5. Магнитное поле действует с силой F на частицу, движущуюся со скоростью в. Определите знак заряда частицы.

Решение:

Сила, действующая на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, называется силой Лоренца. Ее направление определяется правилом левой руки.

Правило левой руки:

Если левую руку расположить так, чтобы:

• большой палец указывал направление силы (F);
• четыре вытянутых пальца указывали направление скорости частицы (v);
• линии магнитного поля (B) входили в ладонь (перпендикулярно плоскости, образованной вектором скорости и вектором силы).

То:

• Если частица положительно заряжена, то сила Лоренца направлена так, как указано большим пальцем.
• Если частица отрицательно заряжена, то сила Лоренца направлена в противоположную сторону от большого пальца.

На рисунке к задаче (при отсутствии явного изображения) мы видим:

• В - вектор индукции магнитного поля. Он входит в плоскость рисунка (обозначено крестиком 'x').
• v - вектор скорости частицы. Он направлен вправо.
• F - вектор силы. Он направлен вниз.

Применим правило левой руки:

1. Располагаем ладонь так, чтобы линии магнитного поля (B, входящие в плоскость) входили в нее.
2. Четыре пальца располагаем по направлению скорости (v, вправо).
3. Большой палец, отведенный на 90°, будет указывать направление силы.

Если мы сделаем это, то наш большой палец будет указывать вверх.

Однако, на рисунке вектор силы F направлен вниз.

Это означает, что частица имеет отрицательный заряд, так как сила действует в направлении, противоположном тому, которое указал бы большой палец при положительном заряде.

Вывод:

Так как направление силы Лоренца (F, вниз), полученное с помощью правила левой руки (с учетом вхождения B в плоскость и направления v вправо), противоположно направлению, которое получилось бы для положительного заряда (вверх), то заряд частицы является отрицательным.

Ответ: Частица имеет отрицательный заряд.