Global EE

Магнетизм — Задание 21 ЕГЭ по физике №00017074

Задание №21. Качественная Задача

Магнетизм

№2. Задание 21

ID: 00017074

В камере, из которой откачан воздух, создали электрическое поле напряжённостью $\vec E$ и магнитное поле индукцией $\vec B$. Поля однородные, $\vec E \perp \vec B$. В камеру влетает протон $p$, вектор скорости которого перпендикулярен $\vec E$ и $\vec B$, как показано на рисунке. Модули напряжённости электрического поля и индукции магнитного поля таковы, что протон движется прямолинейно. Как изменится начальный участок траектории протона, если его скорость увеличить?

Ответ поясните, указав, какие явления и закономерности вы использовали для объяснения.

Рисунок к заданию 21 ЕГЭ по физике — Магнетизм

Источник: Сборник Гиголо

Решение

Идея

На протон в этой камере действуют сразу две силы: со стороны электрического поля и со стороны магнитного. Это устройство — селектор скоростей: при «правильной» скорости электрическая и магнитная силы гасят друг друга, и частица летит прямо. Весь вопрос в том, что одна из этих сил зависит от скорости, а другая — нет. Сдвинем скорость — баланс нарушится.

Шаг 1. Две силы и их баланс

Электрическая сила $F_\text{э}=qE$. Так как заряд протона положителен, она сонаправлена с $\vec E$. Магнитная сила (сила Лоренца) $F_M=q\upsilon B$; по правилу левой руки она направлена противоположно электрической. Раз протон сначала летел прямо, по второму закону Ньютона эти силы были равны по модулю: $qE=q\upsilon B$, то есть скомпенсированы.

Шаг 2. Что зависит от скорости

Ключевой момент: $F_\text{э}=qE$ от скорости не зависит, а $F_M=q\upsilon B$ растёт вместе со скоростью. Увеличим $\upsilon$ — магнитная сила станет больше электрической, и появится нескомпенсированная равнодействующая, направленная в ту же сторону, что и сила Лоренца.

Шаг 3. Куда искривится траектория

Эта избыточная сила (а с ней и ускорение по второму закону Ньютона) направлена в сторону силы Лоренца — на рисунке влево. Поэтому протон начнёт отклоняться от прежней прямой влево, и его траектория станет криволинейной.

Ответ: при увеличении скорости траектория протона станет криволинейной и отклонится от первоначальной прямой влево (в сторону силы Лоренца).

Ответ

Траектория протона станет криволинейной и отклонится от прежней прямой влево (в сторону силы Лоренца).

Видеоразбор

Другие задания по теме «Магнетизм» (8)