ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер 4.3: Заряженная частица в магнитном поле. Сила Лоренца

План решения:

Для определения отношения сил, действующих на частицы в магнитном поле, необходимо вспомнить формулу силы Лоренца. Сила Лоренца F_L зависит от заряда частицы q, её скорости v и модуля вектора индукции магнитного поля B. Поскольку условие задачи указывает на перпендикулярное влетание частиц в поле, угол между вектором скорости и вектором индукции равен 90^°, а синус этого угла равен 1. Таким образом, модуль силы определяется произведением |q|vB.

Вычисление:

Рассмотрим каждую частицу отдельно.

• Электрон: Электрон имеет элементарный электрический заряд e≈1,6·10^-19 Кл. Следовательно, сила, действующая на электрон со стороны магнитного поля, равна F_e=evB.
• Нейтрон: Нейтрон является электрически нейтральной частицей, то есть его суммарный электрический заряд равен нулю (q_n=0). Подставляя это значение в формулу силы Лоренца, получаем F_n=0·vB=0.

Нам нужно найти отношение модулей этих сил: F_n/F_e или F_e/F_n. В условии спрашивается про «отношение модулей сил, действующих на них», обычно подразумевается отношение силы к первой упомянутой частице ко второй или наоборот, но ключевой момент здесь — наличие нуля. Если мы берем отношение силы, действующей на нейтрон, к силе, действующей на электрон, то получаем 0/evB=0. Если же речь идет об отношении силы электрона к силе нейтрона, то деление на ноль невозможно, что физически означает бесконечность (или неопределенность), однако среди вариантов ответа есть «равно 0». Обычно в таких задачах под «отношением» понимается сравнение величин, где одна из них отсутствует. Давайте посмотрим на варианты ответов. Вариант 1) «равно 0» подходит для отношения F_нейтр/F_электр. Вариант 4) «много меньше 1, но не равно 0» неверен, так как сила на нейтрон строго равна 0. Поэтому наиболее корректная интерпретация вопроса о том, как соотносятся эти силы в контексте выбора ответа, сводится к тому, что одна из сил отсутствует.

Проверка и выбор ответа:

Сила Лоренца действует только на движущиеся заряженные частицы. Нейтрон не имеет заряда, поэтому магнитное поле на него не действует (F=0). Электрон имеет заряд, поэтому на него действует сила (F>0).

Отношение силы, действующей на нейтрон, к силе, действующей на электрон: F_n/F_e=0/F_e=0.

Если бы вопрос был сформулирован как отношение силы электрона к силе нейтрона, ответ был бы «бесконечно много больше 1», чего нет в вариантах. Однако вариант 1) «равно 0» прямо соответствует ситуации, когда числитель отношения равен нулю. Учитывая стандартную постановку подобных задач в школьном курсе, где часто проверяется знание того, что нейтральные частицы не отклоняются полем, правильный выбор — тот, который отражает отсутствие силы на одной из частиц относительно другой.

Таким образом, верным является вариант, указывающий на нулевое значение отношения (при условии, что в числителе стоит сила, действующая на нейтрон, или сравнивается влияние поля, которое для нейтрона отсутствует).