電磁気学
磁場中の運動電荷
試験電荷の速度をスライドさせてください—読み取り値に磁力 F = qv×B が現れます。
磁場中の運動電荷 — インタラクティブな電磁気学シミュレーション。試験電荷の速度をスライドさせてください—読み取り値に磁力 F = qv×B が現れます。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
磁気力
試験電荷の速度を変えて — 磁気力 F = qv×B が読み取りに現れます。
試験電荷の速度を変えて — 磁気力 F = qv×B が読み取りに現れます。
- F = qv×B
- F は v と B に垂直
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
荷電粒子が一様磁場を通過します。磁気力は粒子速度に依存するか、磁場強度だけに依存するでしょうか？
検討する予測
- 力は速度でなく磁場強度だけに依存します。
- 磁気力はどちらにも単純には依存しません。
- 力は磁場強度と粒子速度の両方に依存し、速い粒子ほど強い磁気力を受けます。
可変的な役割
設定するもの：
- 速度 x 成分 v_x (m/s)
- 速度 y 成分 v_y (m/s)
測定するもの：
- 力の大きさ F (µN)
実験の進め方
- qv-cross-b プリセットを開いて Reset を押します。磁場領域は Bz = 0.12 T、試験電荷は q = 3×10⁻¹⁰ C に固定です。
- 試験電荷の力の大きさ読み出しを有効にします。
- 各試行で試験電荷の速度成分を設定し、力の大きさを記録します。
支配方程式
ローレンツ力（磁気） — F_B = q·v×B
速度 v の電荷 q が磁場 B を通ると、速度と磁場の両方に垂直な F = qv×B を受けます。v が B に垂直なら大きさは |F| = |q||v||B| です。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- q = 3×10⁻¹⁰ C、B = 0.12 T、|v| = √(v_x² + v_y²) を用いて |F| = |q|·|B|·|v| を計算し、表と比較します。
- 磁気力の大きさが速度の向きでなく全速さ |v| に依存する理由を説明します。力の向きは運動方向に依存することにも注意します。
実験以外での活用
- 磁気力は速度に常に垂直（F = qv×B）なので、方向は変えても速さは変えません。磁場だけでは荷電粒子を加速・減速できず操舵だけできる理由を説明します。
- 一様磁場に垂直に動く荷電粒子は、磁気力が常に円の中心を向くため円運動します。同じ磁場で速い粒子ほど大きな円を描く理由を F = qvB で説明します。
- 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
- qv×Bへようこそ
- 試験電荷を選択
- 再生
- 運動電荷に働く力
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。