ID: 00026031
В первой экспериментальной установке положительно заряженная частица влетает в однородное электрическое поле так, что вектор $\overset{\to}{\upsilon }_{0}$ перпендикулярен вектору напряжённости электрического поля $\overset{\to}{E}$ (рис. 1). Во второй экспериментальной установке вектор $\overset{\to}{\upsilon }_{0}$ такой же частицы параллелен вектору индукции магнитного поля $\overset{\to}{B}$ (рис. 2).
Рис. 1 Рис. 2 По каким траекториям движутся частицы в этих установках? Силу тяжести не учитывать.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
ДВИЖЕНИЕ ЧАСТИЦЫ ТРАЕКТОРИЯ А) в первой установке Б) во второй установке
1) прямая линия
2) окружность
3) спираль
4) парабола А Б 1 2 3 4 1 2 3 4
Источник: ФИПИ
Сравним движение одной и той же положительно заряженной частицы в двух разных полях.
В первой установке частица влетает в однородное электрическое поле так, что её начальная скорость $\upsilon_0$ перпендикулярна вектору напряжённости поля E. Электрическая сила $F=qE$ всё время направлена вдоль поля — то есть перпендикулярно начальной скорости, и по величине она постоянна. Это в точности повторяет знакомую ситуацию с горизонтальным броском тела в поле тяжести: скорость вдоль одного направления не меняется, а вдоль перпендикулярного — растёт равномерно под действием постоянной силы. Такое сложение движений всегда даёт траекторию в виде параболы.
Во второй установке скорость $\upsilon_0$ той же частицы направлена параллельно вектору индукции магнитного поля B. Сила Лоренца вычисляется через векторное произведение: $$\vec F=q\vec\upsilon\times\vec B$$ А векторное произведение двух параллельных векторов всегда равно нулю. Значит, если скорость параллельна полю, магнитная сила на частицу вообще не действует — и частица просто летит по прямой с постоянной скоростью, как будто поля вовсе нет.
Итог: в первой установке частица летит по параболе (4), во второй — по прямой линии (1). И всё сходится: электрическое поле толкает частицу вбок независимо от направления её скорости, а магнитное поле, наоборот, никак не действует на частицу, если её скорость направлена точно вдоль линий поля.