Test z Siła Lorentza i ruch cząstki w polu magnetycznym

Pytanie 1: Siła Lorentza działa na ładunki w ruchu w polu magnetycznym, podczas gdy siła Coulomba działa między ładunkami elektrycznymi niezależnie od ich ruchu.

A. Tak

B. Nie

Wyjaśnienie: Siła Lorentza działa na ładunki w ruchu w polu magnetycznym, a siła Coulomba działa między ładunkami elektrycznymi niezależnie od ich ruchu. To kluczowa różnica między tymi dwiema siłami, często będąca przyczyną pomyłek.

Pytanie 2: Okres obiegu cząstki naładowanej w jednorodnym polu magnetycznym zależy od jej prędkości liniowej.

A. Tak

B. Nie

Wyjaśnienie: Okres obiegu (T) cząstki naładowanej w jednorodnym polu magnetycznym nie zależy od prędkości cząstki ani od promienia jej orbity. Zależy on jedynie od masy cząstki, jej ładunku i indukcji pola magnetycznego, zgodnie ze wzorem T = 2πm / (|q| · B).

Pytanie 3: Która z poniższych cech opisuje działanie cyklotronu, wykorzystującego siłę Lorentza?

A. Cyklotron wykorzystuje wyłącznie pole magnetyczne do przyspieszania cząstek naładowanych.

B. W cyklotronie cząstki poruszają się po spiralnej trajektorii, zwiększając swoją energię kinetyczną z każdym obiegiem.

C. Dzięki niezależności okresu obiegu od promienia (dla prędkości nierelatywistycznych), pole elektryczne może być przełączane z tą samą częstotliwością w celu przyspieszania cząstek.

D. Głównym zadaniem cyklotronu jest rozdzielanie jonów o różnych masach i ładunkach.

Wyjaśnienie: Cyklotron wykorzystuje pole magnetyczne do zakrzywiania toru cząstek i pole elektryczne do ich przyspieszania, więc opcja 0 jest nieprawidłowa. Zgodnie z materiałem, cząstki poruszają się po spiralnej trajektorii, zwiększając swoją energię kinetyczną z każdym obiegiem, co potwierdza opcję 1. Ponadto, materiał stwierdza, że niezależność okresu obiegu od promienia (dla prędkości nierelatywistycznych) pozwala na przełączanie pola elektrycznego z tą samą częstotliwością, co czyni opcję 2 poprawną. Opcja 3 opisuje spektrometr masowy, a nie cyklotron, dlatego jest niepoprawna.

Pytanie 4: Zgodnie z materiałami do nauki, na jakiej zasadzie działa spektrometr masowy, wykorzystując siłę Lorentza?

A. Przyspieszanie jonów przez siłę Lorentza, co zwiększa ich energię kinetyczną.

B. Analizowanie składu chemicznego próbek poprzez pomiar częstotliwości obiegu jonów w polu magnetycznym.

C. Pomiar stosunku masy do ładunku jonów, ponieważ siła Lorentza zakrzywia ich tor, a promień zakrzywienia zależy od masy i ładunku jonu.

D. Wykrywanie jonów o różnych ładunkach na podstawie ich prędkości w polu magnetycznym.

Wyjaśnienie: Materiały do nauki jasno wskazują, że spektrometr masowy służy do pomiaru stosunku masy do ładunku jonów. Działa na zasadzie, że jony są wprowadzane do jednorodnego pola magnetycznego, gdzie siła Lorentza zakrzywia ich tor, a promień zakrzywienia zależy bezpośrednio od masy i ładunku jonu, co pozwala na ich rozdzielenie.

Pytanie 5: Zorza polarna jest zjawiskiem świetlnym, które pole magnetyczne Ziemi uniemożliwia naładowanym cząstkom dotarcie do atmosfery w okolicach biegunów.

A. Tak

B. Nie

Wyjaśnienie: Zorza polarna jest wynikiem oddziaływania naładowanych cząstek z polem magnetycznym Ziemi. Cząstki te są kierowane przez pole magnetyczne Ziemi w stronę biegunów, gdzie zderzają się z atomami i cząsteczkami atmosfery, wzbudzając je i powodując emisję światła. Pole magnetyczne Ziemi nie uniemożliwia, lecz kieruje cząstki do biegunów.