Électricité et magnétisme · AP Physique C (magnétisme)
Simulateur de force de Lorentz et de trajectoire de particule chargée
Simuler la déflexion magnétique de Lorentz : Règle de la main gauche, théorème de travail zéro, rayon d'orbite circulaire r = mv/qB, période indépendante de la vitesse T = 2πm/qB, et séparation isotopique du spectromètre de masse.
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- Dérivés vivants
- Mode projecteur
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Étape de simulation 3D● 60 FPS
Contrôles des paramètres
×10⁶ m/s
T
Dérivations et métriques en direct
Orbite Rayon r
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Période Cyclotron T
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La grandeur de la force de Lorentz
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Sens de la défense
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Calcul de la formule en temps réel
Formule de calcul:
--Substitution:
--Régime : --
Exemples travaillés et question d'examen Plongée profonde
Problème travaillé
Problème : Le proton (m=1,67*10^-27kg, q=1,6*10^-19C) entre B=0,1T à v=10^6 m/s. Trouvez le rayon et la période de l'orbite.
Dérivation étape par étape :
- r = mv/(qB) = 10.4cmPériode T = 2πm/(qB) = 0.656 μPar.
Problème travaillé
Problème : Pourquoi la force de Lorentz ne travaille-t-elle pas sur le déplacement des charges ? Peut-il changer la vitesse des particules ?
Dérivation étape par étape :
- La force f = q(v x B) est toujours strictement perpendiculaire à la vitesse (cos 90° = 0), effectuant un travail nul. Il modifie la direction de la vitesse, pas la vitesse.
Feuille de travail et problèmes de pratique
Q1. Variante 1: Lors de l'application de la règle de gauche pour les charges négatives (électrons), quelle direction doit pointer les 4 doigts?
Clé de réponse : Vitesse en face à l'électron (longeant la direction conventionnelle du courant). Le pouce pointe ensuite vers le vecteur de force véritable.
Q2. Variante 2: Qu'est-ce qui dicte l'énergie cinétique maximale dans un cyclotron? Augmenter la tension d'accélération U ou Dees rayon R?
Clé de réponse : Et alors ?max = q²B²R²/(2m). L'énergie maximale dépend strictement du rayon de B et de Dee R, indépendamment de la tension d'accélération U.
Q3. Variante 3: Quelles sont les deux étapes d'un spectromètre de masse? Comment résout-il les isotopes chimiques ?
Clé de réponse : Sélecteur de vitesse (v = E/B) + chambre magnétique de déviation. Rayon de trace des isotopes à vitesse égale r = mv/(qB) proportionnel à la masse atomique m.
Foire aux questions et idées fausses
Comment se rappeler quand utiliser la règle Main gauche contre Main droite dans l'électromagnétisme?
Règle du pouce : "Force = Main gauche, Production d'électricité = Main droite". Utilisez la main gauche pour les forces (Ampere, Lorentz); la main droite pour les courants induits.
Si une particule chargée se déplace parallèlement aux lignes de champ magnétique, est-ce qu'elle subit une force de Lorentz ?
Force zéro! f = qvB*sin(0°) = 0. La particule continue dans une ligne droite non perturbée à vitesse constante.
Quelle est la trajectoire spatiale si une charge entre dans un champ magnétique sous un angle oblique θ?
Une orbite d'hélice hélicoïdale ! La composante de vitesse parallèle conduit à une traduction uniforme tandis que la composante perpendiculaire trace les orbites circulaires.
Comment le champ géomagnétique protège-t-il la Terre du vent solaire ? Comment les aurores sont-elles formées ?
La magnétosphère détourne les particules cosmiques solaires létales via les forces de Lorentz, les canalisant vers les lignes polaires pour exciter les atomes atmosphériques en auroras éclatantes.