ID: 00004067
Ион с зарядом q = 3,2 · 10^{-19} Кл и массой m = 1,5 · 10^{-25} кг проходит ускоряющую разность потенциалов U = 10^{3} В и после этого попадает в однородное магнитное поле с индукцией В = 0,2 Тл, в котором движется по окружности. Определите радиус окружности, по которой ион движется в магнитном поле. Считать, что установка находится в вакууме. Силой тяжести и скоростью иона до прохождения ускоряющей разности потенциалов пренебречь.
Источник: ФИПИ
Ион сначала разгоняется электрическим полем, проходя ускоряющую разность потенциалов, а потом влетает в магнитное поле и движется по окружности. Скорость найдём из работы поля, а радиус — из второго закона Ньютона для движения по окружности.
Скорость после ускорения. Работа поля переходит в кинетическую энергию: qU=\dfrac{mv^2}{2}, откуда v=\sqrt{\dfrac{2qU}{m}}=\sqrt{\dfrac{2\cdot3{,}2\cdot10^{-19}\cdot10^3}{1{,}5\cdot10^{-25}}}\approx6{,}5\cdot10^{4}\ \frac{\text{м}}{\text{с}}.
Радиус в магнитном поле. Магнитная сила играет роль центростремительной: qvB=\dfrac{mv^2}{R}, откуда R=\dfrac{mv}{qB}=\dfrac{1{,}5\cdot10^{-25}\cdot6{,}5\cdot10^{4}}{3{,}2\cdot10^{-19}\cdot0{,}2}\approx0{,}15 м.
R ≈ 0,15 м