21

Решение: Отклонение электронов в полях

ЕГЭ · Физика · Задание 21 · Квантовая и ядерная физика
ВысокаяФИПИF4B3A9Развёрнутое решение≈ 8 минутРазбор в 6 шагов
Условие

Электроны, вылетевшие в положительном направлении оси $OX$ с катода фотоэлемента под действием света, попадают в электрическое и магнитное поля (см. рисунок). Какой должна быть напряжённость электрического поля $E$, чтобы самые быстрые электроны отклонялись в положительном направлении оси $OY$? Работа выхода для вещества катода $2{,}39\ \text{эВ}$, частота света $6{,}4 \cdot 10^{14}\ \text{Гц}$, индукция магнитного поля $10^{-3}\ \text{Тл}$.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

6 шагов
1

Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов определяется уравнением Эйнштейна для фотоэффекта.

$$K_{\max}=h\nu-A_\text{вых}$$
2

Вычислим максимальную кинетическую энергию, используя значение постоянной Планка в электрон-вольтах.

$$K_{\max}=4{,}14\cdot10^{-15}\cdot6{,}4\cdot10^{14}-2{,}39\approx0{,}260\ \text{эВ}$$
3

Переведём энергию в джоули и найдём скорость самых быстрых электронов.

$$v_{\max}=\sqrt{\frac{2K_{\max}}{m_e}}=\sqrt{\frac{2\cdot0{,}260\cdot1{,}6\cdot10^{-19}}{9{,}1\cdot10^{-31}}}\approx3{,}0\cdot10^5\ \text{м/с}$$
4

При движении электрона вдоль $+OX$ в магнитном поле, направленном вдоль $+OZ$, магнитная сила направлена вдоль $+OY$. Электрическое поле на рисунке направлено вдоль $+OY$, поэтому сила, действующая на отрицательный электрон, направлена вдоль $-OY$.

$$F_B=evB,\quad F_E=eE$$
5

Чтобы результирующая сила была направлена вдоль положительной оси $OY$, магнитная сила должна быть больше электрической.

$$ev_{\max}B>eE\quad\Rightarrow\quad E<v_{\max}B$$

Подставим найденную скорость и магнитную индукцию.

$$E<3{,}0\cdot10^5\cdot10^{-3}\approx3{,}0\cdot10^2\ \text{В/м}$$
Ответ

При направлении электрического поля, показанном на рисунке, напряжённость должна удовлетворять условию $E<3{,}0\cdot10^2\ \text{В/м}$; при $E=3{,}0\cdot10^2\ \text{В/м}$ отклонения не будет.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Не учитывать отрицательный заряд электрона при определении направления электрической и магнитной сил.

Использовать энергию фотона вместо максимальной кинетической энергии электрона.

Записать равенство сил вместо неравенства: равенство соответствует отсутствию отклонения.

Забыть перевести энергию из электрон-вольт в джоули при вычислении скорости.

Закрепить приёмВ теме «Квантовая и ядерная физика» ещё 281 задача — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 21 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 6 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Квантовая и ядерная физика»: в ней 282 задачи, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.