Номер 164, страница 281 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Задачи и упражнения - номер 164, страница 281.

Условие.

164. В магнитное поле влетает заряженная частица. Определите направление силы Лоренца, действующей на частицу, если эта частица является: а) электроном (рис. 17, а); б) протоном (рис. 17, б). Изобразите траекторию, по которой будет двигаться частица в каждом из этих случаев.

Рис. 17

Решение.

Для определения направления силы Лоренца ($ \vec{F_L} $), действующей на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, используется правило левой руки. Величина и направление этой силы определяются формулой:

$ \vec{F_L} = q(\vec{v} \times \vec{B}) $

где $\text{q}$ — заряд частицы, $\vec{v}$ — вектор её скорости, а $\vec{B}$ — вектор магнитной индукции. Направление силы Лоренца всегда перпендикулярно как вектору скорости, так и вектору магнитной индукции.

Решение

а) В данном случае частицей является электрон, который имеет отрицательный заряд ($q < 0$). На рисунке 17, а, показано, что электрон движется со скоростью $\vec{v}$, направленной вверх. Магнитное поле (обозначено крестиками) направлено перпендикулярно плоскости рисунка от нас. Применим правило левой руки: расположим левую руку так, чтобы четыре пальца были направлены по вектору скорости $\vec{v}$ (вверх), а вектор магнитной индукции $\vec{B}$ входил в ладонь (ладонь должна быть обращена к нам). В этом положении отогнутый на 90° большой палец будет указывать влево. Это направление силы, которая действовала бы на положительный заряд. Поскольку электрон заряжен отрицательно, сила Лоренца, действующая на него, будет направлена в противоположную сторону, то есть вправо. Так как сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости, она будет играть роль центростремительной силы. Это означает, что электрон будет двигаться по окружности. В начальный момент траектория электрона будет изгибаться вправо.

Ответ: Сила Лоренца направлена вправо. Траектория частицы представляет собой дугу окружности, загибающуюся вправо (движение по часовой стрелке).

б) В этом случае частицей является протон, который имеет положительный заряд ($q > 0$). На рисунке 17, б, показано, что протон движется со скоростью $\vec{v}$, направленной вправо. Магнитное поле (обозначено точками) направлено перпендикулярно плоскости рисунка к нам. Снова используем правило левой руки: расположим левую руку так, чтобы четыре пальца были направлены по вектору скорости $\vec{v}$ (вправо), а вектор магнитной индукции $\vec{B}$ входил в ладонь (ладонь должна быть обращена от нас, к плоскости рисунка). В этом положении отогнутый на 90° большой палец будет указывать вниз. Поскольку заряд протона положителен, направление силы Лоренца совпадает с направлением, указанным большим пальцем. Под действием этой силы, перпендикулярной скорости, протон будет отклоняться от прямолинейного движения и двигаться по дуге окружности, направленной вниз.

Ответ: Сила Лоренца направлена вниз. Траектория частицы представляет собой дугу окружности, загибающуюся вниз (движение по часовой стрелке).