Global EE

Магнетизм — Задание 21 ЕГЭ по физике №00004037

Задание №21. Качественная Задача

Магнетизм

№2. Задание 21

ID: 00004037

В камере, из которой откачан воздух, создали электрическое поле напряжённостью Е и магнитное поле индукцией В. Поля однородные, Е 丄 В. В камеру влетает протон р, вектор скорости которого перпендикулярен Е и В, как показано на рисунке. Модули напряжённости электрического поля и индукции магнитного поля таковы, что протон движется прямолинейно.

Рисунок к заданию 21 ЕГЭ по физике — Магнетизм

Куда отклонится протон на начальном участке траектории, если его скорость уменьшить? Ответ поясните, указав, какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения. Влиянием силы тяжести пренебречь.

Источник: ФИПИ

Решение

Дано:

Протон ($q \gt 0$) в скрещенных полях $\vec{E} \perp \vec{B}$, скорость $\vec{v} \perp \vec{E}, \vec{B}$. Начально: прямолинейное движение. Затем скорость уменьшается.

Найти:

Направление отклонения протона при уменьшении скорости.

Решение:

1. Условие прямолинейного движения.

При прямолинейном движении равнодействующая равна нулю. Электрическая сила $F_E = qE$ направлена вправо (вдоль $\vec{E}$, так как заряд положительный). Сила Лоренца $F_L = qvB$ направлена влево (по правилу левой руки). Из условия равновесия:

$$qE = qvB \quad \Rightarrow \quad E = vB$$

2. При уменьшении скорости.

Сила Лоренца зависит от скорости:

$$F_L = qvB$$

При уменьшении $v$ сила Лоренца уменьшается, а электрическая сила $F_E = qE$ остаётся прежней. Суммарная сила в проекции на ось $x$:

$$F_{\Sigma} = qE - qvB \gt 0$$

Ускорение направлено вправо (в сторону $\vec{E}$), поэтому протон отклоняется вправо.

Ответ

1. Траектория протона будет отклоняться от первоначального направления вправо.
2. На протон действуют магнитное поле силой, равной по модулю FM = qvB, и электрическое поле силой, равной по модулю $F_э$ = qЕ . Поскольку заряд протона положительный, Fэ сонаправлена с Е, а по правилу левой руки $F_M$ направлена противоположно силе  $F_э$ .
Поскольку первоначально протон двигался прямолинейно, то согласно второму закону Ньютона по модулю эти силы были равны.


3. Сила действия электрического поля не зависит от скорости протона, а сила действия магнитного поля с уменьшением его скорости уменьшается. Поскольку в результате уменьшения скорости протона равнодействующая сил $F_э$ и $F_М$, а также вызываемое ею ускорение направлены вправо, траектория протона будет отклоняться от первоначального направления вправо.

Видеоразбор

Другие задания по теме «Магнетизм» (8)