Качественная задача с явно заданной физической моделью · 40 заданий
- Задание №21№21
Постоянное количество одноатомного идеального газа участвует в процессе, который изображён на рисунке в переменных U – p, где U - внутренняя энергия г…
Модель идеального газа в термодинамике
- Задание №21№21
На рисунке показана принципиальная схема электрической цепи, состоящей из источника тока с отличным от нуля внутренним сопротивлением, резистора, ре…
Электрическое сопротивление
- Задание №21№21
Маленький незаряженный шарик, подвешенный на непроводящей нити, помещён над горизонтальной диэлектрической пластиной, равномерно заряженной положитель…
Электрическое поле. Его действие на электрические заряды
- Задание №21№21
На столе установили два незаряженных электрометра и соединили их алюминиевым стержнем с изолирующей ручкой (рис. а). Затем к первому электрометру подн…
Электризация тел и её проявления
- Задание №21№21
Постоянное количество одноатомного идеального газа участвует в процессе, график которого изображён на рисунке в координатах р- ρ, где ρ — давление газ…
Модель идеального газа в термодинамике
- Задание №21№21
В камере, из которой откачан воздух, создали электрическое поле напряжённостью E и магнитное поле индукцией B. Поля однородные, EB. В камеру влетает п…
Электрическое поле. Его действие на электрические заряды
- Задание №21№21
В левой половине незаряженного металлического шара располагается крупная шарообразная полость, заполненная воздухом. Шар находится в воздухе вдали от…
Проводники в электростатическом поле
- Задание №21№21
В нижней половине незаряженного металлического шара располагается крупная шарообразная полость, заполненная воздухом. Шар находится в воздухе вдали от…
Напряжённость электрического поля
- Задание №21№21
Маленький незаряженный шарик, подвешенный на непроводящей нити, помещён над горизонтальной диэлектрической пластиной, равномерно заряженной положитель…
Электрическое поле. Его действие на электрические заряды
- Задание №21№21
Лёгкая нить, привязанная к грузу массой m = 0,3 кг, перекинута через идеальный неподвижный блок. К правому концу нити приложена постоянная сила F. Лев…
Качественная задача
- Задание №21№21
В камере, из которой откачан воздух, создали электрическое поле напряжённостью E и магнитное поле индукцией B. Поля однородные, EB. В камеру влетает п…
Электрическое поле. Его действие на электрические заряды
- Задание №21№21
Постоянное количество одноатомного идеального газа участвует в процессе, график которого изображён на рисунке в координатах р — ρ, где р — давление га…
Модель идеального газа в термодинамике
В камере, из которой откачан воздух, создали электрическое поле напряжённостью E→ и магнитное поле индукцией B→. Поля однородные, E→⊥B→. В камеру влетает протон р, вектор скорости которого перпендикулярен E→ и B→, как показано на рисунке. Модули напряжённости электрического поля и индукции магнитного поля таковы, что протон движется прямолинейно. Куда отклонится протон на начальном участке траектории, если его скорость увеличить? Ответ поясните, указав, какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения. Влиянием силы тяжести пренебречь.
Решение
Решение:
Обозначения. e>0 — модуль заряда протона; v — его скорость (на рисунке направлена вверх); E — напряжённость электрического поля (вправо); B — индукция магнитного поля (от нас, за плоскость рисунка); Fэл — электрическая сила; Fл — сила Лоренца (магнитная составляющая).
Используемые законы и явления. На заряженную частицу в электрическом поле действует сила Fэл=eE, сонаправленная с E (заряд протона положителен), то есть направленная вправо, и её модуль Fэл=eE от скорости не зависит. В магнитном поле на движущийся заряд действует сила Лоренца, модуль которой Fл=evBsinβ; здесь v⊥B, поэтому β=90∘ и Fл=evB. Направление силы Лоренца находится по правилу левой руки: если расположить левую руку так, чтобы линии B входили в ладонь, а четыре пальца были направлены по скорости положительно заряженной частицы (вверх), то отогнутый большой палец покажет направление силы — влево, то есть противоположно вектору E. Второй закон Ньютона: ускорение частицы сонаправлено с равнодействующей сил.
Исходное состояние. Протон движется прямолинейно (и равномерно), значит, равнодействующая равна нулю, и две силы компенсируют друг друга:
eE=evB⇒v=BE.
Что изменится при увеличении скорости. Электрическая сила Fэл=eE не зависит от скорости и остаётся прежней, а магнитная сила Fл=evB растёт пропорционально скорости. Поэтому при v>E/B выполняется Fл>Fэл, и равнодействующая
F=evB−eE>0
направлена в сторону силы Лоренца — влево, противоположно вектору E. Эта сила перпендикулярна начальной скорости, поэтому на начальном участке траектория искривляется в сторону действия равнодействующей: протон отклонится влево (в сторону, противоположную направлению вектора E). Влиянием силы тяжести по условию пренебрегаем.
Ответ: протон отклонится влево — в сторону, противоположную вектору E (в сторону силы Лоренца), так как электрическая сила eE от скорости не зависит, а магнитная сила evB при увеличении скорости возрастает и становится больше электрической.