ローレンツ力：磁場中を動く電荷

1 · 予測

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？

• 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。

2 · 準備

1. 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。
2. 試験電荷の力の大きさ読み出しを有効にします。
3. 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。

3 · データ収集

3回の試行について力の大きさ F（縦軸）を速さ |v| = √(v_x² + v_y²)（横軸）に対してプロットします。

4 · 分析

1. 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。
2. 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。

5 · 発展

1. 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。
2. 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。

この実験の物理

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