سوال ۶۴ · فیزیک
کنکور تجربی ۱۴۰۲ نوبت اول · سوال ۶۴ · 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 با سرعت در میدان مغناطیسی در حرکت است و و در همین صفحه قرار دارند. در لحظهٔ نشان‌داده‌شده، جهت نیروی مغناطیسی وارد بر الکترون کدام است؟
شکل: دو بردار از یک نقطه خارج شده‌اند: بردار افقی و به سمت راست، و بردار به سمت بالا-راست (مورب، با زاویه‌ای حدود ۴۵ درجه نسبت به ).
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۲ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
۱. تعیین راستای نیرو: نیروی مغناطیسی بر هر دو بردار سرعت و میدان مغناطیسی عمود است. چون و در صفحهٔ شکل قرار دارند و موازی نیستند، نیرو عمود بر این صفحه است؛ پس جهت‌های بالاـچپ و پایین کنار گذاشته می‌شوند (فیزیک ۲، صفحهٔ ۷۱).
۲. اجرای قاعدهٔ دست راست برای بار مثبت: انگشتان دست راست را در جهت سرعت، یعنی بالاـراست، می‌گیریم و آن‌ها را روی زاویهٔ کوچک‌تر به سوی میدانِ رو به راست خم می‌کنیم. شست به داخل صفحه اشاره می‌کند؛ بنابراین نیروی وارد بر یک بار مثبت در این وضعیت، درون‌سو است.
۳. در نظر گرفتن علامت بار: الکترون بار منفی دارد و نیروی وارد بر آن خلاف جهتی است که قاعدهٔ دست راست برای بار مثبت نشان می‌دهد (فیزیک ۲، صفحهٔ ۷۱). پس نیروی وارد بر الکترون از صفحه به سوی ناظر است؛ این جهت را با نماد نشان می‌دهند.
پاسخ: گزینهٔ ۲
چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند
- گزینهٔ ۱: این گزینه از اجرای قاعدهٔ دست راست بدون توجه به منفی‌بودن بار الکترون به دست می‌آید. جهت درون‌سو مربوط به بار مثبت است و برای الکترون باید وارونه شود.
- گزینهٔ ۳: ممکن است با توجه به شکل، جهتی درون صفحه و عمود بر سرعت انتخاب شود؛ اما نیروی مغناطیسی باید بر میدان نیز عمود باشد. جهت بالاـچپ بر میدانِ رو به راست عمود نیست.
- گزینهٔ ۴: ممکن است دانش‌آموز فقط عمودبودن نیرو بر میدانِ افقی را در نظر بگیرد و جهت پایین را انتخاب کند. این جهت بر سرعت مایل الکترون عمود نیست، پس نمی‌تواند جهت نیروی مغناطیسی باشد.
راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)
- در بخش نیروی مغناطیسی وارد بر ذرهٔ باردارِ متحرک، دو نکته را به یاد بیاور: نیرو بر چه راستاهایی عمود است و علامت بار چه اثری بر جهت نیرو دارد؟
- چون سرعت و میدان هر دو در صفحه‌اند، نیروی مغناطیسی باید عمود بر صفحه باشد؛ بنابراین جهت‌های درون صفحه را کنار بگذار.
- ابتدا قاعدهٔ دست راست را برای یک بار مثبت اجرا کن: انگشتان را از جهت سرعت، روی زاویهٔ کوچک‌تر، به سوی میدان خم کن. برای الکترون، جهت مخالف شست را در نظر بگیر.