Задачи по теме "Сила Ампера. Сила Лоренца". 11 класс

Краткое описание документа:

11 кл. Сила Ампера. Сила Лоренца.

№1. Альфа-ча­сти­ца вле­та­ет в од­но­род­ное маг­нит­ное поле со ско­ро­стью . Ука­жи­те пра­виль­ную тра­ек­то­рию альфа-ча­сти­цы в маг­нит­ном поле.  

Ре­ше­ние.

На любую дви­жу­щу­ю­ся за­ря­жен­ную ча­сти­цу в маг­нит­ном поле дей­ству­ет сила Ло­рен­ца, ве­ли­чи­на ко­то­рой имеет вид: , где   — угол между на­прав­ле­ни­я­ми век­то­ра маг­нит­ной ин­дук­ции  и век­то­ра ско­ро­сти . Из ри­сун­ка в усло­вии видно,что ча­сти­ца вле­та­ет в маг­нит­ное поле вдоль си­ло­вой линии, а зна­чит, , и маг­нит­ное поле на ча­сти­цу дей­ство­вать не будет, ее тра­ек­то­рия будет пред­став­лять собой пря­мую линию.

№2. В каком на­прав­ле­нии нужно дви­гать в од­но­род­ном маг­нит­ном поле  то­чеч­ный заряд , для того, чтобы дей­ству­ю­щая на него сила Ло­рен­ца при оди­на­ко­вой по мо­ду­лю ско­ро­сти этого дви­же­ния была мак­си­маль­ной?

Ре­ше­ние.

Ве­ли­чи­на силы Ло­рен­ца да­ет­ся вы­ра­же­ни­ем  где   —   угол между на­прав­ле­ни­ем поля и век­то­ра ско­ро­сти. Сле­до­ва­тель­но, для того, чтобы сила Ло­рен­ца была мак­си­маль­на, заряд нужно дви­гать пер­пен­ди­ку­ляр­но ли­ни­ям маг­нит­но­го поля.

Пра­виль­ный ответ: 3.

Спрятать решение 

№3. Квад­рат­ная рамка рас­по­ло­же­на в од­но­род­ном маг­нит­ном поле в плос­ко­сти линий маг­нит­ной ин­дук­ции (см. ри­су­нок). На­прав­ле­ние тока в рамке по­ка­за­но стрел­ка­ми. Как на­прав­ле­на сила, дей­ству­ю­щая на сто­ро­ну bc рамки со сто­ро­ны внеш­не­го маг­нит­но­го поля ?

№4.Ней­трон вле­та­ет в од­но­род­ное маг­нит­ное поле со ско­ро­стью . Ука­жи­те пра­виль­ную тра­ек­то­рию ней­тро­на в маг­нит­ном поле.

Ре­ше­ние.

Сила Ло­рен­ца со сто­ро­ны маг­нит­но­го поля дей­ству­ет толь­ко на дви­га­ю­щи­е­ся за­ря­жен­ные ча­сти­цы. Ней­трон  — ней­траль­ная ча­сти­ца, она не несет элек­три­че­ско­го за­ря­да, по­это­му сила Ло­рен­ца на него не дей­ству­ет и не ока­зы­ва­ет ни­ка­ко­го вли­я­ния на его тра­ек­то­рию. Ней­трон про­дол­жит дви­гать­ся рав­но­мер­но и пря­мо­ли­ней­но

№5.

По­ло­жи­тель­но за­ря­жен­ная ча­сти­ца дви­жет­ся в од­но­род­ном маг­нит­ном поле со ско­ро­стью , на­прав­лен­ной пер­пен­ди­ку­ляр­но век­то­ру маг­нит­ной ин­дук­ции  (см. ри­су­нок). Как на­прав­ле­на сила Ло­рен­ца, дей­ству­ю­щая на ча­сти­цу?

№6.  Элек­трон  имеет ско­рость , на­прав­лен­ную го­ри­зон­таль­но вдоль пря­мо­го длин­но­го про­вод­ни­ка с током I (см. ри­су­нок). Куда на­прав­ле­на дей­ству­ю­щая на элек­трон сила Ло­рен­ца ?

Ре­ше­ние.

Со­глас­но пра­ви­лу пра­вой руки: «Если от­ве­ден­ный в сто­ро­ну боль­шой палец пра­вой руки рас­по­ло­жить по на­прав­ле­нию тока, то на­прав­ле­ние об­хва­та про­во­да че­тырь­мя паль­ца­ми по­ка­жет на­прав­ле­ние линий маг­нит­ной ин­дук­ции». Сле­до­ва­тель­но, век­тор маг­нит­ной ин­дук­ции поля, со­зда­ва­е­мо­го про­вод­ни­ком в точке, где на­хо­дит­ся элек­трон, на­прав­лен пер­пен­ди­ку­ляр­но плос­ко­сти ри­сун­ка от нас.

На­прав­ле­ние силы Ло­рен­ца опре­де­ля­ет­ся пра­ви­лом левой руки: «Если левую руку рас­по­ло­жить так, чтобы линии ин­дук­ции маг­нит­но­го поля вхо­ди­ли в ла­донь пер­пен­ди­ку­ляр­но ей, а че­ты­ре паль­ца были на­прав­ле­ны по току (по дви­же­нию по­ло­жи­тель­но за­ря­жен­ной ча­сти­цы или про­тив дви­же­ния от­ри­ца­тель­но за­ря­жен­ной), то от­став­лен­ный боль­шой палец по­ка­жет на­прав­ле­ние дей­ству­ю­щей силы Ло­рен­ца». Элек­трон за­ря­жен от­ри­ца­тель­но. Мыс­лен­но про­де­лав для него опи­сан­ные выше дей­ствия, по­лу­ча­ем, что сила Ло­рен­ца на­прав­ле­на вер­ти­каль­но вверх в плос­ко­сти ри­сун­ка ↑.