Физика /1.Теоретическая физика
К.п.н. Мищик С.А.
Государственный морской университет имени
адмирала Ф.Ф.Ушакова ,
Россия
Системные задачи движения частиц в магнитном поле
прикладной физики морского флота
Системные задачи движения частиц в магнитном поле прикладной физики
морского флота отражают целостно-системное моделирование основных элементов
транспортных объектов. При этом возникает ориентация на единство базисных
характеристик предметных и исполнительных условий относительно предмета
содержания и способа его реализации. Рассматриваются: радиус
траектории окружности, по которой движется электрон в электронно-лучевой трубке
судовой навигационной системе, период обращения и момент импульса электрона на морском флоте.
В процессе решения системных задач движения частиц в магнитном поле прикладной физики
морского флота необходимо применять основные положения теории деятельности,
системного анализа и теории формирования интеллекта.
Системный анализ предполагает
выполнение последовательности системных аналитических действий: выделить объект
анализа – задачу движения частиц в
магнитном поле прикладной
физики морского флота (ЗДЧВМППФМФ) как систему; установить порождающую среду ЗДЧВМППФМФ;
определить уровни анализа ЗДЧВМППФМФ; представить целостные свойства ЗДЧВМППФМФ
относительно пространственных, и временных характеристик и их комбинаций;
выделить структуру уровня анализа ЗДЧВМППФМФ; установить структурные элементы
уровня анализа ЗДЧВМППФМФ; определить системообразующие связи данного уровня
анализа ЗДЧВМППФМФ; представить межуровневые связи анализа ЗДЧВМППФМФ; выделить
форму организации ЗДЧВМППФМФ; установить системные свойства и поведение ЗДЧВМППФМФ.
Задача 1
В электронно-лучевой трубке судовой навигационной
системы электрон, ускоренный разностью потенциалов U=1 кВ, влетает в однородное
магнитное поле, направление которого перпендикулярно к направлению его движения.
Индукция магнитного поля В=1,19 мТл. Определить радиус
траектории R окружности, по которой
движется электрон в электронно-лучевой трубке судовой навигационной системе,
период обращения Т и момент импульса М электрона.
Ответ: R=9
см; Т=30 нс ; М=1,5·10-24 кг·м2/с .
Задача 2
В судовой электромагнитной системе электрон,
ускоренный разностью потенциалов U =300 В, движется параллельно
прямолинейному длинному индукционному проводу на расстоянии а=4
мм от него. Определить силу F, действующую на индикаторный электрон судовой
электромагнитной системы, если по индукционному проводнику следует сила тока I=5 А .
Ответ: F
= 4·10-16 H .
Задача 3
В электронно-лучевой трубке судовой навигационной
системе электрон влетает в однородное магнитное поле, направление которого
перпендикулярно к направлению его движения. Скорость электрона υ=4·107
м/с. Индукция магнитного поля В=1 мТл. Определить тангенциальное аτ
и нормальное аn ускорения электрона в магнитном поле электронно-лучевой
трубки судовой навигационной системы.
Ответ:
аτ = 0 во все время движения; an =
const=7·1015 м/с2 .
Задача 4
Для протона, движущегося в судовом электромагнитном
индикаторе по дуге окружности радиусом R = 60
см в магнитном поле с индукцией В =1
Тл, определить кинетическую
энергию W (в электрон-Вольтах)
Ответ:
W =17,3 МэВ.
Задача 5
В электронно-лучевой трубке судовой навигационной
системы пучок электронов, ускоренных разностью потенциалов U=300 В, влетает в
однородное магнитное поле, направленное от чертежа к нам. Ширина поля b=2,5 см.
В отсутствие магнитного поля пучок электронов
дает пятно в точке А флуоресцирующего экрана, расположенного на расстоянии ℓ=5
см от края полюсов магнита. При включении магнитного поля пятно
смещается в точку В. Определить смещение х=АВ пучка электронов в
электронно-лучевой трубке судовой навигационной системы, индукция магнитного
поля В=14,6
мкТл.
Ответ:
R = 4 см и x = 4,9 см.
Задача 6
В электронно-лучевой трубке судовой навигационной
системы электрон, ускоренный разностью потенциалов U=6 кВ, влетает в однородное
магнитное поле под углом α=30° к направлению поля и
движется по винтовой траекторий. Индукция магнитного поля В=13 мТл. Определить
радиус R и шаг h винтовой траектории электрона в электронно-лучевой
трубке судовой навигационной системы.
Ответ: R = 1 см и h == 11 см.
Задача 7
В судовой электромагнитной системе электрон влетает в
плоский горизонтальный конденсатор параллельно его пластинам со скоростью υ=107
м/с. Длина конденсатора ℓ =5 см. Напряженность электрического
поля конденсатора Е=10 кВ/м. При вылете из конденсатора электрон попадает в
магнитное поле судовой электромагнитной системы, перпендикулярное к электрическому
полю. Индукция магнитного поля В=10 мТл. Определить радиус R
и шаг
h винтовой траектории электрона в магнитном поле судовой
электромагнитной системы.
Ответ:
R = 5 мм; h
= 3,6 см .
Задача 8
В судовой электромагнитной системе электрон, ускоренный
разностью потенциалов U = 3 кВ, влетает в магнитное поле
соленоида под углом α =30°
к его оси. Число Ампер-витков соленоида IN=5000 А·в. Длина соленоида ℓ=25
см. Найти шаг h винтовой траектории электрона в
магнитном поле судовой электромагнитной системе.
Ответ:
h =3,94 см .
Задача 9
В судовой электромагнитной системе магнитное поле
напряженностью Н=8 кА/м и электрическое поле напряженностью Е=1
кВ/м направлены одинаково. Электрон влетает в электромагнитное поле со
скоростью υ=105 м/с. Найти нормальное аn, тангенциальное аτ и полное а
ускорения электрона в судовой электромагнитной системе. Задачу решить, если
скорость электрона направлена: а) параллельно направлению электрического поля;
б) перпендикулярно к направлению электрического поля судовой электромагнитной системы.
Ответ:
Задача 10
Протон влетает в однородное магнитное поле судовой
электромагнитной системы под углом α =30° к направлению поля и движется по винтовой линии
радиусом R = 1,5 см. Индукция магнитного поля В=0,1 Тл . Определить
кинетическую энергию W протона в однородном магнитном
поле судовой электромагнитной системы.
Ответ:
W = 433 эВ .
Литература: