Как можно определить удельный заряд заряженной частицы, которая разогнана разностью потенциалов и входит в однородное магнитное поле с индукцией, двигаясь по окружности радиуса r?
Физика 11 класс Электродинамика удельный заряд заряженная частица разность потенциалов магнитное поле радиус окружности физика 11 класс
Чтобы определить удельный заряд заряженной частицы, которая разогнана разностью потенциалов и движется по окружности в однородном магнитном поле, необходимо следовать нескольким шагам. Давайте разберем этот процесс подробно.
Шаг 1: Определение силы, действующей на частицуКогда заряженная частица движется в магнитном поле, на нее действует магнитная сила, которая направлена перпендикулярно как к вектору скорости частицы, так и к вектору магнитной индукции. Эта сила определяется по формуле:
F = q * v * B
где:
Частица движется по окружности радиуса r, поэтому магнитная сила равна центростремительной силе:
F = m * a
где m — масса частицы, a — центростремительное ускорение, которое можно выразить как a = v^2 / r.
Таким образом, у нас есть равенство:
q * v * B = m * (v^2 / r)
Шаг 3: Упрощение уравненияМы можем сократить скорость v с обеих сторон уравнения (при условии, что v не равно нулю):
q * B = m * (v / r)
Теперь выразим заряд частицы q:
q = (m * v) / (B * r)
Шаг 4: Определение скорости частицыСкорость частицы v можно найти через разность потенциалов U, которая разогнала частицу. Энергия, полученная частицей, равна:
q * U = (1/2) * m * v^2
Из этого уравнения можно выразить скорость:
v = sqrt((2 * q * U) / m)
Шаг 5: Подставление скорости в уравнение для зарядаТеперь подставим это значение скорости в уравнение для заряда:
q = (m * sqrt((2 * q * U) / m)) / (B * r)
После упрощения получим:
q = (sqrt(2 * m * q * U)) / (B * r)
Шаг 6: Изолирование удельного зарядаТеперь мы можем выразить удельный заряд (q/m):
(q/m) = (sqrt(2 * q * U)) / (B * r)
Для нахождения удельного заряда нам нужно решить это уравнение относительно (q/m).
ЗаключениеТаким образом, для нахождения удельного заряда заряженной частицы, движущейся по окружности в магнитном поле, необходимо знать массу частицы, разность потенциалов, магнитную индукцию и радиус окружности. После подстановки всех известных значений в уравнение, можно найти искомую величину.