Протон с энергией 1 МэВ влетает в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции поля. Какой должна быть минимальная протяженность поля в направлении движения протона, чтобы направление его скорости сменилось на противоположное? Индукция магнитного поля 1 Тл. Масса протона 1,67 • 10~27 кг, заряд 1,6 • 10~19Кл,
назад от

1 Ответ

Дано:
- Энергия протона E = 1 МэВ = 1,6 * 10^-13 Дж (1 МэВ = 1,6 * 10^-13 Дж)
- Индукция магнитного поля B = 1 Тл
- Масса протона m = 1,67 * 10^-27 кг
- Заряд протона q = 1,6 * 10^-19 Кл

Найти: минимальная протяженность поля L в направлении движения протона, чтобы направление его скорости сменилось на противоположное.

Решение:

1. Находим скорость протона v, используя кинетическую энергию:

E = (1/2) * m * v^2.

Из этого уравнения можно выразить скорость:

v = sqrt(2 * E / m).

Подставим значения:

v = sqrt(2 * (1,6 * 10^-13) / (1,67 * 10^-27)).

2. Рассчитаем v:

v = sqrt((3,2 * 10^-13) / (1,67 * 10^-27)) = sqrt(1,9162 * 10^14) ≈ 1,384 * 10^7 м/с.

3. Протон будет двигаться по окружности в магнитном поле. Радиус r его траектории определяется как:

r = (m * v) / (q * B).

Подставим значения:

r = (1,67 * 10^-27 * 1,384 * 10^7) / (1,6 * 10^-19 * 1).

4. Рассчитаем r:

r = (2,31 * 10^-20) / (1,6 * 10^-19) = 0,144375 м = 0,1444 м.

5. Теперь определим период T движения протона по окружности:

T = (2 * π * r) / v.

Подставим значения:

T = (2 * π * 0,1444) / (1,384 * 10^7).

6. Рассчитаем T:

T ≈ (0,907) / (1,384 * 10^7) ≈ 6,55 * 10^-8 с.

7. Протон должен пройти половину окружности, чтобы изменить направление скорости. Таким образом, время t, за которое протон пройдет половину окружности, будет равно:

t = T / 2 = (6,55 * 10^-8) / 2 ≈ 3,275 * 10^-8 с.

8. Теперь находим минимальную протяженность поля L. В это время протон переместится на расстояние L:

L = v * t.

Подставим значения:

L = (1,384 * 10^7) * (3,275 * 10^-8).

9. Рассчитаем L:

L ≈ 0,454 м.

Ответ: минимальная протяженность поля L составляет примерно 0,454 м.
назад от