При прохождении частицы через свинцовую пластину уменьшается ее скорость. А это в свою очередь, вызывает изменение радиуса окружности, по которой движется частица в магнитном поле под действием силы Лоренца. Поэтому выясним, как зависит радиус окружности, по которой движется частица, от величины ее скорости.
Для произвольной заряженной частицы, движущейся в однородном магнитном поле так, что ее вектор скорости перпендикулярен к направлению индукции магнитного поля, запишем второй закон Ньютона:
Воспользуемся формулами силы Лоренца и центростремительного ускорения:
где — угол между вектором скорости частицы и вектором магнитной индукции. т. е. радиус окружности, по которой движется заряженная частица в магнитном поле, прямо пропорционален величине ее скорости.
После пролета через пластину скорость частицы уменьшится, поэтому
уменьшится и радиус окружности, по которой она будет двигаться после этого. Анализируя приведенный в условии рисунок, видим, что частица движется вниз, а частица — вверх. Рассмотрим первую частицу. Сила Лоренца, действующая на эту частицу, сообщает ей центростремительное ускорение, направленное к центру окружности, по которой движется частица. Поэтому на первую частицу действует сила Лоренца, направленная влево. Воспользуемся правилом левой руки, чтобы выяснить знак заряда частицы:
- Левую руку располагаем так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь (линии направлены от нас).
- Отогнутый большой палец показывал направление силы Лоренца (как мы выяснили, влево).
- Если заряд положительный, то четыре пальца показывают направление его скорости, а если отрицательный, то будут направлены против скорости движения частицы. Мы выяснили, что частица движется вниз, а четыре пальца наоборот показывают вверх. Поэтому первая частица имеет отрицательный заряд.
Аналогично рассмотрим вторую частицу. Направление силы Лоренца,
действующей на нее, такое же, как и для первой частицы (по направлению совпадает с центростремительным ускорением, следовательно, влево). Частица движется вверх, куда и показывают четыре пальца. Поэтому вторая частица обладает положительным зарядом.