Номер 55.4, страница 124 - гдз по физике 8 класс рабочая тетрадь Ханнанова

Электромагнитные явления - номер 55.4, страница 124.

Условие.

Задание 55.4. Пусть в определённый момент времени скорость протона направлена параллельно проводнику, по которому течёт ток слева направо. Другими словами, скорость протона сонаправлена с направлением тока в проводнике.

а) Нарисуйте схематично проводник, а рядом движущуюся частицу (протон). Укажите на рисунке направление тока в проводнике, направление скорости движущейся частицы и знак заряда этой частицы.

б) Укажите направление магнитных линий вблизи точки, в которой находится в данный момент протон.

в) Применив правило левой руки, нарисуйте вектор силы, действующей на протон со стороны магнитного поля, созданного током в проводнике.

Решение.

а) Нарисуйте схематично проводник, а рядом движущуюся частицу (протон). Укажите на рисунке направление тока в проводнике, направление скорости движущейся частицы и знак заряда этой частицы.

Изобразим прямой горизонтальный проводник, по которому течет ток $\text{I}$ слева направо. Направление тока укажем стрелкой. Протон ($\text{p}$) — это частица, обладающая положительным зарядом ($q > 0$). По условию задачи, скорость протона $\vec{v}$ направлена параллельно проводнику и сонаправлена с током, то есть также слева направо. Для наглядности расположим протон под проводником.

Схематический рисунок (вид в плоскости, содержащей проводник и траекторию протона):

$I \rightarrow$
────────────────────────── (проводник)

$p, q > 0$
$\vec{v} \rightarrow$

На данной схеме показаны: проводник с направлением тока $\text{I}$, протон $\text{p}$ с указанием его положительного заряда $q>0$ и вектор его скорости $\vec{v}$.

Ответ: Схема, на которой изображен горизонтальный проводник с током, направленным вправо, и расположенный под ним протон с положительным зарядом, движущийся параллельно проводнику в том же направлении, что и ток.

б) Укажите направление магнитных линий вблизи точки, в которой находится в данный момент протон.

Вокруг любого проводника с током возникает магнитное поле. Направление линий этого магнитного поля (линий вектора магнитной индукции $\vec{B}$) для прямого проводника определяется по правилу правой руки (правилу буравчика). Если направить большой палец правой руки по направлению тока $\text{I}$ (в нашем случае — вправо), то согнутые четыре пальца, обхватывающие проводник, укажут направление линий магнитной индукции.

Эти линии представляют собой концентрические окружности с центром на оси проводника. В соответствии с правилом правой руки, в области под проводником (где находится протон), пальцы будут направлены из плоскости рисунка на наблюдателя. Такое направление принято обозначать символом ⊙ (точка в круге), который символизирует острие стрелы, летящей на нас. Над проводником поле было бы направлено в плоскость рисунка (символ ⊗).

Ответ: Линии магнитного поля вблизи точки, где находится протон, направлены перпендикулярно плоскости рисунка на наблюдателя (из плоскости чертежа).

в) Применив правило левой руки, нарисуйте вектор силы, действующей на протон со стороны магнитного поля, созданного током в проводнике.

На заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, действует сила Лоренца, направление которой для положительного заряда определяется по правилу левой руки.

Применим это правило к нашей ситуации:
1. Располагаем ладонь левой руки так, чтобы четыре вытянутых пальца были направлены по вектору скорости протона $\vec{v}$ (вправо).
2. Вектор магнитной индукции $\vec{B}$ должен входить в ладонь. Поскольку в точке нахождения протона вектор $\vec{B}$ направлен на нас (из плоскости рисунка), то ладонь следует развернуть "лицом" к нам.
3. Отогнутый на 90° большой палец укажет направление силы Лоренца $\vec{F}_Л$. В данном случае он будет направлен вертикально вверх, то есть в сторону проводника с током.

Дополним нашу схему вектором силы $\vec{F}_Л$:

$I \rightarrow$
────────────────────────── (проводник)
$\uparrow \vec{F}_Л$
$p, q > 0$
$\vec{v} \rightarrow$
(Вектор $\vec{B}$ в точке нахождения протона направлен на нас ⊙)

Таким образом, протон будет притягиваться к проводнику. Этот результат подтверждает известный факт, что два параллельных тока, направленных в одну сторону (движущийся положительный заряд эквивалентен электрическому току), притягиваются.

Ответ: Вектор силы, действующей на протон, направлен перпендикулярно проводнику и скорости протона, в сторону проводника.