Сила Лоренца: движущийся заряд в магнитном поле

1 · Прогноз

Заряженная частица движется сквозь область однородного магнитного поля. Зависит ли магнитная сила от скорости частицы или только от напряжённости поля?

• Сила зависит только от напряжённости поля, не от скорости.
• Магнитная сила не зависит просто ни от одной из величин.
• Сила зависит и от напряжённости поля, и от скорости частицы — более быстрые частицы чувствуют более сильную магнитную силу.

2 · Подготовка

1. Откройте пресет qv-cross-b и нажмите «Сброс». В области поля зафиксировано Bz = 0.12 Тл; пробный заряд q = 3×10⁻¹⁰ Кл.
2. Включите показание модуля силы на пробном заряде.
3. Задайте компоненты скорости пробного заряда для каждой пробы и запишите модуль силы.

3 · Сбор данных

Постройте график величины силы F (ось y) против скорости |v| = √(v_x² + v_y²) (ось x) для трёх проб.

4 · Анализ

1. Для одной пробы вычислите |F| = |q|·|B|·|v|, используя q = 3×10⁻¹⁰ Кл; B = 0.12 Тл; |v| = √(v_x² + v_y²). Сравните с таблицей.
2. Объясните, почему модуль магнитной силы зависит от полной скорости |v| частицы, а не от направления её скорости — хотя направление силы действительно зависит от того, куда она движется.

5 · Развитие

1. Магнитная сила всегда перпендикулярна скорости (F = qv×B), поэтому она может менять направление частицы, но никогда её скорость. Объясните, почему магнитное поле само по себе не может ни разогнать, ни затормозить заряженную частицу — только повернуть её.
2. Заряженная частица, летящая перпендикулярно однородному магнитному полю, движется по окружности: магнитная сила всегда направлена к центру окружности. Используя F = qvB, объясните, почему более быстрая частица в том же поле описывает бо́льшую окружность.

Физика этого эксперимента

← Вернуться к эксперименту