Частица имеет заряд q и первоначальный импульс p, направленный вдоль оси x (см. рис). Затем частица влетает в область шириной l, в которой включено однородное магнитное поле B, перпендикулярное плоскости рисунка. Найдите угол к оси x, под которым будет направлен импульс частицы после вылета из области с магнитным полем. Постройте график зависимости этого угла от величины магнитного поля. Силой тяжести пренебречь.
Обозначим массу частицы m, её скорость V. Влетев в область с магнитным полем перпендикулярно его силовым линиям, частица сохранит модуль своей скорости, но начнёт двигаться по окружности под действием силы Лоренца, равной qBV. Эта сила обеспечивает центростремительное ускорение частицы mV2/R, поэтому радиус окружности R, по которой движется частица, легко найти:
Рассмотрим риc. 7, на котором сплошной линией изображена траектория частицы. Из него видно, что угол между искомым направлением импульса частицы и осью x равен где
График этой функции — арксинуса — на интервале от 0 до соответствует значениям аргумента арксинуса от нуля до единицы, Этому интервалу соответствуют значения где (см. график 8).
При больших значениях поля B радиус траектории частицы окажется меньше l. Соответствующая траектория представлена на рис. 7 пунктирной дугой. Понятно, что при этом частица вылетит из области с магнитнсям полем в направлении, противоположном оси x, т. е. при величина угла
Ответ: При угол составит и не превзойдёт При угол График функции представлен на рисунке 8.