Протон в однородном магнитном поле движется по окружности. Как изменяются радиус окружности и частота обращения -частицы по сравнению с протоном, если в этом же поле будет двигаться по окружности с той же скоростью -частица?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
- увеличится 2) уменьшится 3) не изменится
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Решение:
На заряженную частицу (например, протон), движущуюся по окружности в магнитном поле, действует сила Лоренца по формуле: где — заряд частицы, — её скорость, — магнитная индукция, — угол между вектором скорости и магнитного поля. Поскольку движение происходит перпендикулярно к полю, , так что
Согласно второму закону Ньютона, силу также можно записать как: где — центростремительное ускорение, — радиус траектории.
Приравнивая выражения, имеем: откуда
Если рассматривать -частицу, которая имеет массу в 4 раза больше массы протона и двойной заряд, то для той же скорости её радиус будет: то есть радиус увеличится в два раза.
Период обращения пропорционален радиусу окружности: поскольку -частица должна пройти больший путь с той же скоростью, её период возрастает, а частота уменьшается.