной с поверхностью Земли: Отсюда продольное ускорение
Движение равноускоренное, поэтому координаты и проекции скоростей: Условия входа: . Тогда
Пусть время пролёта внутри конденсатора , длина пластин , а модуль скорости на выходе . Из условия : Компоненты и модуль скорости на выходе:
Кинетическая энергия протона на выходе
-
Как меняется выходная кинетическая энергия при уменьшении напряжённости . Начальные , , и длина постоянны. Из формулы видно, что вклад поля пропорционален , поэтому при уменьшении энергия уменьшается.
-
Как меняется время пролёта при изменении . Из формулы следует, что и никак не зависит от ; следовательно, при изменении напряжённости поля время пролёта остаётся прежним.