Proton mellom horisontale plater med elektrisk og magnetisk felt

Del 2, alle hjelpemidler

Proton mellom horisontale plater med elektrisk og magnetisk felt

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Et proton har en startfart v0=1,00⋅105 m/s i x-retning når det kommer inn midt mellom to horisontale plater. Det er et elektrisk felt med feltstyrken E=300 V/m mellom platene. Se lengdemål i figuren. Se bort fra gravitasjonsfeltet.

Proton med startfart v0 midt mellom plater med avstand 8,20 cm, treffer nederste plate etter x1

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Bestem hvor lang tid det tar før protonet treffer den nederste plata.

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Hvor langt x1 har protonet beveget seg i horisontal retning når det treffer den nederste plata?

Et nytt proton sendes inn mellom platene. Farten er like stor og har samme retning som farten til det første protonet. I tillegg til det elektriske feltet med feltstyrke E er det nå også et homogent magnetfelt med flukstetthet B i området mellom platene.

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Hvilken retning har det magnetiske feltet hvis protonet går rett fram i x-retning?

Vis at protonet går rett fram dersom B=3,00 mT.

Hvis magnetfeltet peker i samme retning som i oppgave c1 og har feltstyrke B=2,00 mT, beveger protonet seg en avstand x2 i horisontal retning før det treffer den nederste plata.

Proton som treffer nederste plate etter horisontal avstand x2

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Bestem hvor stor fart protonet treffer den nederste plata med.

Fasit

t=1,69⋅10−6 s

x1=0,169 m=16,9 cm

1) Magnetfeltet peker inn i papirplanet. 2) ev0B=4,81⋅10−17 N=eE, så kreftene opphever hverandre.

v=1,11⋅105 m/s

LøsningsforslagKI-generert

Protonet bøyes av nedover, så den elektriske kraften F→e=eE→ peker nedover, og feltet peker fra den øverste mot den nederste plata. Kraften er konstant og vertikal. Horisontalt beveger protonet seg derfor med konstant fart v0, og vertikalt har det konstant akselerasjon fra ro:

a=eEmp=1,602⋅10−19 C⋅300 V/m1,673⋅10−27 kg=2,873⋅1010 m/s2

Protonet kommer inn midt mellom platene, så det må bevege seg y=8,20 cm2=4,10 cm nedover. Fra y=12at2 får vi

t=2ya=2⋅0,0410 m2,873⋅1010 m/s2=1,69⋅10−6 s

Horisontalt er farten konstant:

x1=v0t=1,00⋅105 m/s⋅1,69⋅10−6 s=0,169 m

Den elektriske kraften peker nedover. Skal protonet gå rett fram, må summen av kreftene være null, så den magnetiske kraften F→m=ev→×B→ må peke oppover. Farten peker i x-retning (mot høyre). Med høyrehåndsregelen (fingrene langs v→, bøy mot B→, tommelen gir F→m for positiv ladning) må B→ peke inn i papirplanet for at kraften skal peke oppover.

Med B→ inn i papirplanet står v→ vinkelrett på B→, og vi regner ut begge kreftene:

Fm=ev0B=1,602⋅10−19 C⋅1,00⋅105 m/s⋅3,00⋅10−3 T=4,81⋅10−17 N
Fe=eE=1,602⋅10−19 C⋅300 V/m=4,81⋅10−17 N

Kreftene er like store og motsatt rettet, så summen av kreftene er null. Protonet har da ingen akselerasjon og fortsetter rett fram med konstant fart (Newtons 1. lov). Dette svarer til betingelsen for et fartsfilter, v0=EB=300 V/m3,00⋅10−3 T=1,00⋅105 m/s.

Med B=2,00 mT er den magnetiske kraften mindre enn den elektriske, så protonet bøyes av nedover, men mindre enn i oppgave a. Banen blir krum på en komplisert måte, fordi den magnetiske kraften endrer retning når farten endrer retning. Vi slipper å finne banen ved å bruke energibevaring:

  • Den magnetiske kraften står alltid vinkelrett på farten, så den gjør ikke noe arbeid.
  • Den elektriske kraften er konstant og vertikal, så den gjør arbeidet W=eE⋅y, der y=4,10 cm er den vertikale forflytningen, uansett hvordan banen ser ut.

Arbeid-energi-setningen gir

12mpv2=12mpv02+eEy
v=v02+2eEymp=(1,00⋅105 m/s)2+2⋅1,602⋅10−19 C⋅300 V/m⋅0,0410 m1,673⋅10−27 kg
v=1,11⋅105 m/s

Farten er den samme som protonet i oppgave a treffer plata med. Magnetfeltet endrer bare retningen på farten og hvor langt protonet kommer (x2>x1), ikke farten det treffer plata med.

Forstå oppgaven med en KI

Du får en ferdig tekst du limer inn i den KI-chatboten du bruker. Teksten inneholder oppgaven og en instruks om at chatboten skal hjelpe deg å tenke selv — stille spørsmål, gi ett hint av gangen og la deg gjøre regningen.

Anbefalt. Chatboten får beskjed om å bruke det til å veilede deg riktig vei — ikke til å røpe svaret. Du kan slå det av hvis du vil være helt sikker på at ingenting lekker.

Hva du bør vite
  • Ingenting sendes herfra. Teksten kopieres bare til utklippstavla på enheten din. Det du limer inn i en chatbot, går til den tjenesten — og de har sine egne regler for hva de lagrer.
  • Ikke lim inn personopplysninger — navn, skole eller noe annet om deg selv eller andre. Oppgaveteksten holder.
  • KI kan ta feil, også i fysikk. Sjekk alltid mot løsningsforslaget her på siden.
  • Er du usikker på om du har lov til å bruke KI på skolearbeidet ditt, spør læreren din først.
Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Fysikk 2 H2025. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Faktavedlegg · Formelvedlegg · Programmeringsvedlegg

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som ferdig
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
N
Skriv notat
Esc
Tilbake / avslutt