سوال ۶۶ · فیزیک
کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت اول · سوال ۶۶ · کلید رسمی سازمان سنجش
فیزیک · فیزیک ۲ (ریاضی) · فصل ۳: مغناطیس
این سوال در دفترچه شکل دارد؛ این‌جا شکل به‌صورت متنی توصیف شده است.
مطابق شکل، پرتوهایی از دو ذرهٔ آلفا و پوزیترون در جهت نشان‌داده‌شده وارد میدان مغناطیسی یکنواخت درون‌سو می‌شوند. جهت انحراف ذرات در درون میدان چگونه است؟
شکل: ناحیه‌ای با میدان مغناطیسی درون‌سو (علامت × ها) در بالای شکل. در پایین دو پیکان رو به بالا: سمت چپ (پوزیترون) و سمت راست (آلفا) که به‌سمت بالا وارد میدان می‌شوند.
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۱ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
برای تعیین جهت انحراف، باید جهت نیروی مغناطیسی وارد بر هر ذره را پیدا کنیم.
۱. علامت بار ذرات را مشخص می‌کنیم. ذرهٔ آلفا هستهٔ هلیم و دارای بار است. پوزیترون نیز بار دارد؛ پس هر دو ذره مثبت‌اند.
۲. جهت‌های سرعت و میدان را از شکل می‌خوانیم. سرعت هر دو ذره رو به بالای صفحه است و علامت‌های نشان می‌دهند که میدان مغناطیسی به داخل صفحه است؛ بنابراین سرعت بر میدان عمود است.
۳. قاعدهٔ دست راست را به کار می‌بریم. مطابق کتاب، برای بار مثبت، انگشتان دست راست را در جهت سرعت قرار می‌دهیم و به سوی میدان خم می‌کنیم؛ شست جهت نیروی مغناطیسی را نشان می‌دهد (فیزیک ۲ (ریاضی)، صفحهٔ ۸۹). در این شکل، با قرار دادن انگشتان رو به بالا و خم کردن آن‌ها به داخل صفحه، شست به چپ اشاره می‌کند.
۴. چون بار هر دو ذره مثبت است، نیروی مغناطیسی اولیه بر هر دو به چپ است و مسیر هر دو به چپ منحرف می‌شود. تفاوت جرم و بزرگی بار آن‌ها ممکن است میزان خمیدگی مسیر را متفاوت کند، اما جهت انحراف را عوض نمی‌کند.
پاسخ: گزینهٔ ۱
چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند
- گزینهٔ ۲: این انتخاب ممکن است از اشتباه گرفتن میدان درون‌سو با برون‌سو یا استفاده از دست چپ ناشی شود. برای بار مثبت با سرعت رو به بالا و میدان درون‌سو، قاعدهٔ دست راست نیروی رو به چپ می‌دهد، نه راست.
- گزینهٔ ۳: ممکن است دانش‌آموز تصور کند بار بیشتر آلفا جهت نیروی آن را برعکس می‌کند. بزرگی بار بر اندازهٔ نیرو اثر دارد، نه بر جهت آن؛ چون هر دو ذره مثبت‌اند و جهت سرعت یکسانی دارند، جهت انحرافشان یکسان است.
- گزینهٔ ۴: این گزینه معمولاً از اشتباه گرفتن پوزیترون با الکترون ناشی می‌شود. پوزیترون برخلاف الکترون بار مثبت دارد؛ بنابراین نیروی وارد بر آن هم‌جهت با نیروی وارد بر آلفاست.
راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)
- قاعدهٔ دست راست برای نیروی مغناطیسی وارد بر ذرهٔ باردار را مرور کن؛ این قاعده جهت نیرو را برای بار مثبت مشخص می‌کند (فیزیک ۲ (ریاضی)، صفحهٔ ۸۹).
- ابتدا علامت بار هر ذره را تعیین کن: پوزیترون پادذرهٔ الکترون است و آلفا هستهٔ هلیم است. آیا لازم است جهت به‌دست‌آمده از قاعدهٔ دست راست را برای یکی از آن‌ها معکوس کنی؟
- انگشتان دست راست را رو به بالای صفحه بگیر و آن‌ها را به سوی داخل صفحه خم کن. جهت شست، جهت نیروی اولیه بر هر دو ذره را مشخص می‌کند.