Разбор 17 задания ЕГЭ 2020 по физике из демонстрационного варианта. Проверяемые элементы содержания: электродинамика (изменение физических величин в процессах).
Альфа-частица движется по окружности в однородном магнитном поле. Как изменятся ускорение альфа-частицы и частота ее обращения, если уменьшить ее кинетическую энергию?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличится
2) уменьшится
3) не изменится
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
| Ускорение α-частицы | Частота обращения α-частицы |
Разбор 17 задания ЕГЭ 2020 по физике
На частицу действует сила Лоренца
Движение по окружности — это движение с центростремительным ускорением. По второму закону Ньютона
По условию — кинетическая энергия уменьшается. При уменьшении кинетической энергии уменьшается и скорость частицы. Если скорость частицы уменьшится, то ускорение частицы тоже уменьшится.
Линейная скорость нашей частицы:
ω — угловая скорость
R — радиус окружности
Угловая скорость находится по формуле:
ν — частота обращения
Итак, что происходит со скоростью мы знаем (скорость уменьшится), но что происходит с радиусом R?
Найдем связь между скоростью и радиусом. Для этого воспользуемся центростремительным ускорением.
получаем выражение для частоты
как видим в формуле для частоты — нет скорости, значит она не зависит от υ и следовательно — не меняется.
Под действием силы лоренца альфа частица движется по окружности
Задание 17. α-частица движется по окружности в однородном магнитном поле между полюсами магнита под действием силы Лоренца. После замены магнита по таким же траекториям стали двигаться протоны, обладающие той же скоростью. Как изменились индукция магнитного поля и модуль силы Лоренца?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
3) не изменилась
На α-частицу со стороны магнитного поля действует сила Лоренца 
, где q – заряд частицы; v – скорость частицы; B – модуль магнитной индукции магнитного поля. Так как α-частица движется по окружности, то магнитное поле направлено перпендикулярно его движению, то есть 
и сила Лоренца в данном случае запишется в виде
.
В соответствии со вторым законом Ньютона, силу Лоренца также можно записать как
,
где 
— центростремительное ускорение. Получаем значение индукции напряженности магнитного поля:
.
Альфа-частица имеет в своем составе два протона и два нейтрона, то есть ее масса в 4 раза больше массы протона, а заряд в 2 раза больше заряда протона.
Следовательно, сила Лоренца в случае протонов, станет равной:
(уменьшится в 4 раза), а индукция магнитного поля:
Под действием силы лоренца альфа частица движется по окружности
α-частица движется по окружности в однородном магнитном поле между полюсами магнита под действием силы Лоренца. После замены магнита по таким же траекториям стали двигаться протоны, обладающие той же скоростью. Как изменились индукция магнитного поля и модуль силы Лоренца?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
3) не изменилась
Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем таблице:
| Индукция магнитного поля | Модуль силы Лоренца |
Радиус окружности, по которой двигается заряженная частица в однородном магнитном поле, равен 
где m — масса частицы, 
— её скорость, q — её заряд, B — индукция магнитного поля. По условию радиус остался тем же, масса частицы была уменьшена в 4 раза, скорость не изменилась, заряд уменьшился в 2 раза, из этого можно сделать вывод, что индукция магнитного поля уменьшилась в 2 раза.
Сила Лоренца, равная 
уменьшилась в 4 раза.