ID: 00026043
В первой экспериментальной установке положительно заряженная частица влетает в однородное электрическое поле так, что вектор скорости $\overset{\to}{\upsilon }_{0}$ частицы параллелен вектору напряжённости электрического поля $\overset{\to}{E}$ (рис. 1). Во второй установке вектор скорости $\overset{\to}{\upsilon _{0}}$ отрицательно заряженной частицы перпендикулярен вектору индукции магнитного поля $\overset{\to}{B}$ (рис. 2).
Рис. 1 Рис. 2 По каким траекториям движутся частицы в этих установках? Силой тяжести пренебречь.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
ДВИЖЕНИЕ ЧАСТИЦЫ
А) в первой установке
Б) во второй установке
ТРАЕКТОРИЯ
1) прямая линия
2) окружность
3) спираль
4) парабола
А | Б |
|---|---|
|
|
Источник: ФИПИ
Сравним движение заряженных частиц в двух разных установках.
В первой установке скорость $\upsilon_0$ положительно заряженной частицы направлена параллельно вектору напряжённости электрического поля E. Электрическая сила $F=qE$ действует вдоль той же прямой, что и скорость (либо разгоняя, либо тормозя частицу вдоль неё, но никуда не отклоняя вбок). Раз сила и скорость всё время лежат на одной прямой, частица так и продолжает лететь по прямой линии, просто меняя скорость.
Во второй установке скорость $\upsilon_0$ отрицательно заряженной частицы направлена перпендикулярно вектору индукции магнитного поля B. Сила Лоренца $\vec F=q\vec\upsilon\times\vec B$ в этом случае всегда перпендикулярна скорости и постоянна по модулю (поскольку угол между $\upsilon$ и B всё время остаётся прямым). Сила, постоянно перпендикулярная скорости и постоянная по модулю, — это классическое условие равномерного движения по окружности.
Итог: в первой установке частица движется по прямой линии (1), во второй — по окружности (2). И всё сходится: когда сила действует вдоль скорости, траектория не искривляется, а когда сила всё время перпендикулярна скорости и не меняется по модулю, частица закручивается на окружность.