سوال ۲۲۷ فیزیک کنکور تجربی ۱۳۹۸ با پاسخ تشریحی

سوال ۲۲۷ دفترچهٔ اختصاصی کنکور تجربی ۱۳۹۸، با کلید رسمی سازمان سنجش. پاسخ تشریحی، دلیل نادرستی گزینه‌های دیگر و راهنمایی‌ها را هوش مصنوعی 1xAi بر پایهٔ همین کلید و متن کتاب درسی نوشته است.

سوال ۲۲۷ · فیزیک

کنکور تجربی ۱۳۹۸ · سوال ۲۲۷ · کلید رسمی سازمان سنجش

فیزیک · فیزیک ۲ · فصل ۳: مغناطیس و القای الکترومغناطیسی

بار الکتریکی $q$ با سرعت $\vec{V}$ وارد یک میدان مغناطیسی یکنواخت که اندازهٔ آن $\mathrm{B}$ است می‌شود و از طرف میدان نیروی $\vec{F}$ بر آن وارد می‌شود، کدام‌یک از موارد زیر دربارهٔ بردارهای $\vec{V} ، \vec{F}$ و $\vec{B}$ ، صحیح است؟

گزینهٔ ۱: $\vec{V}$ همواره بر دو بردار $\vec{B}$ و $\vec{F}$ عمود است.
گزینهٔ ۲: $\vec{B}$ همواره بر دو بردار $\vec{V}$ و $\vec{F}$ عمود است.
گزینهٔ ۳: $\vec{F}$ همواره بر دو بردار $\vec{V}$ و $\vec{B}$ عمود است.
گزینهٔ ۴: $\vec{V} ، \vec{F}$ و $\vec{B}$ همواره دو به دو بر یکدیگر عمودند.

نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی

پاسخ درست: گزینهٔ ۳ (کلید رسمی سازمان سنجش)

پاسخ تشریحی

گام اول ـ رابطهٔ سرعت و میدان را بررسی می‌کنیم.
ورود ذرهٔ باردار به میدان مغناطیسی به معنای عمودبودن سرعت بر میدان نیست. برای نمونه، در مثال کتاب، سرعت ذره با میدان زاویهٔ $60^\circ$ می‌سازد و اندازهٔ نیرو از رابطهٔ $F=|q|VB\sin\theta$ به دست می‌آید؛ در این رابطه، $\theta$ زاویهٔ میان سرعت و میدان است (فیزیک ۲، صفحهٔ ۷۲). پس $\vec{V}$ و $\vec{B}$ الزاماً بر هم عمود نیستند.

گام دوم ـ جهت نیروی مغناطیسی را مشخص می‌کنیم.
طبق قاعدهٔ تعیین جهت نیروی مغناطیسی، نیروی وارد بر ذرهٔ متحرک، در صورت ناصفر بودن، هم بر راستای سرعت ذره و هم بر راستای میدان عمود است؛ یعنی $\vec{F}\perp\vec{V}$ و $\vec{F}\perp\vec{B}$ . برای بار منفی، جهت نیرو نسبت به بار مثبت وارونه می‌شود، اما این دو رابطهٔ عمودبودن تغییر نمی‌کنند. کاربرد این قاعده برای الکترون نیز در پرسش کتاب بررسی شده است (فیزیک ۲، صفحهٔ ۷۲).

گام سوم ـ گزینه‌ها را مقایسه می‌کنیم.
گزینه‌های ۱، ۲ و ۴ همگی مستلزم آن‌اند که سرعت و میدان همیشه بر یکدیگر عمود باشند؛ در حالی که ورود مایل ذره نیز ممکن است. گزینهٔ ۳ فقط عمودبودن نیرو بر سرعت و میدان را بیان می‌کند و شرط اضافی نادرستی ندارد.

پاسخ: گزینهٔ ۳

چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند

گزینهٔ ۱: ممکن است دانش‌آموز حالت ورود عمودی ذره به میدان را به همهٔ حالت‌ها تعمیم دهد. سرعت بر نیروی مغناطیسی عمود است، اما لزومی ندارد بر میدان مغناطیسی نیز عمود باشد.
گزینهٔ ۲: این گزینه از اشتباه گرفتن رابطهٔ میدان و نیرو با رابطهٔ میدان و سرعت ناشی می‌شود. میدان بر نیروی مغناطیسی عمود است، ولی می‌تواند با سرعت ذره زاویه‌ای غیر از زاویهٔ قائمه بسازد.
گزینهٔ ۴: اگر ذره عمود بر میدان حرکت کند، سه بردار دو به دو عمودند؛ بنابراین این گزینه ممکن است در نگاه اول درست به نظر برسد. اما در ورود مایل، سرعت و میدان بر هم عمود نیستند و عبارت «همواره» نادرست است.

راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)

قاعدهٔ دست راست برای تعیین جهت نیروی مغناطیسی وارد بر ذرهٔ باردار متحرک را مرور کن؛ در این سؤال، جهت بردارها مهم است، نه اندازهٔ آن‌ها.
ورود ذره به میدان الزاماً عمودی نیست؛ مثال ورود مایل ذره در صفحهٔ ۷۲ کتاب را به یاد بیاور و گزینه‌های دارای شرط اضافی دربارهٔ زاویهٔ سرعت و میدان را بررسی کن.
یک بار مثبت را در نظر بگیر که مایل به میدان حرکت می‌کند. با قاعدهٔ دست راست، جهت نیرو را تعیین کن و ببین کدام رابطهٔ عمودبودن، با تغییر زاویهٔ ورود همچنان برقرار می‌ماند.

فصل «مغناطیس و القای الکترومغناطیسی» را در پنل یادگیری تمرین کن

در پنل یادگیری 1xAi سوال‌هایی مثل همین را جواب می‌دهی و جوابت ثبت می‌شود؛ پیش از دیدن پاسخ، سه راهنمایی پله‌پله داری و معلم هوشمند بی‌آن‌که جواب را لو بدهد کمکت می‌کند. تمرین و آزمون رایگان است؛ معلم هوشمند هم سهمیهٔ روزانهٔ رایگان دارد.

ساختن حساب رایگان است و بعد از ثبت‌نام مستقیم به همین بخش از پنل برمی‌گردی.