Vật lí 11 BÀI 22. LỰC LO-REN-XƠ

[Elishuchi]

[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
Chắc suất Đại học top - Giữ chỗ ngay!!

ĐĂNG BÀI NGAY để cùng trao đổi với các thành viên siêu nhiệt tình & dễ thương trên diễn đàn.

LỚP 11​

BÀI 22. LỰC LO-REN-XƠ​

I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM​

1. Lực Lo-ren-xơ​

Mọi hạt điện tích chuyển động trong từ trường đều chịu tác dụng của lực từ, lực này được gọi là lực Lo-ren-xơ (Lorentz). Các đặc điểm của lực Lo-ren-xơ:

+ Điểm đặt: điện tích [imath]q.[/imath]
+ Phương: vuông góc với mặt phẳng tạo bởi các đường cảm ứng từ và hướng chuyển động [imath]\overrightarrow{f}\perp (\overrightarrow{B},\overrightarrow{v})[/imath]
+ Chiều: Xác định theo quy tắc bàn tay trái.
Quy tắc bàn tay trái: "Đặt bàn tay trái mở rộng sao cho các đường sức từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay là chiều của vectơ vận tốc. Khi đó ngón tay cái choãi ra chỉ chiều lực Lo-ren-xơ tác dụng lên hạt mang điện dương và chỉ chiều ngược lại nếu hạt mang điện âm"



+ Độ lớn: [imath]f=|q|.v.B.\sin⁡\alpha[/imath] với [imath]\alpha=(\overrightarrow{B},\overrightarrow{v})[/imath]

2. Chuyển động của hạt điện tích trong từ trường đều​

Hạt điện tích q0, khối lượng m bay vào một từ trường đều [imath]\overrightarrow{B}[/imath] với vận tốc ban đầu vuông góc với từ trường, có quỹ đạo là một đường tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với từ trường với bán kính:
[imath]R=\dfrac{mv}{|q_0|B}[/imath]

II. GIẢI CÂU HỎI SÁCH GIÁO KHOA​

Câu C1 :​

Khi nào lực Lo-ren-xơ bằng [imath]\overrightarrow{0}[/imath]?

Trả lời:
Ta có [imath]f=|q|.v.B.\sin⁡\alpha[/imath]
[imath]f = 0[/imath] khi [imath]\alpha= 0^o[/imath] hoặc [imath]180^o[/imath] tức hạt mang điện chuyển động dọc theo đường sức của từ trường.

Câu C2 :​ Xác định lực Lo-ren-xơ trên hình [imath]22.4.[/imath]

Trả lời:

Hướng của lực Lo-ren-xơ được xác định theo quy tắc bàn tay trái và được biểu diễn như hình sau:

Câu C3 :​ Hình [imath]22.6[/imath] là quỹ đạo tròn của một êlectron trong một mặt phẳng vuông góc với từ trường đều [imath]\overrightarrow{B}[/imath]. Xác định chiều của [imath]\overrightarrow{B}[/imath].

Trả lời:

Êlectron chuyển động trong từ trường theo quỹ đạo tròn chứng tỏ lực hướng tâm chính là lực Lo-ren-xơ tác dụng lên êlectron. Áp dụng quy tắc bàn tay trái: [imath]+[/imath] Chiều từ cổ tay đến ngón giữa ngược chiều với [imath]v[/imath] vì [imath]q < 0.[/imath] [imath]+[/imath] Ngón cái choãi ra [imath]90^o[/imath] là chiều của lực Lo-ren-xơ (hướng vào tâm của quỹ đạo). [imath]+[/imath] Lúc này lòng bàn tay xòe ra hứng đường sức từ.

Câu C4 :​

Từ công thức [imath]R=\dfrac{mv}{|q_0|B}[/imath], hãy tính chu kì của chuyển động tròn đều của hạt. Chứng tỏ chu kì đó không phụ thuộc vận tốc hạt (trong khi bán kính quỹ đạo tỉ lệ với vận tốc hạt).

