Что нужно знать
Сила Лоренца — это сила, с которой магнитное поле действует на движущуюся заряженную частицу. Она возникает, если частица движется в магнитном поле и её скорость имеет составляющую, перпендикулярную линиям магнитной индукции. Модуль силы Лоренца определяется формулой F = |q| · v · B · sin α, где |q| — модуль заряда (Кл), v — скорость частицы (м/с), B — магнитная индукция (Тл), α — угол между векторами скорости и магнитной индукции. Сила измеряется в ньютонах (Н). Если частица движется перпендикулярно линиям магнитной индукции, сила максимальна, а если параллельно им — равна нулю. Направление силы Лоренца определяют по правилу левой руки с учётом знака заряда: для отрицательного заряда направление противоположно тому, которое получилось бы для положительного. Магнитная сила всегда перпендикулярна скорости частицы, поэтому она изменяет направление движения, но не изменяет модуль скорости и кинетическую энергию частицы. Например, действие силы Лоренца используется в электронно-лучевых приборах для отклонения электронного пучка. Типичная ошибка учеников — считать, что магнитное поле всегда изменяет скорость заряженной частицы, хотя при движении перпендикулярно силе оно изменяет только направление скорости.
Тест: 12 вопросов
Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.
1. Что называют силой Лоренца в случае действия магнитного поля?
- Силу притяжения между двумя электрически заряженными телами
- Силу, действующую на неподвижный электрический заряд в магнитном поле
- Силу, действующую на движущийся электрический заряд в магнитном поле
- Силу, с которой электрическое поле действует на проводник с током
Сила Лоренца действует на движущийся электрический заряд, находящийся в магнитном поле. На неподвижный заряд магнитная составляющая силы Лоренца не действует.
2. В каких единицах СИ измеряется сила Лоренца?
- В теслах (Тл)
- В кулонах (Кл)
- В вольтах (В)
- В ньютонах (Н)
Сила Лоренца является силой, поэтому в системе СИ измеряется в ньютонах.
3. Какая формула определяет модуль магнитной составляющей силы Лоренца?
- F = |q| · v · B · sin α
- F = |q| · v · B · cos α
- F = |q| · B / v
- F = |q| · v / B
Модуль силы Лоренца зависит от модуля заряда, скорости, магнитной индукции и синуса угла между скоростью и магнитной индукцией.
4. Как изменится сила Лоренца, если скорость заряженной частицы увеличится в 2 раза, а остальные условия останутся неизменными?
- Не изменится
- Увеличится в 2 раза
- Уменьшится в 2 раза
- Увеличится в 4 раза
По формуле F = |q| · v · B · sin α сила прямо пропорциональна скорости частицы. При увеличении скорости в 2 раза сила также увеличится в 2 раза.
5. Как направлена сила Лоренца относительно скорости заряженной частицы, движущейся в магнитном поле?
- Параллельно скорости
- Противоположно скорости
- Перпендикулярно скорости
- Под углом 45° к скорости при любых условиях
Магнитная составляющая силы Лоренца всегда перпендикулярна скорости частицы. Поэтому она изменяет направление движения, не изменяя модуль скорости.
6. При каком направлении скорости заряженной частицы относительно линий магнитной индукции сила Лоренца равна нулю?
- При движении под углом 30° к линиям магнитной индукции
- При движении под углом 60° к линиям магнитной индукции
- При движении перпендикулярно линиям магнитной индукции
- При движении параллельно линиям магнитной индукции
При параллельном движении α = 0°, поэтому sin 0° = 0 и F = 0.
7. Как изменится направление силы Лоренца, если вместо положительно заряженной частицы в тех же условиях движется отрицательно заряженная частица?
- Сила изменит направление на противоположное
- Сила обязательно станет равной нулю
- Сила будет направлена вдоль скорости
- Направление силы останется прежним
Направление магнитной силы зависит от знака заряда. Для отрицательной частицы оно противоположно направлению силы, действующей на положительную частицу при тех же векторах скорости и магнитной индукции.
8. Электрон движется перпендикулярно однородному магнитному полю. Как изменится его кинетическая энергия под действием магнитной силы Лоренца?
- Уменьшится
- Останется неизменной
- Увеличится
- Сначала увеличится, затем уменьшится
Сила Лоренца перпендикулярна скорости электрона и не совершает работы. Поэтому модуль скорости и кинетическая энергия частицы остаются неизменными.
9. Какое явление используется в электронно-лучевых приборах благодаря действию силы Лоренца?
- Увеличение массы электронов в магнитном поле
- Нагревание электронного пучка магнитным полем
- Отклонение движущегося электронного пучка магнитным полем
- Превращение электронов в неподвижные заряды
Магнитное поле действует на движущиеся электроны силой Лоренца, изменяя направление их движения. Это позволяет управлять траекторией электронного пучка.
10. Частица с зарядом 2 · 10⁻⁶ Кл движется со скоростью 3 · 10⁴ м/с перпендикулярно однородному магнитному полю с индукцией 0,5 Тл. Чему равен модуль силы Лоренца?
F = |q| · v · B · sin 90°. Подставляем: F = 2 · 10⁻⁶ · 3 · 10⁴ · 0,5 = 0,03 Н.
11. Электрон движется со скоростью 2 · 10⁶ м/с перпендикулярно магнитному полю с индукцией 0,01 Тл. Модуль заряда электрона равен 1,6 · 10⁻¹⁹ Кл. Чему равен модуль силы Лоренца?
- 3,2 · 10⁻¹⁵ Н
- 3,2 · 10⁻¹³ Н
- 3,2 · 10⁻¹¹ Н
- 3,2 · 10⁻¹⁷ Н
F = |q| · v · B · sin 90°. F = 1,6 · 10⁻¹⁹ · 2 · 10⁶ · 0,01 = 3,2 · 10⁻¹⁵ Н.
12. Заряженная частица движется со скоростью 4 · 10³ м/с под углом 30° к линиям магнитной индукции. Модуль её заряда равен 5 · 10⁻⁶ Кл, а магнитная индукция составляет 0,2 Тл. Чему равен модуль силы Лоренца?
- 8 · 10⁻³ Н
- 2 · 10⁻³ Н
- 1 · 10⁻⁴ Н
- 4 · 10⁻³ Н
F = |q| · v · B · sin α. Подставляем: F = 5 · 10⁻⁶ · 4 · 10³ · 0,2 · sin 30° = 5 · 10⁻⁶ · 4 · 10³ · 0,2 · 0,5 = 2 · 10⁻³ Н.