Lembar kerja ini mencakup topik SL terpilih untuk mata kuliah yang pertama kali dievaluasi pada 2025; ini bukan seluruh silabus.
Prasyarat: baca kuantitas dan satuan yang ditentukan, serta gunakan aritmatika dan kondisi model di bawah ini.
Contoh-contoh ini orisinal dan fiksi: mereka bukan pengukuran nyata atau investigasi mahasiswa sungguhan.
15.2
Gaya magnet: memutar kecepatan tanpa meningkatkan kelajuan
Apa yang akan menjelaskan observasi ini?
Partikel bermuatan melengkung dalam medan magnet seragam. Arahnya berubah meskipun gaya magnet saja tidak meningkatkan energi kinetiknya.
Bangun modelnya
Besarnya gaya magnetik adalah F = |q|vB sinθ.
Tegak lurus terhadap kecepatan dan medan magnet, dengan arah ditentukan oleh tanda muatan.
Untuk masuk tegak lurus ke dalam medan seragam, gaya ini dapat menyediakan gaya sentripetal untuk gerak melingkar.
Gaya magnetik: Gaya akibat medan magnet pada muatan bergerak atau arus listrik.
Momentum: Massa dikalikan dengan kecepatan dalam model klasik.
Gaya magnet selalu tegak lurus terhadap v, sehingga membengkokkan lintasan menjadi lingkaran: r = mv/(qB)
Pilih bukti yang dapat mengujinya
Samakan gaya magnetik dengan mv²/r untuk mendapatkan r = mv/(|q|B) untuk gerak tegak lurus.
Medan yang lebih kuat menghasilkan jari-jari yang lebih kecil pada momentum tetap.
Masuk sejajar menghasilkan nol gaya magnetik dalam model ini.
Di laboratorium: Gambar vektor kecepatan, medan, dan gaya sebagai anak panah terpisah menggunakan konvensi masuk/keluar halaman yang ditentukan. Gunakan data berkas yang disediakan atau simulasi. Jangan anggap arah kawat berarus identik dengan arah gerak elektron.
Bekerja dari kuantitas yang diketahui
Diketahui: partikel memiliki m = 2.0×10⁻²⁷ kg, v = 3.0×10⁶ m/s, |q| = 1.0×10⁻¹⁹ C dan B = 0.20 T. r = mv/(|q|B) = 0.30 m.
Perhitungan ini mengasumsikan gerak non-relativistik dan masuk tegak lurus.
Giliran Anda: Gunakan r = mv/(|q|B). Untuk m=2×10⁻²⁷ kg, v=2×10⁶ m/s, |q|=1×10⁻¹⁹ C dan B=0.20 T, tentukan r.
Periksa kesimpulan dan batasannya
Gaya magnetik dapat mengubah arah momentum tanpa melakukan usaha.
Menambahkan medan listrik dapat mengubah energi, sehingga kesimpulan tentang medan magnet saja tidak mencakup semua perangkat dengan gabungan medan.
Tidak benar: Gaya magnetik saja terus-menerus meningkatkan energi kinetik partikel bermuatan. Gaya yang tegak lurus terhadap kecepatan tidak melakukan usaha (usaha = gaya × jarak SEJAJAR dengan gaya), sehingga medan magnet saja tidak dapat mengubah energi kinetik partikel—hanya arahnya. Peningkatan kecepatan memerlukan komponen medan sepanjang gerak, yang hanya disediakan oleh medan listrik.
Kunci:
Besarnya gaya magnetik adalah F = |q|vB sinθ.
Samakan gaya magnetik dengan mv²/r untuk mendapatkan r = mv/(|q|B) untuk gerak tegak lurus.
Perhatikan: Gaya magnetik dapat mengubah arah momentum tanpa melakukan usaha.
Tulis dari jari-jari orbit 0.50 m
Gunakan r = mv dibagi dengan hasil kali besar muatan dan medan magnet.
Ambil massa m = 2 kali 10 pangkat 27 kg, kecepatan v = 2 kali 10 pangkat 6 meter per detik, muatan magnitude 1 kali 10 pangkat 19 coulomb, dan B = 0.08 T. Gaya magnetik yang tegak lurus terhadap kecepatan tidak melakukan usaha.
Tulis dari jari-jari dua kali lipat
Partikel yang sama memasuki medan yang sama dengan setengah kekuatannya.
r = mv ÷ (qB), sehingga mengurangi B SETENGAHNYA MENGGANDAKAN jari-jari — spiral melebar saat medan melemah.
Tulis dari periode yang tidak bergantung pada kecepatan
Partikel cepat dan lambat dengan massa yang sama berorbit dalam medan yang sama.
T = 2πm ÷ (qB) tidak memuat v: yang lebih cepat menempuh lingkaran lebih besar dalam WAKTU YANG SAMA.
Jelajahi
Turn the velocity without increasing speed
The lesson’s particle has a 0.30 m radius in a 0.20 T field. Reverse charge or field direction, and compare field strength, curvature and constant kinetic energy on a fixed spatial scale.