Trả lời:
Chu kì chuyển động là thời gian hạt chuyển động hết một vòng tròn.
Vậy chu kì chuyển động tròn đều của hạt mang điện tr ong từ trường là:
[imath]T=\dfrac{2\pi.R}{v}=\dfrac{2\pi }{v}⋅\dfrac {m.v}{|q_0|.B}=\dfrac{2\pi.m}{|q_0|.B}[/imath]
Vậy chu kì không phụ thuộc vào vận tốc của hạt.

Chúc các bạn học tốt!
Xem thêm tại
BÀI 21. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG CÁC DÂY DẪN CÓ HÌNH DẠNG ĐẶC BIỆT
Bài 20: LỰC TỪ - CẢM ỨNG TỪ
Bài 19: TỪ TRƯỜNG

 

[Elishuchi]

III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA​

Bài 1 :​

Lực Lo-ren-xơ là gì? Viết công thức của lực Lo-ren-xơ

Lời giải:
Lực Lo-ren-xơ là lực từ tác dụng lên hạt điện tích q chuyển động trong từ trường.
Các đặc điểm của lực Lo-ren-xơ:
[imath]+[/imath] Điểm đặt: điện tích [imath]q.[/imath]
[imath]+[/imath] Phương: vuông góc với mặt phẳng tạo bởi các đường cảm ứng từ và hướng chuyển động [imath]\overrightarrow{f}\perp (\overrightarrow{B},\overrightarrow{v})[/imath]
+ Chiều: Xác định theo quy tắc bàn tay trái.
+ Độ lớn: [imath]f=|q|.v.B.\sin⁡\alpha[/imath] với [imath]\alpha=(\overrightarrow{B},\overrightarrow{v})[/imath]

Bài 2 :​

Phát biểu quy tắc bàn tay trái cho lực Lo-ren-xơ.

Lời giải:
Quy tắc bàn tay trái cho lực Lo-ren-xơ: "Đặt bàn tay trái mở rộng sao cho các đường sức từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay là chiều của vectơ vận tốc. Khi đó ngón tay cái choãi ra chỉ chiều lực Lo-ren-xơ tác dụng lên hạt mang điện dương và chỉ chiều ngược lại nếu hạt mang điện âm"

Bài 3 :​

Phát biểu nào dưới đây là sai?

Lực Lo-ren-xơ
[imath]A[/imath]. vuông góc với từ trường.
[imath]B[/imath]. vuông góc với vận tốc.
[imath]C[/imath]. không phụ thuộc vào hướng của từ trường.
[imath]D[/imath]. phụ thuộc vào dấu của điện tích.

Lời giải: Chọn [imath]C[/imath].
Theo quy tắc bàn tay trái thì lực Lo-ren-xơ vừa phụ thuộc vào dấu của điện tích, vừa phụ thuộc vào hướng của từ trường.

Bài 4 :​

Phát biểu nào dưới đây là đúng?
Hạt êlectron bay vào trong một từ trường đều theo hướng của từ trường [imath]\overrightarrow{B}[/imath] thì

[imath]A[/imath]. hướng chuyển động thay đổi.
[imath]B[/imath]. độ lớn của vận tốc thay đổi.
[imath]C[/imath]. động năng thay đổi.
[imath]D[/imath]. chuyển động không thay đổi.

Lời giải: Chọn D.

Hạt êlectron bay vào trong một từ trường đều theo hướng của từ trường [imath]\overrightarrow{B}[/imath] nên [imath]\alpha=(\overrightarrow{B},\overrightarrow{v})=0^o.[/imath]
[imath]\Rightarrow f_L=|q|.v.B.\sin⁡0^o=0[/imath]
[imath]\to[/imath] Hạt êlectron không chịu tác dụng của lực Lo-ren-xơ nên chuyển động không thay đổi.

Bài 5 :​

Một ion bay theo quỹ đạo tròn bán kính R trong một mặt phẳng vuông góc với các đường sức của một từ trường đều. Khi độ lớn của vận tốc tăng gấp đôi thì bán kính quỹ đạo là bao nhiêu.

