25

Решение: Движение заряда в магнитном поле

ЕГЭ · Физика · Задание 25 · Магнитное поле и индукция
ВысокаяФИПИ27B52FРазвёрнутое решение≈ 15 минутРазбор в 6 шагов
Условие

Маленькое положительно заряженное тело массой $m$, прикреплённое к невесомой нерастяжимой нити длиной $L$, может двигаться по окружности в вертикальной плоскости. Система находится в однородном магнитном поле, вектор магнитной индукции $\vec B$ которого перпендикулярен плоскости и направлен так, как показано на рисунке. Модуль наименьшей скорости тела в нижней точке, при которой тело совершает полный оборот по окружности, равен $v_{н}$. Заряд тела равен $q$. Найдите модуль вектора индукции магнитного поля.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

6 шагов
1

При указанном направлении магнитного поля и движении тела из нижней точки вправо сила Лоренца направлена от центра окружности. Поэтому в верхней точке она направлена вверх, то есть также от центра окружности.

$$F_{\text{л}}=qvB$$
2

Магнитная сила работы не совершает, поэтому между нижней и верхней точками выполняется закон сохранения механической энергии. Подъём тела равен $2L$.

$$\frac{mv_{н}^{2}}{2}=\frac{mv^{2}}{2}+2mgL$$
3

Отсюда скорость тела в верхней точке равна:

$$v^2=v_{н}^{2}-4gL$$
4

Минимальная скорость в нижней точке соответствует предельному случаю, когда в верхней точке натяжение нити равно нулю. В верхней точке сила тяжести и сила Лоренца направлены от центра, поэтому уравнение движения имеет вид:

$$\frac{mv^2}{L}=mg-qBv$$
5

Выразим магнитную индукцию:

$$qBv=mg-\frac{mv^2}{L},\qquad B=\frac{m}{qv}\left(g-\frac{v^2}{L}\right)$$

Подставим выражение для скорости в верхней точке:

$$B=\frac{m\left(5gL-v_{н}^{2}\right)}{qL\sqrt{v_{н}^{2}-4gL}}$$
Ответ

$B=\dfrac{m\left(5gL-v_{н}^{2}\right)}{qL\sqrt{v_{н}^{2}-4gL}}$

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Считать, что магнитная сила совершает работу при движении по окружности.

Неверно определить направление силы Лоренца для положительного заряда.

Взять в верхней точке ненулевое натяжение нити вместо предельного условия $T=0$.

Учесть силу Лоренца направленной к центру, хотя на рисунке она направлена от центра.

Закрепить приёмВ теме «Магнитное поле и индукция» ещё 202 задачи — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 25 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 6 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Магнитное поле и индукция»: в ней 203 задачи, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.