25

Решение: Движение иона в магнитном поле

ЕГЭ · Физика · Задание 25 · Магнитное поле и индукция
ПовышеннаяФИПИD5A62DРазвёрнутое решение≈ 8 минутРазбор в 5 шагов
Условие

Ион ускоряется в электрическом поле с разностью потенциалов $U = 10\ \text{кВ}$ и попадает в однородное магнитное поле перпендикулярно к вектору его индукции $\vec{B}$ (см. рисунок). Радиус траектории движения иона в магнитном поле $R = 0{,}2\ \text{м}$, модуль индукции магнитного поля равен $0{,}5\ \text{Тл}$. Определите отношение массы иона к его электрическому заряду $\dfrac{m}{q}$. Кинетической энергией иона при его вылете из источника пренебрегите.

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

5 шагов
1

При ускорении иона электрическим полем его электрическая энергия преобразуется в кинетическую. Начальной кинетической энергией пренебрегаем:

$$qU = \dfrac{mv^2}{2}$$
2

В магнитном поле сила Лоренца играет роль центростремительной силы:

$$|q|vB = \dfrac{mv^2}{R}$$
3

Из уравнения движения в магнитном поле выразим скорость:

$$v = \dfrac{|q|BR}{m}$$
4

Подставим выражение для скорости в закон сохранения энергии и выразим отношение массы к модулю заряда:

$$U = \dfrac{1}{2}\dfrac{m}{|q|}\left(\dfrac{BR}{m/|q|}\right)^2,\qquad \dfrac{m}{|q|} = \dfrac{B^2R^2}{2U}$$

Переведём разность потенциалов в СИ и подставим числовые значения:

$$\dfrac{m}{|q|} = \dfrac{(0{,}5)^2(0{,}2)^2}{2\cdot 10\,000} = 5\cdot 10^{-7}\ \text{кг/Кл}$$
Ответ

Отношение массы иона к модулю его электрического заряда: $\dfrac{m}{|q|} = 5\cdot 10^{-7}\ \text{кг/Кл}$.

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

Где здесь ошибаются

Не переводят $10\ \text{кВ}$ в вольты.

Используют силу Лоренца без условия перпендикулярности скорости и магнитного поля.

Теряют квадрат радиуса или индукции магнитного поля при исключении скорости.

Подставляют заряд вместо его модуля, хотя требуется положительное отношение массы к заряду по величине.

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 5 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.