Δύναμη Lorentz: Κινούμενο φορτίο σε μαγνητικό πεδίο

1 · Πρόβλεψε

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;

• 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.

2 · Διάταξη

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.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Χαράξε το μέτρο δύναμης F (άξονας y) έναντι της ταχύτητας |v| = √(v_x² + v_y²) (άξονας x) για τις τρεις δοκιμές σου.

4 · Ανάλυση

1. 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.
2. 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.

5 · Επέκταση

1. 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.
2. 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.

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής