Ηλεκτρομαγνητισμός

Φορτίο σε πεδίο B

Ολίσθησε την ταχύτητα του δοκιμαστικού φορτίου — η μαγνητική δύναμη F = qv×B εμφανίζεται στις ενδείξεις.

Φορτίο σε πεδίο B — διαδραστική προσομοίωση Ηλεκτρομαγνητισμός. Ολίσθησε την ταχύτητα του δοκιμαστικού φορτίου — η μαγνητική δύναμη F = qv×B εμφανίζεται στις ενδείξεις. Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.

Μαγνητική δύναμη

Σύρε την ταχύτητα του δοκιμαστικού φορτίου — η μαγνητική δύναμη F = qv×B εμφανίζεται στις ενδείξεις.

Δοκιμαστικό φορτίο q που κινείται με ταχύτητα v σε ομοιόμορφο B δέχεται μαγνητική δύναμη F_B = q(v×B), κάθετη σε v και B. Η προεπιλογή χρησιμοποιεί περιοχή ομοιόμορφου B (όχι σύρμα έντασης) ώστε να ισχύει μόνο η δύναμη Lorentz. Τα κίτρινα F_E και τα ιώδη F_B βέλη χωρίζουν ηλεκτρικό και μαγνητικό μέρος· συνδυασμένα F = F_E + F_B. Πάτησε Αναπαραγωγή για να δεις κίνηση κατά το v.

• F = qv×B
• F ⊥ v and B

Σύνοψη έρευνας

Σχεδίασε την ερώτηση πριν ανοίξεις το εργαστήριο

Η σύνοψη κατοπτρίζει την προαποτυπωμένη σελίδα: η βασική ερώτηση, οι αντικρουόμενες προβλέψεις, οι ρόλοι των μεταβλητών, οι κύριοι νόμοι, η διάταξη, η ανάλυση και οι προεκτάσεις παραμένουν ορατά και με αυτή τη σειρά.

Βασική ερώτηση

Φορτισμένο σωματίδιο κινείται μέσα από περιοχή ομοιόμορφου μαγνητικού πεδίου. Εξαρτάται η μαγνητική δύναμη πάνω του από την ταχύτητα του σωματιδίου, ή μόνο από την ένταση πεδίου;

Προβλέψεις προς σταθμίσει

• Η δύναμη εξαρτάται μόνο από την ένταση πεδίου, όχι από την ταχύτητα.
• Η μαγνητική δύναμη δεν εξαρτάται από κανένα από τα δύο μεγέθη με απλό τρόπο.
• Η δύναμη εξαρτάται και από την ένταση πεδίου και από την ταχύτητα του σωματιδίου — ταχύτερα σωματίδια νιώθουν ισχυρότερη μαγνητική δύναμη.

Ρόλοι μεταβλητών

Τι ρυθμίζεις:

• Συνιστώσα x ταχύτητας v_x (m/s)
• Συνιστώσα y ταχύτητας v_y (m/s)

Τι μετράς:

• Μέτρο δύναμης F (µN)

Πώς εκτελείται η έρευνα

1. Άνοιξε την προεπιλογή qv-cross-b και πάτησε Επαναφορά. Η περιοχή πεδίου έχει σταθερό Bz = 0.12 T· το δοκιμαστικό φορτίο είναι q = 3×10⁻¹⁰ C.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη μέτρου δύναμης στο δοκιμαστικό φορτίο.
3. Ρύθμισε τις συνιστώσες ταχύτητας του δοκιμαστικού φορτίου για κάθε δοκιμή και κατέγραψε το μέτρο δύναμης.

Κυρίαρχη εξίσωση

Δύναμη Lorentz (μαγνητική) — F_B = q·v×B

Φορτίο q που κινείται με ταχύτητα v μέσα από μαγνητικό πεδίο B δέχεται δύναμη F = qv×B, κάθετη και στην ταχύτητά του και στο πεδίο. Το μέτρο της είναι |F| = |q||v||B| όταν το v είναι κάθετο στο B.

Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας

• Για μία δοκιμή, υπολόγισε |F| = |q|·|B|·|v| χρησιμοποιώντας q = 3×10⁻¹⁰ C, B = 0.12 T, |v| = √(v_x² + v_y²). Σύγκρινε με τον πίνακα.
• Εξήγησε γιατί το μέτρο της μαγνητικής δύναμης εξαρτάται από τη συνολική ταχύτητα του σωματιδίου |v|, όχι από τη διεύθυνση της ταχύτητάς του — παρότι η διεύθυνση της δύναμης εξαρτάται από το πού κινείται.

Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο

• Η μαγνητική δύναμη είναι πάντα κάθετη στην ταχύτητα (F = qv×B), ώστε μπορεί να αλλάξει τη διεύθυνση σωματιδίου αλλά ποτέ την ταχύτητά του. Εξήγησε γιατί μαγνητικό πεδίο μόνο δεν μπορεί ποτέ να επιταχύνει ή να επιβραδύνει φορτισμένο σωματίδιο, μόνο να το κατευθύνει.
• Φορτισμένο σωματίδιο που κινείται κάθετα σε ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο ταξιδεύει σε κύκλο, επειδή η μαγνητική δύναμη δείχνει πάντα προς το κέντρο του κύκλου. Εξήγησε, χρησιμοποιώντας F = qvB, γιατί ταχύτερο σωματίδιο στο ίδιο πεδίο χαράσσει μεγαλύτερο κύκλο.

• AP Physics 2 — Unit 12: Magnetism and Electromagnetism
• AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 12: Magnetic Fields and Electromagnetism
• IB Physics — D.3 Motion in electromagnetic fields
• General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
• NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields

1. Καλώς όρισες στο Qv Cross B
2. Επίλεξε το δοκιμαστικό φορτίο
3. Πάτησε Αναπαραγωγή
4. Δύναμη σε κινούμενο φορτίο
5. Άνοιξε το πάνελ Ιδιότητες
6. Το κατάφερες!

Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.

Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →

Λήψη φύλλου εργασίας →

Η δύναμη Lorentz