[imath]A. \dfrac R 2⋅[/imath]
[imath]B. R.[/imath]
[imath]C. 2R.[/imath]
[imath]D. 4R.[/imath]

Lời giải: Chọn [imath]C.[/imath]

Ion bay theo quỹ đạo tròn bán kính R trong một mặt phẳng vuông góc với các đường sức của một từ trường đều, bán kính quỹ đạo tròn của ion được xác định bởi công thức:
[imath]R=\dfrac{mv}{|q_0|B}\to R∼v[/imath]
[imath]\to[/imath] Khi độ lớn của vận tốc tăng gấp đôi thì bán kính quỹ đạo tăng lên gấp đôi.

Bài 6 :​

So sánh lực điện và lực Lo-ren-xơ cùng tác dụng nên một điện tích.

Lời giải:
So sánh lực điện và lực Lo-ren-xơ cùng tác dụng lên một điện tích [imath]q[/imath]

Lực điện	Lực Lo-ren-xơ
Tác dụng lên điện tích đứng yên	Chỉ tác dụng lên điện tích chuyển động trong từ trường
Phụ thuộc vào bản chất hạt (dương hay âm)	Phụ thuộc vào bản chất hạt (dương hay âm)
Không phụ thuộc vào chiều chuyển động của hạt	Phụ thuộc vào chiều chuyển động của hạt
Cùng phương với điện trường	Luôn vuông góc với từ trường
Cùng chiều điện trường khi [imath]q > 0[/imath] Ngược chiều điện trường khi [imath]q < 0[/imath]	Chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái
Độ lớn: [imath]F = |q|E[/imath]	Độ lớn: [imath]f=|q|.v.B.\sin⁡\alpha[/imath]

Bài 7 :​

Hạt proton chuyển động theo quỹ đạo tròn bán kính [imath]5 m[/imath] dưới tác dụng của một từ trường đều [imath]B = 10^{-2} T[/imath]. Xác định:
a) tốc độ proton.
b) chu kì chuyển động của proton.
Cho [imath]m_p = 1,672.10^{-27} kg.[/imath]

Lời giải:
a) Ta có công thức tính bán kính quỹ đạo của hạt mang điện chuyển động trong từ trường là:
[imath]R=\dfrac{mv}{|q_0|B}\Rightarrow v=\dfrac{R.|q0|B}{m}=\dfrac{5.1,6.10^{−19}.10^{−2}}{1,672.10^{−27}}≃4,78.10^6m/s.[/imath]
b) Chu kì chuyển động của proton là:
[imath]T=\dfrac{2\pi .R}{v}=\dfrac{2\pi.5}{4,78.10^6}=6,57.10^{−6}s.[/imath]

Bài 8 :​

Trong một từ trường đều có [imath]\overrightarrow{B}[/imath] thẳng đứng, cho một dòng các ion bắt đầu đi vào từ điểm [imath]A[/imath] và đi ra tại [imath]C[/imath] sao cho [imath]AC[/imath] là [imath]\dfrac 1 2[/imath] đường tròn trong mặt phẳng ngang. Các ion có cùng điện tích, cùng vận tốc đầu. Cho biết khoảng cách [imath]AC[/imath] đối với ion [imath]C_2H_5O^+[/imath] là [imath]22,5 cm[/imath]. Xác định khoảng cách [imath]AC[/imath] đối với các ion [imath]C_2H_5OH^+, C_2H_5^+, OH^+, CH_2OH^+, CH_3^+, CH_2^+.[/imath]

Lời giải:
Vì các ion có cùng điện tích nên lực Lo-ren-xơ tác dụng lên chúng là giống nhau: [imath]f=|q|.v.B.\sin⁡\alpha[/imath]
Trong từ trường đều [imath]\overrightarrow{B}[/imath], đối với ion [imath]C_2H_5O^+ (m_1 = 45 đvC)[/imath] chuyển động tròn với bán kính [imath]R_1[/imath], ta có:
[imath]AC_1=2R_1=\dfrac{2m_1.V}{|q_0|.B}=22,5cm.[/imath]
Đối với ion [imath]X[/imath] có khối lượng là [imath]m[/imath] thì [imath]AC=2R=\dfrac{2m.V}{|q_0|.B}=\dfrac{m}{m_1}⋅\dfrac{2m_1.V}{|q_0|.B}=\dfrac{m}{45}⋅22,5=\dfrac m 2⋅[/imath]

