Сила Лоренца — тренажёр для 11 класса
Почему телевизоры с электронно-лучевыми трубками работали? Почему заряженные частицы летают по кругу в ускорителях? Всё дело в силе Лоренца. Она действует на любой заряд, который движется в магнитном поле. В тренажёре задачи построены на понимании того, как магнитное поле «закручивает» частицы.
Что проверяет эта тема
- Понимать, что сила Лоренца действует на движущийся заряд.
- Применять формулу F = q·v·B·sinα.
- Определять направление силы по правилу левой руки.
- Различать силу Лоренца и силу Ампера.
Формулы и правила
| Что ищем | Формула | Обозначения |
|---|---|---|
| Сила Лоренца | $F = q \cdot v \cdot B \cdot sinα$ | q — заряд, v — скорость, B — индукция, α — угол между v и B. |
| Максимальная сила | $F = q \cdot v \cdot B$ | Когда частица летит перпендикулярно полю (α = 90°). |
| Сила не работает | $A = 0$ | Сила всегда перпендикулярна движению, значит, работы не совершает. |
Разбор задачи по шагам
Задача: Электрон влетает в магнитное поле с индукцией 0,1 Тл со скоростью 10⁶ м/с перпендикулярно линиям поля. Найдите силу Лоренца. (Заряд электрона 1,6 · 10⁻¹⁹ Кл).
Шаг 1. Записываем формулу. F = q · v · B · sin(90°). Почему: Частица летит перпендикулярно, значит, sin 90° = 1.
Шаг 2. Подставляем значения. q = 1,6 · 10⁻¹⁹ Кл. v = 10⁶ м/с. B = 0,1 Тл.
Шаг 3. Считаем. F = 1,6 · 10⁻¹⁹ · 10⁶ · 0,1 = 1,6 · 10⁻¹⁴ Н.
Шаг 4. Записываем ответ. F = 1,6 · 10⁻¹⁴ Н.
Ещё один разбор
Задача. $q=6.2e-19$ Кл, $v=7.5e+06$ м/с, $B=0.81$ Тл. Сила Лоренца (Н)?
Ответ: 3.73e-12
Типичные ошибки
Почему: Подставляют просто qvB
Как проверить: Если угол не 90°, то сила меньше. Если частица летит ВДОЛЬ поля, сила вообще равна 0.
Почему: Обе связаны с магнитным полем
Как проверить: Ампер действует на проводник с током (провод). Лоренц — на одну движущуюся частицу.
Почему: Путают правило левой и правой руки
Как проверить: Правило левой руки: линии поля входят в ладонь, 4 пальца — по движению положительного заряда, большой палец — сила. Для отрицательного заряда (электрона) сила направлена в противоположную сторону.
Типы задач в тренажёре
В тренажёре:
- Прямой расчет силы (q, v, B).
- Определение направления (правило левой руки).
- Движение по окружности в магнитном поле.
- Сравнение сил для разных частиц.
Все ответы с проверкой.
Кому и когда это нужно
Тема изучается в 11 классе. В ЕГЭ по физике это задание № 15 и № 26.
Родителям: объясните на примере плавания в океане. Если вы плывете прямо (скорость), а вас сносит течением (магнитное поле), то вас будет закручивать. Сила Лоренца — это то, что заставляет частицу двигаться по кругу внутри поля.
Частые вопросы
Почему сила Лоренца не совершает работу?
Потому что она всегда перпендикулярна скорости. А работа совершается только когда сила направлена вдоль движения (или под углом). При перпендикуляре работа равна нулю.
Почему частицы в коллайдере летают по кругу?
Их направляют магнитным полем. Сила Лоренца заставляет их искривлять траекторию. Чем сильнее магнитное поле, тем меньше радиус окружности.
Примеры задач
Готовы попробовать свои силы?
В тренажёре задачи проверяются автоматически, а после ошибки показывается пошаговое решение.
Перейти к задачам