ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер 4.4: Заряженная частица в магнитном поле. Сила Лоренца

План решения:

Для определения направления силы Лоренца, действующей на заряженную частицу в магнитном поле, необходимо воспользоваться правилом левой руки. Сила Лоренца F перпендикулярна вектору скорости v и вектору индукции магнитного поля B. Поскольку протон имеет положительный заряд (q>0), направление силы совпадает с направлением, определяемым правилом левой руки для тока (или движения положительных зарядов).

Вычисление и анализ направлений:

1. Вектор скорости v направлен горизонтально. Предположим стандартное расположение: частица летит слева направо (или просто горизонтально в плоскости экрана/листа).

2. Вектор индукции магнитного поля B направлен вертикально вниз.

3. Применяем правило левой руки: расположим левую руку так, чтобы четыре пальца указывали направление скорости v (горизонтально), а силовые линии магнитного поля B входили в ладонь (так как B направлен вниз, ладонь должна быть обращена вверх, чтобы «ловить» стрелки, идущие сверху вниз).

4. Отставленный большой палец покажет направление силы Лоренца F′. Если скорость горизонтальна (например, вправо), а поле вертикально вниз, то при ориентации ладони вверх (чтобы поле вошло в неё) и пальцев вправо, большой палец будет направлен на нас (перпендикулярно плоскости рисунка, если мы смотрим сбоку, или к наблюдателю, если рассматриваем проекцию). Давайте уточним геометрию: обычно в таких задачах «горизонтальная скорость» подразумевает движение вдоль оси X, а «вниз» — вдоль оси Y (вертикаль). Тогда ось Z — это направление «на нас» или «от нас». По правилу векторного произведения F=q[v×B]: если v вправо, B вниз, то [v×B] направлен на нас (к наблюдателю).

Проверка результата:

Сила Лоренца всегда перпендикулярна плоскости, образованной векторами скорости и магнитной индукции. Так как v горизонтален, а B вертикален, сила не может быть ни горизонтальной, ни вертикальной в той же плоскости. Она должна быть направлена перпендикулярно этой плоскости, то есть либо «на нас», либо «от нас». Для положительного заряда (протона) при движении вправо и поле вниз сила направлена на наблюдателя. Это соответствует варианту 3.