سوال ۱۸۲ · فیزیک
کنکور تجربی ۱۴۰۱ · سوال ۱۸۲ · کلید رسمی سازمان سنجش
فیزیک · فیزیک ۲ · فصل ۳: مغناطیس و القای الکترومغناطیسی
این سوال در دفترچه شکل دارد؛ اینجا شکل بهصورت متنی توصیف شده است.
الکترونی عمود بر میدان مغناطیسی یکنواختی مطابق شکل زیر، در حرکت است و نیروی مغناطیسی به آن وارد میشود. جهت میدان کدام است؟
شکل: الکترون به صورت یک نقطه نشان داده شده است. از نقطه، بردار به سمت چپ (افقی) و بردار سرعت به سمت پایین (عمودی) رسم شده است.
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۳ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
گام اول ــ بررسی راستای میدان: طبق کتاب، نیروی مغناطیسی بر سرعت ذره و میدان مغناطیسی عمود است (فیزیک ۲، صفحهٔ ۷۱). در این سؤال، خودِ سرعت نیز بر میدان عمود است. چون سرعت رو به پایین و نیرو رو به چپ است، میدان باید عمود بر صفحهٔ شکل باشد؛ پس فقط درونسو یا برونسو میتواند باشد.
گام دوم ــ توجه به علامت بار: قاعدهٔ دست راست، جهت نیروی وارد بر بار مثبت را تعیین میکند و نیروی وارد بر بار منفی خلاف آن است (فیزیک ۲، صفحهٔ ۷۱). بنابراین، چون نیروی الکترون به چپ است، نیروی یک بار مثبت با همین سرعت و در همین میدان باید به راست باشد.
گام سوم ــ تعیین جهت میدان: انگشتان دست راست را در جهت سرعت، رو به پایین، میگیریم. برای اینکه شست جهت نیروی بار مثبت، یعنی راست، را نشان دهد، باید انگشتان به طرف داخل صفحه خم شوند. پس میدان مغناطیسی درونسو، یعنی عمود بر صفحه و به طرف داخل آن است.
پاسخ: گزینهٔ ۳
چرا گزینههای دیگر نادرستاند
- گزینهٔ ۱: ممکن است جهت میدان را صرفاً مخالف جهت سرعت در نظر بگیرید؛ اما در این حالت سرعت و میدان همراستا هستند و نیروی مغناطیسی صفر میشود، درحالیکه در شکل نیرویی به چپ وارد شده است.
- گزینهٔ ۲: این انتخاب ممکن است از تصورِ مخالفبودن جهت نیرو و میدان برای بار منفی ناشی شود. نیروی مغناطیسی باید بر میدان عمود باشد؛ پس میدانِ رو به راست نمیتواند نیرویی رو به چپ ایجاد کند.
- گزینهٔ ۴: اگر منفیبودن بار الکترون را فراموش کنید، ممکن است این جهت را انتخاب کنید. برای سرعت رو به پایین و میدان برونسو، نیروی وارد بر بار مثبت به چپ است، اما نیروی وارد بر الکترون به راست خواهد بود.
راهنمایی قدمبهقدم (پیش از دیدن پاسخ)
- قاعدهٔ دست راست در بخش نیروی مغناطیسی وارد بر ذرهٔ باردار را به یاد بیاورید: نیرو هم بر سرعت و هم بر میدان عمود است.
- الکترون بار منفی دارد؛ بنابراین جهت نیروی آن خلاف جهتی است که قاعدهٔ دست راست برای بار مثبت نشان میدهد.
- برای اجرای قاعدهٔ دست راست، انگشتان را رو به پایین و شست را خلاف نیروی نشاندادهشده، یعنی رو به راست بگیرید؛ اکنون جهت خمشدن انگشتان را پیدا کنید.