Вопрос задан 13.03.2025 в 08:00. Предмет Физика. Спрашивает Абузарова Лера.

Электрон влетает в однородное магнитное поле с индукцией 0,2 Тл со скоростью, равной по модулю 2 · 10^7 м/с и направленной перпендикулярно магнитным линиям (см. рисунок). а) Чему равна сила Лоренца, действующая на электрон? б) Чему равен период обращения электрона?

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Клименок Арина.

а) Чему равна действующая на электрон сила Лоренца?

Сила Лоренца на заряженную частицу в магнитном поле определяется по формуле:

F=q(v×B)\mathbf{F} = q (\mathbf{v} \times \mathbf{B})

где:

  • F\mathbf{F} — сила Лоренца,
  • qq — заряд частицы,
  • v\mathbf{v} — скорость частицы,
  • B\mathbf{B} — магнитная индукция,
  • ×\times — векторное произведение.

Так как электрон имеет заряд q=eq = -e, где ee — элементарный заряд (e=1.6×1019Клe = 1.6 \times 10^{-19} \, \text{Кл}), и его скорость перпендикулярна магнитному полю, величина силы Лоренца будет:

F=qvBF = |q| v B

Теперь подставим значения:

  • v=2×107м/сv = 2 \times 10^7 \, \text{м/с},
  • B=0.2ТлB = 0.2 \, \text{Тл},
  • q=e=1.6×1019Кл|q| = e = 1.6 \times 10^{-19} \, \text{Кл}.

Тогда сила:

F=(1.6×1019Кл)×(2×107м/с)×(0.2Тл)F = (1.6 \times 10^{-19} \, \text{Кл}) \times (2 \times 10^7 \, \text{м/с}) \times (0.2 \, \text{Тл}) F=6.4×1012НF = 6.4 \times 10^{-12} \, \text{Н}

Таким образом, сила Лоренца, действующая на электрон, равна 6.4×1012Н6.4 \times 10^{-12} \, \text{Н}.

б) Чему равен период обращения электрона?

Когда частица с зарядом движется по окружности в магнитном поле, на неё действует сила Лоренца, которая вызывает центростремительное ускорение. Период обращения можно найти, используя уравнение для центростремительной силы и силы Лоренца.

Центростремительное ускорение aca_c для электрона:

ac=v2ra_c = \frac{v^2}{r}

где vv — скорость электрона, rr — радиус его орбиты.

Сила Лоренца действует как центростремительная сила:

FL=mv2rF_L = \frac{m v^2}{r}

где mm — масса электрона (m=9.11×1031кгm = 9.11 \times 10^{-31} \, \text{кг}).

Мы знаем, что сила Лоренца также равна FL=qvBF_L = |q| v B. Из этого уравнения можно выразить радиус орбиты:

qvB=mv2r|q| v B = \frac{m v^2}{r}

Упростим его:

r=mvqBr = \frac{m v}{|q| B}

Теперь подставим известные значения:

  • m=9.11×1031кгm = 9.11 \times 10^{-31} \, \text{кг},
  • v=2×107м/сv = 2 \times 10^7 \, \text{м/с},
  • q=1.6×1019Кл|q| = 1.6 \times 10^{-19} \, \text{Кл},
  • B=0.2ТлB = 0.2 \, \text{Тл}.

Таким образом, радиус орбиты:

r=(9.11×1031кг)×(2×107м/с)(1.6×1019Кл)×(0.2Тл)r = \frac{(9.11 \times 10^{-31} \, \text{кг}) \times (2 \times 10^7 \, \text{м/с})}{(1.6 \times 10^{-19} \, \text{Кл}) \times (0.2 \, \text{Тл})} r=1.822×10233.2×1020r = \frac{1.822 \times 10^{-23}}{3.2 \times 10^{-20}} r=5.69×104м=0.569ммr = 5.69 \times 10^{-4} \, \text{м} = 0.569 \, \text{мм}

Теперь, зная радиус орбиты, можем найти период обращения TT. Период TT равен времени, которое частица тратит на полный оборот по окружности, и его можно вычислить по формуле:

T=2πrvT = \frac{2 \pi r}{v}

Подставляем значения:

T=2π×5.69×104м2×107м/сT = \frac{2 \pi \times 5.69 \times 10^{-4} \, \text{м}}{2 \times 10^7 \, \text{м/с}} T=3.57×1032×107T = \frac{3.57 \times 10^{-3}}{2 \times 10^7} T=1.785×1010сT = 1.785 \times 10^{-10} \, \text{с}

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос