11 класс Заряженная частица в магнитном поле. Сила Лоренца § 4. Заряженная частица в магнитном поле. Сила Лоренца

ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер 4.5: Заряженная частица в магнитном поле. Сила Лоренца

Физика — Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М.; под редакцией Парфентьевой Н.А.

Юлия Громова, преподаватель физики Шпаргача обновлено 11 сентября 2026

← 4.4 4.6 →

Условие

Перпендикулярно поверхности площадью 100 см² каждую минуту падает энергия, переносимая светом, W=72 Дж/мин. Определить световое давление в трех случаях

а) свет полностью поглощается поверхностью

б) свет полностью отражается

в) половина падающей энергии поглощается, а половина отражается. Найти длину волны ультрафиолетового света, падающего на цинковую пластинку, если скорость вылетающих электронов равна 2000 км/с. Работа выхода электронов из цинка составляет 6,4 · 10^-19 Дж.

Номер как в учебнике. Условие — полный пересказ редакции: те же пункты, числа и факты, не цитата из книги.

Пошаговое решение

В данной задаче мы решаем две независимые физические проблемы: первую часть посвящаем расчёту светового давления при различных условиях взаимодействия света с поверхностью, а вторую — определению длины волны ультрафиолетового излучения на основе фотоэффекта.

Часть 1. Световое давление

Для начала переведём все величины в систему СИ. Площадь поверхности S=100 см² =100·10^-4 м² =10^-2 м². Энергия, падающая за время t=1 мин =60 с, равна W=72 Дж. Найдём мощность потока энергии (световой поток): P=W/t=72/60=1,2 Вт . Интенсивность света I определяется как мощность, приходящаяся на единицу площади: I=P/S=1,2/10^-2=120 Вт/м². Скорость света примем равной c=3·10⁸ м/с.

Световое давление зависит от того, поглощается или отражается свет. Общее выражение для давления нормального падения света имеет вид p=I/c(1+R), где R — коэффициент отражения (R=0 для полного поглощения, R=1 для полного отражения).

Полное поглощение (R=0): Давление равно импульсу, передаваемому частицами света при их остановке. p₁=I/c=120/3·10⁸=40·10^-8=4·10^-7 Па.
Полное отражение (R=1): Импульс меняется дважды (при падении и при отражении), поэтому давление удваивается. p₂=2I/c=2·p₁=8·10^-7 Па.
Частичное поглощение и отражение: По условию половина энергии поглощается, половина отражается. Это означает, что эффективный коэффициент отражения R=0,5. p₃=I/c(1+0,5)=1,5·I/c=1,5·4·10^-7=6·10^-7 Па.

Часть 2. Фотоэффект и длина волны

Используем уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта: энергия фотона идёт на совершение работы выхода и сообщение электрону кинетической энергии. hν=A_вых +E_k, где E_k=mv²/2 — максимальная кинетическая энергия электронов, m=9,1·10^-31 кг — масса электрона, v — скорость вылетающих электронов.

Переведём данные в СИ: скорость v=2000 км/с =2·10⁶ м/с. Работа выхода A_вых =6,4·10^-19 Дж. Постоянная Планка h=6,63·10^-34 Дж · с.

Вычислим кинетическую энергию электрона: E_k=9,1·10^-31·(2·10⁶)²/2=9,1·10^-31·4·10¹²/2=18,2·10^-19 Дж .

Найдём полную энергию фотона: E_ф =hν=A_вых +E_k=6,4·10^-19+18,2·10^-19=24,6·10^-19 Дж .

Связь между длиной волны nlambda и энергией фотона: E_ф =hc/nlambda. Отсюда выразим длину волны: nlambda=hc/E_ф =6,63·10^-34·3·10⁸/24,6·10^-19.

Произведём расчёт числителя: 6,63·3=19,89, степень 10^-34+8=10^-26. nlambda=19,89·10^-26/24,6·10^-19≈0,8085·10^-7 м =80,85·10^-9 м ≈81 нм.

Проверка порядка величин: полученная длина волны относится к жёсткому ультрафиолету, что согласуется с условием задачи о цинковой пластинке (красная граница фотоэффекта для цинка находится в УФ-диапазоне). Расчёты выполнены корректно.

Ответ

а) 4·10^-7 Па

б) 8·10^-7 Па

в) 6·10^-7 Па Длина волны: ≈81 нм

Задача состоит из двух частей. В первой части важно правильно перевести единицы измерения (см² в м², минуты в секунды) и использовать формулы для светового давления при поглощении (p=I/c) и отражении (p=2I/c). Для смешанного случая используется линейная комбинация или коэффициент отражения R=0.5. Во второй части применяется уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Необходимо аккуратно возвести скорость в квадрат и сложить работу выхода с кинетической энергией перед делением на hc. Результат округлён до целых нанометров.

Как решение?

Двойная оценка: понятность и подробность. Можно выбрать одно или оба.

Подробность

У вас другое условие?

Загрузите фото — учтём ваши числа и редакцию.

Решить по фото

Частые вопросы

Это точный номер 4.5 из моего учебника?

Номер совпадает с учебником «Физика», Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М.; под редакцией Парфентьевой Н.А.. Формулировка — пересказ редакции, не дословная цитата. Если в вашей редакции другие числа — загрузите фото.

Какой ответ в задании 4.5?

Краткий ответ: 1) 4 · 10^-7 Па 2) 8 · 10^-7 Па 3) 6 · 10^-7 Па Длина волны: 81 нм.

Как пользоваться этим разбором?

Сначала прочитайте условие и чертёж, затем шаги решения по порядку и сверьте свой ход с кратким ответом внизу.

Какой учебник имеется в виду?

«Физика», Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М.; под редакцией Парфентьевой Н.А.. Проверьте часть, год и автора на обложке. Тема в учебнике: § 4. Заряженная частица в магнитном поле. Сила Лоренца.

Можно ли списать ответ без решения?

Лучше сначала решить самостоятельно, а разбор использовать для проверки хода и поиска ошибки.