ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер 4.7: Заряженная частица в магнитном поле. Сила Лоренца
Физика — Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М.; под редакцией Парфентьевой Н.А.
Надежда Фомина, преподаватель физики Шпаргача обновлено 11 сентября 2026
Условие
Нужно найти максимальный заряд, который приобретает золотой шарик радиусом r=0,1 м при освещении его поверхности светом с длиной волны λ = 2 · 10-7 м. Работа выхода электронов из золота составляет 4,59 эВ.
Номер как в учебнике. Условие — полный пересказ редакции: те же пункты, числа и факты, не цитата из книги.
Пошаговое решение
План решения.
При освещении золотого шарика светом происходит фотоэффект: электроны вылетают с поверхности. Шарик теряет отрицательный заряд и приобретает положительный. Этот процесс продолжается до тех пор, пока электрическое поле заряженного шарика не станет достаточно сильным, чтобы вернуть обратно даже самые быстрые фотоэлектроны (с максимальной кинетической энергией). В момент остановки максимальных электронов их кинетическая энергия полностью переходит в потенциальную энергию взаимодействия с зарядом шарика. Таким образом, условие максимума заряда Qmax связывает работу выхода Aout, энергию фотона E и электростатическую энергию на поверхности шара.
Вычисление.
1. Найдем энергию падающего фотона по формуле Эйнштейна для фотоэффекта:
E=hc/λПодставим значения (h≈6,63·10-34 Дж·с, c≈3·108 м/с, λ=2·10-7 м):
E=6,63·10-34·3·108/2·10-7=19,89·10-26/2·10-7≈9,95·10-19 ДжПереведем эту энергию в электрон-вольты (1 эВ =1,6·10-19 Дж):
EэВ =9,95·10-19/1,6·10-19≈6,22 эВ2. Найдем максимальную кинетическую энергию вылетающих электронов:
Kmax=E-Aout Kmax=6,22 эВ -4,59 эВ =1,63 эВПереведем в джоули для дальнейших расчетов:
Kmax=1,63·1,6·10-19≈2,61·10-19 Дж3. Условие задержания электронов. Потенциал заряженного шара радиуса r на его поверхности равен:
φ=kQ/rгде k=9·109 Н·м²/Кл². Работа сил электрического поля при перемещении электрона (заряд e) от поверхности шара в бесконечность равна изменению его кинетической энергии. Чтобы остановить самый быстрый электрон, потенциал должен быть таким, что:
eφ=Kmax⇒φ=Kmax/eЗаметим, что величина Kmax/e численно равна Kmax в электрон-вольтах, но выражена в вольтах. То есть задерживающее напряжение Uз =1,63 В.
4. Найдем максимальный заряд Qmax:
kQmax/r=Uз ⇒Qmax=Uз ·r/k Qmax=1,63·0,1/9·109=0,163/9·109≈1,81·10-11 КлПроверка.
Логично, что заряд получается очень малым, так как радиус шара небольшой, а работа выхода золота велика относительно энергии фотона (разница всего ~1,6 эВ). Единицы измерения совпадают: [В]·[м]/([Н·м²/Кл²]) = [Дж/Кл]·[м]/([Дж·м/Кл²]) = [Кл]. Результат порядка 10-11 Кл соответствует нескольким десяткам элементарных зарядов (1,8·10-11/1,6·10-19≈108), что физически допустимо для макроскопического тела при таком слабом избыточном заряде.
Q_max ≈ 1,8 · 10-11 Кл
Задача на применение уравнения Эйнштейна для фотоэффекта и электростатики. Ключевой момент — понимание того, что максимальный заряд достигается, когда потенциальная барьерная энергия заряженного шара равна максимальной кинетической энергии фотоэлектронов.
Как решение?
Двойная оценка: понятность и подробность. Можно выбрать одно или оба.
У вас другое условие?
Загрузите фото — учтём ваши числа и редакцию.
Частые вопросы
Это точный номер 4.7 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 4.7?
Краткий ответ: Q_max ≈ 1,8 · 10^-11 Кл.
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.