Тема . №25 Электродинамика (Расчетная задача высокого уровня сложности)
.05 Магнитное поле
Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела №25 электродинамика (расчетная задача высокого уровня сложности)
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#56878

Электрон влетает в область однородного магнитного поля и через время t= 0,91  нс покидает поле (см. рисунок). Начальная скорость электрона перпендикулярна силовым линиям поля и составляет угол β = 0,4  рад с границей поля. Масса электрона m = 9,1⋅10−31  кг, модуль его заряда e =1,6⋅10−19  Кл.
1) Найти отношение скорости v  при вылете из поля к скорости v0  при влёте в поле. Дать объяснение.
2) Найти индукцию магнитного поля.

PIC

Показать ответ и решение

1) В магнитном поле на частицу действует сила Лоренца, перпендикулярная скорости частицы и вектору магнитной индукции, то есть в любой точке траектории сила Лоренца направлена перпендикулярно к траектории. Запишем закон об изменении кинетической энергии для данного случая:

Ek1− Ek0 = A,

где Ek1  – кинетическая энергия частицы после вылета из поля, Ek0  – кинетическая энергия частицы перед влётом в магнитное поле, A  – работа силы Лоренца.
Кинетические энергии равны

E  = mv2-  E  = mv20,
 k1   2     k0   2

где m  – масса частицы, v  – скорость электрона после вылета из поля, v0  – скорость электрона перед влетом в поле.
Работа силы равна:

A = F Scosα,

где F  – модуль силы, S  – перемещение, α  – угол между силой и перемещением.
Так как в нашем случае α= 90∘ , то cosα = 0  и A = 0  , значит

            mv2   mv2
Ek1 = Ek0 ⇒ -2--= -20-⇒ v = v0.

То есть соотношение скоростей равно 1.
2) В поле частица движется с постоянной скоростью по дуге окружности радиусом R  . Запишем второй закон Ньютона

F⃗l =m ⃗a,

где Fl  – сила Лоренца, m  – масса частица, a  – центростремительное ускорение.
Сила Лоренца равна

Fl = qvB,

где q  – заряд частицы, v  – скорость частицы, B  – индукция магнитного поля.
Центростремительное ускорение равно

   v2
a=  R.

Спроецируем на ось, направленную в центр траектории

        v2       qBR
qvB = m R-⇒ v = -m--

Пройденный путь равен длине дуги окружности центрального угла α  , который равен α = 2β  . То есть центральному углу соответствует дуга

l = αR = 2βR

Так как движение равномерное, то

l = vt,

где t  – время движения частицы.
Тогда

2βR = qBR-t⇒  B = 2βm-− -2⋅0,4 рад⋅9,1⋅10−31 кг-=5 мТл
      m           qt   1,6 ⋅10−19 Кл⋅0,91⋅10−9 с
Ответ:

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное обучение
в Школково

Для детей ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Брянской областей, а также школьникам, находящимся в пунктах временного размещения Крыма обучение на платформе бесплатное.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ или олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!