Номер 3.45, страница 59 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Основы электродинамики. Глава 3. Электромагнетизм. Сила Лоренца - номер 3.45, страница 59.

Условие.

3.45. На рисунке 3.22 представлен случай взаимодействия магнитного поля с движущейся заряженной частицей. Определите направление силы Лоренца.

Рис. 3.22

Решение.

а

Для определения направления силы Лоренца $ \vec{F_L} $ воспользуемся правилом левой руки. Вектор магнитной индукции $ \vec{B} $ направлен перпендикулярно плоскости рисунка от нас (обозначено крестиками). Скорость $ \vec{v} $ отрицательно заряженной частицы направлена вверх. Расположим левую руку так, чтобы линии индукции $ \vec{B} $ входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены вдоль вектора скорости $ \vec{v} $. Большой палец, отогнутый на 90°, покажет направление силы, действующей на положительный заряд, – влево. Поскольку частица заряжена отрицательно, сила Лоренца будет направлена в противоположную сторону, то есть вправо.

Ответ: сила Лоренца направлена вправо.

б

Сначала определим направление магнитного поля $ \vec{B} $ внутри соленоида. Ток в катушке течет от положительного полюса к отрицательному. Применяя правило правой руки для соленоида (если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление вектора $ \vec{B} $ внутри соленоида), находим, что вектор $ \vec{B} $ направлен влево. Далее по правилу левой руки определяем направление силы Лоренца для положительного заряда. Располагаем левую руку так, чтобы вектор $ \vec{B} $ входил в ладонь (ладонь обращена вправо), а четыре пальца были направлены по вектору скорости $ \vec{v} $ (вверх). Тогда отогнутый большой палец укажет направление силы Лоренца – на нас, перпендикулярно плоскости рисунка.

Ответ: сила Лоренца направлена перпендикулярно плоскости рисунка на наблюдателя.

в

Сначала определим направление магнитного поля $ \vec{B} $, создаваемого прямым проводником с током $ I $. По правилу правой руки (если большой палец правой руки направить по току $ I $, то согнутые пальцы укажут направление линий $ \vec{B} $), в области, где движется частица (справа от провода), вектор $ \vec{B} $ направлен от нас, перпендикулярно плоскости рисунка. Частица заряжена положительно и движется влево. Применяем правило левой руки: располагаем ладонь так, чтобы вектор $ \vec{B} $ входил в нее, а четыре пальца указывали направление скорости $ \vec{v} $ (влево). Отогнутый большой палец покажет направление силы Лоренца – вниз.

Ответ: сила Лоренца направлена вниз.

г

Сила Лоренца определяется по формуле $ \vec{F_L} = q(\vec{v} \times \vec{B}) $, а её модуль равен $ F_L = |q|vB\sin\alpha $, где $ \alpha $ — угол между вектором скорости $ \vec{v} $ и вектором магнитной индукции $ \vec{B} $. В данном случае векторы $ \vec{v} $ и $ \vec{B} $ параллельны, следовательно, угол $ \alpha $ между ними равен 0°. Поскольку $ \sin(0^\circ) = 0 $, то и сила Лоренца равна нулю. На заряженную частицу, движущуюся параллельно линиям магнитного поля, сила Лоренца не действует.

Ответ: сила Лоренца равна нулю ($ F_L = 0 $).