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균일한 자기장 B에 수직한 방향으로 속력 v로 입사한 질량 m인 전하 … | [변리사 1차] 21년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[변리사 1차] 21년 1회차
균일한 자기장 B에 수직한 방향으로 속력 v로 입사한 질량 m인 전하 +q는 반지름 r인 원운동을 한다. 전하의 운동을 설명한 것으로 옳지 않은 것은?
문제 이미지
1
전하의 가속도 크기는  이다.
2
원운동의 주기는  이다.
3
원운동의 반지름은  이다.
4
전하의 운동에너지는  이다.
5
전하가 받는 힘의 크기는 qvB이다.
해설

옳지 않은 것은 전하의 가속도 크기를 qvBr\dfrac{qvB}{r}로 적은 서술이다.

그림은 지면 안쪽으로 향하는 균일한 자기장 BB 영역에 속력 vv로 입사한 질량 mm인 전하 +q+q가 반지름 rr의 원궤도를 도는 상황이다. 전하가 받는 자기력 F=qvBF=qvB가 그대로 구심력 노릇을 한다.

qvB=mv2rqvB = \dfrac{mv^2}{r}에서 반지름은 r=mvqBr=\dfrac{mv}{qB}이고, 가속도는 a=Fm=qvBma=\dfrac{F}{m}=\dfrac{qvB}{m}이다. 즉 분모가 반지름 rr이 아니라 질량 mm이어야 한다.

나머지는 모두 옳다. 주기는 T=2πrv=2πmqBT=\dfrac{2\pi r}{v}=\dfrac{2\pi m}{qB}로 속력과 무관하고, 자기력은 항상 속도에 수직이라 일을 하지 않으므로 운동에너지는 12mv2\dfrac{1}{2}mv^2로 유지되며, 힘의 크기는 qvBqvB이다.

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