Siła Lorentza: ruchomy ładunek w polu magnetycznym

1 · Prognoza

Naładowana cząstka przelatuje przez obszar jednorodnego pola magnetycznego. Czy siła magnetyczna na niej zależy od prędkości cząstki, czy tylko od natężenia pola?

• Siła zależy tylko od natężenia pola, nie od prędkości.
• Siła magnetyczna nie zależy prosto od żadnej z tych wielkości.
• Siła zależy i od natężenia pola, i od prędkości cząstki — szybsze cząstki czują silniejszą siłę magnetyczną.

2 · Przygotowanie

1. Otwórz preset qv-cross-b i naciśnij Reset. W obszarze pola ustalone jest Bz = 0.12 T; ładunek próbny to q = 3×10⁻¹⁰ C.
2. Włącz odczyt wartości siły na ładunku próbnym.
3. Ustaw składowe prędkości ładunku próbnego dla każdej próby i zapisz wartość siły.

3 · Zbieranie danych

Wykreśl wartość siły F (oś y) względem prędkości |v| = √(v_x² + v_y²) (oś x) dla trzech prób.

4 · Analiza

1. Dla jednej próby oblicz |F| = |q|·|B|·|v|, używając q = 3×10⁻¹⁰ C; B = 0.12 T; |v| = √(v_x² + v_y²). Porównaj z tabelą.
2. Wyjaśnij, dlaczego wartość siły magnetycznej zależna jest od całkowitej prędkości cząstki |v|, a nie od kierunku prędkości — choć kierunek siły zależy od tego, dokąd cząstka leci.

5 · Rozszerzenie

1. Siła magnetyczna jest zawsze prostopadła do prędkości (F = qv×B), więc może zmieniać kierunek cząstki, ale nigdy jej prędkość. Wyjaśnij, dlaczego samo pole magnetyczne nie może nigdy rozpędzić ani wyhamować cząstki naładowanej — tylko nią sterować.
2. Cząstka naładowana poruszająca się prostopadle do jednorodnego pola magnetycznego krąży po okręgu, bo siła magnetyczna zawsze wskazuje ku środkowi okręgu. Wyjaśnij, używając F = qvB, dlaczego szybsza cząstka w tym samym pola kreśli większy okrąg.

Fizyka tego eksperymentu

← Wróć do eksperymentu