Протон, летящий со скоростью υ = 0,01 с (1% от скорости света в вакууме), попадает в область пространства толщиной d = 2 см, где имеется однородное магнитное поле с индукцией B = 1,5 Тл, направленное перпендикулярно вектору
(см. рис. вид сверху).
На какой угол 
повернется вектор скорости протона после вылета из этой области?
После попадания протона (его заряд e равен по модулю заряду электрона) в область, где есть магнитное поле, на него начинает действовать сила Лоренца 
направленная все время перпендикулярно скорости 
(см. рис.).
Согласно второму закону Ньютона, протон массой m при этом движется по дуге окружности радиусом R с центростремительным ускорением, равным 
то есть 
откуда 
Как видно из рисунка, если 
то угол φ поворота вектора скорости протона после выхода из поля равен 
Если же 
то протон опишет в области поля полуокружность и выйдет из этой области, повернув свою скорость υ на угол = 180°.
Найдем значение R при условиях нашей задачи:
так что 
Ответ: 
| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
|---|---|
| Приведено полное решение, включающее следующие элементы: I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: выражение для силы Лоренца, действующей на заряд, движущийся в магнитном поле, и уравнение вращательного движения протона в магнитном поле (второй закон Ньютона); II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов); III) проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями); IV) представлен правильный ответ. | 3 |
| Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые преобразования. Но имеются один или несколько из следующих недостатков. Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объеме или отсутствуют. И (ИЛИ) В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения (не зачеркнуты; не заключены в скобки, рамку и т. п.). И (ИЛИ) В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги. И (ИЛИ) Отсутствует пункт IV, или в нем допущена ошибка (в том числе в записи единиц измерения величины). | 2 |
| Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев. Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи. ИЛИ В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения данной задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. ИЛИ В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. | 1 |
| Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок | 0 |
| Максимальный балл | 3 |
Протон, летящий со скоростью υ = 0,01 с (1% от скорости света в вакууме), попадает в область пространства толщиной d = 5 см, где имеется однородное магнитное поле с индукцией B = 1 Тл, направленное перпендикулярно вектору
(см. рис.). На какой угол повернется вектор скорости протона после вылета из этой области?
После попадания протона (его заряд e равен по модулю заряду электрона) в область, где есть магнитное поле, на него начинает действовать сила Лоренца направленная все время перпендикулярно скорости (см. рис.).
Согласно второму закону Ньютона протон массой m при этом движется по дуге окружности радиусом R с центростремительным ускорением то есть откуда
Как видно из рисунка, если 
то угол поворота вектора скорости протона после выхода из поля равен
Если же 
то протон опишет в области поля полуокружность и выйдет из этой области, повернув свою скорость υ на угол = 180°.
Найдем значение R при условиях нашей задачи:
так что 
Ответ:
| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
|---|---|
| Приведено полное решение, включающее следующие элементы: I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: связь напряжения и заряда на конденсаторе, законы Ома для участка и для полной цепи, параллельное и последовательное соединение резисторов, закон сохранения заряда и его следствия для цепей постоянного тока); II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов); III) проведены необходимые математические преобразования и расчеты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями); IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины | 3 |
| Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые преобразования. Но имеются один или несколько из следующих недостатков. Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объеме или отсутствуют. И ( ИЛИ ) В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения (не зачеркнуты; не заключены в скобки, рамку и т. п.). И ( ИЛИ ) В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги. И ( ИЛИ ) Отсутствует пункт IV, или в нем допущена ошибка (в том числе в записи единиц измерения величины) | 2 |
| Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев. Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи. ИЛИ В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения данной задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. ИЛИ В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи | 1 |
| Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | 0 |
| Максимальный балл | 3 |
Наверх