Задача по электродинамике №151

Электроны, вылетевшие в положительном направлении оси ОХ под действием света с катода фотоэлемента, попадают в электрическое и магнитное поля (см. рисунок). Какой должна быть работа выхода A  с поверхности фотокатода, чтобы в момент попадания самых быстрых электронов в область полей действующая на них сила была направлена вдоль оси OY в положительном направлении? Частота света 6,5 ⋅1014  Гц, напряжённость электрического поля 3⋅102  В/м, индукция магнитного поля 10−3  Тл.

PIC

Запишем второй закон Ньютона для электрона в данном случае:

⃗Fл+ ⃗Fэл +m ⃗g = m ⃗a,

где Fл  – сила Лоренца, F эл  – электрическая сила, m  – масса электрона, a  – его ускорение.
Электрическая сила направлена противоположно вектору напряженности, а направление силы Лоренца определим по правилу левой руки. Для этого направим 4 пальца противоположно скорости (так как заряд электрона отрицателен), вектор магнитной индукции входит в ладонь, при этом большой оттопыренный палец укажет направление действия силы Лоренца (см. рис.)

PIC

Спроецируем второй закон Ньютона на ось y  :

Fл− Fэл = ma,

сила Лоренца равна

Fл = qvB,

где q  – заряд электрона, v  – скорость электрона.
Электрическая сила:

Fэл = qE.

чтобы в момент попадания самых быстрых электронов в область полей действующая на них сила была направлена вдоль оси OY в положительном направлении необходимо, чтобы выполнено было условие

Fл >F эл. » class=»math-display» src=»/images/fizika/answer-1236-13.svg» width=»auto»></div>
<p> <!--  l. 39  --></p>
<p class= То есть vB > E  » class=»math» src=»/images/fizika/answer-1236-14.svg» width=»auto»> (1). Скорость вылетевших фотоэлектронов можно найти из уравнения Эйнштейна </p>
<div class= E = A+ Ek,

где E = hν  – энергия фотона, A  – работа выхода,        2 Ek = mv ∕2  – кинетическая энергия фотоэлектронов.
Отсюда

   ∘ --------- v =  2(hν −-A).         m

Подставим в (1)

∘ 2(hν −-A)                mE2   ---m----⋅B > E ⇒ A < hν −-2B2-.

Подставим числа из условия

                                    −31        2    2 A <6,62⋅10−34 Дж ⋅с ⋅6,5⋅1014 Гц − 9,1⋅10-кг⋅−(33⋅102-В/м-)-≈ 39⋅10− 20 Дж ≈ 2,4 эВ                                     2 ⋅(10   Тл)
Оцените статью
Я решу все!