Движение вдоль линий напряжённости

Рассмотрим сначала случай, когда действующей на тело силой тяжести можно пренебречь по сравнению с силой, которая действует на тело со стороны электрического поля. Это всегда имеет место, когда речь идёт о движении заряженных микрочастиц, например электронов. Напомним, кстати, что электрон имеет отрицательный заряд, а протон — положительный.

1. Объясните, почему при рассмотрении движения частицы в электрическом поле нельзя пренебрегать массой частицы даже в том случае, когда сила тяжести пренебрежимо мала по сравнению с силой, действующей на частицу со стороны электрического поля.

2. Заряженная частица движется в однородном электрическом поле. Что можно сказать о начальной скорости этой частицы, если траектория её движения — прямолинейная?

Рассмотрим, как при таком движении изменяется кинетическая и потенциальная энергия частицы.

3. Электрон движется прямолинейно в однородном электрическом поле из точки с потенциалом 700 В в точку с потенциалом 200 В.

а) Совпадает ли направление начальной скорости электрона с направлением линий напряжённости поля или эти направления противоположны?

б) Как изменилась полная энергия электрона?

в) Чему равно изменение потенциальной энергии электрона?

г) Чему равно изменение кинетической энергии электрона?

д) Какова минимальная начальная скорость электрона?

При движении в электрическом поле заряженная частица может изменить направление движения на противоположное.

4. Электрон влетает в однородное электрическое поле с начальной скоростью 8 • 10⁶ м/с. Потенциал поля в точке, в которую влетает электрон, равен 500 В. Направление начальной скорости электрона совпадает с направлением линий напряжённости поля.

а) До точки с каким минимальным значением потенциала поля долетит электрон?

б) С какой по модулю скоростью электрон вернётся в начальную точку?

в) Чему равна напряжённость поля, если электрон вернулся в начальную точку через 9,1 • 10^-9 с?

г) Чему равен путь, пройденный электроном до его возвращения в начальную точку?

Сравним движение в одном и том же поле двух частиц с одинаковыми по модулю зарядами, но с различными массами.

5. Электрон и протон находятся на одной линии напряжённости однородного электрического поля на расстоянии 1 см друг от друга. Они начинают двигаться из состояния покоя в противоположные стороны.

а) Чему равна напряжённость поля, если через 10^-8 с расстояние между частицами стало равным 9,8 см?

б) На какое расстояние от своей начальной точки удалился к этому моменту протон?

в) Чему равны в этот момент скорости электрона и протона?