Lorentz-erő: mozgó töltés mágneses térben

1 · Jóslás

Egy töltött részecske egyenletes mágneses térrészen halad át. A rá ható mágneses erő a részecske sebességétől függ, vagy csak a térerősségtől?

• Az erő csak a térerősségtől függ, nem a sebességtől.
• A mágneses erő egyik mennyiségtől sem függ egyszerű módon.
• Az erő a térerősségtől és a részecske sebességétől is függ — a gyorsabb részecskék erősebb mágneses erőt éreznek.

2 · Előkészítés

1. Nyisd meg a qv-cross-b előbeállítást, és nyomd meg a Visszaállítást. A térrész rögzített Bz = 0.12 T; a próbarezecske q = 3×10⁻¹⁰ C.
2. Engedélyezd az erőnagyság-kijelzőt a próbarezecsken.
3. Állítsd be a próbarezecske sebességkomponenseit minden mérésnél, és rögzítsd az erő nagyságát.

3 · Adatgyűjtés

Ábrázold az F erőnagyságot (y-tengely) a |v| = √(v_x² + v_y²) sebességgel (x-tengely) szemben a három mérésedhez.

4 · Elemzés

1. Egy mérésnél számítsd ki a |F| = |q|·|B|·|v| q = 3×10⁻¹⁰ C, B = 0.12 T, |v| = √(v_x² + v_y²) használatával. Hasonlítsd a táblázathoz.
2. Magyarázd meg, miért a részecske teljes |v| sebességétől függ a mágneses erő nagysága, nem a sebesség irányától — noha az erő iránya attól függ, merre mozog.

5 · Kiterjesztés

1. A mágneses erő mindig merőleges a sebességre (F = qv×B), tehát megváltoztathatja a részecske irányát, de soha a sebességét. Magyarázd meg, miért tud egyedül a mágneses tér soha felgyorsítani vagy lassítani egy töltött részecskét, csak kormányozni.
2. Egy, az egyenletes mágneses térre merőlegesen mozgó töltött részecske körben jár, mert a mágneses erő mindig a kör középpontja felé mutat. Magyarázd meg az F = qvB-vel, miért ír le nagyobb kört egy gyorsabb részecske ugyanabban a térben.

A fizika a kísérlet mögött

← Vissza a kísérlethez

138 ingyenes nyomtatható fizikai munkalap