Ion	[imath]C_2H_5O^+[/imath]	[imath]C_2H_5OH^+[/imath]	[imath]C_2H_5^+[/imath]	[imath]OH^+[/imath]	[imath]CH_2OH^+[/imath]	[imath]CH_3^+[/imath]	[imath]CH_2^+[/imath]
[imath]m (đvc)[/imath]	[imath]45[/imath]	[imath]46[/imath]	[imath]29[/imath]	[imath]17[/imath]	[imath]31[/imath]	[imath]15[/imath]	[imath]14[/imath]
[imath]AC=\dfrac m 2(cm)[/imath]	[imath]22,5[/imath]	[imath]23[/imath]	[imath]14,5[/imath]	[imath]8,5[/imath]	[imath]15,5[/imath]	[imath]7,5[/imath]	[imath]7[/imath]

Chúc các bạn học tốt!
Xem thêm tại
BÀI 21. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG CÁC DÂY DẪN CÓ HÌNH DẠNG ĐẶC BIỆT
Bài 20: LỰC TỪ - CẢM ỨNG TỪ
Bài 19: TỪ TRƯỜNG

 

[Elishuchi]

Bài 22.1: Câu nào dưới đây nói về lực Lo-ren-xơ là đúng ?
[imath]A[/imath]. Là lực tác dụng của từ trường lên dòng điện.
[imath]B[/imath]. Là lực tác dụng của từ trường lên hạt điện tích đứng yên.
[imath]C[/imath]. Là lực tác dụng của từ trường lên vòng dây dẫn có dòng điện chạy qua.
[imath]D[/imath]. Là lực tác dụng của từ trường lên hạt điện tích chuyển động.

Lời giải:Đáp án [imath]D[/imath]
Lực Lorenxo là lực tác dụng của từ trường lên hạt điện tích chuyển động.

Bài 22.2: Câu nào dưới đây nói về chuyển động của hạt điện tích trong từ trường đều dưới tác dụng của lực Lo-ren-xơ là không đúng ?
[imath]A[/imath]. Là chuyển động đều, có độ lớn của vận tốc không đổi.
[imath]B[/imath]. Là chuyển động phẳng trong mặt phẳng vuông góc với từ trường.
[imath]C[/imath]. Là chuyển động có quỹ đạo parabol nằm vuông góc với từ trường.
[imath]D[/imath]. Là chuyển động có quỹ đạo tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với từ trường với điều kiện vận tốc ban đầu vuông góc với các đường sức từ.

Lời giải:Đáp án [imath]C[/imath]
Chuyển động của hạt điện tích trong từ trường đều dưới tác dụng của lực Lo-ren-xơ là chuyển động có quỹ đạo tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với từ trường với điều kiện vận tốc ban đầu vuông góc với các đường sức từ
[imath]\to C[/imath] sai

Bài 22.3:

Hình nào trong Hình [imath]22.1[/imath] kí hiệu đúng với hướng của từ trường đều tác dụng lực Lo-ren-xơ lên hạt điện tích [imath]q[/imath] chuyển động với vận tốc trên quỹ đạo tròn trong mặt phẳng vuông góc với đường sức từ ?

Lời giải:Đáp án [imath]C[/imath]
Sử dụng quy tắc bàn tay trái ta xác định được hình có kí hiệu không đúng là hình [imath]C.[/imath]

III. GIẢI BÀI TẬP SBT​

Bài 22.4: Hạt prôtôn chuyển động với vận tốc [imath]7,2.10^4 m/s[/imath] bay vào trong từ trường đều có cảm ứng từ [imath]1,5.10^{-2} T[/imath] theo phương vuông góc với các đường sức từ. Prôtôn có điện tích [imath]+1,6.10^{-19}C[/imath] và khối lượng [imath]1,672.10^{-27}kg[/imath]. Bỏ qua tác dụng của trọng lực lên prôtôn. Bán kính quỹ đạo tròn của hạt prôtôn trong từ trường này là

[imath]A. 5,0 cm.[/imath]
[imath]B. 0,50 cm.[/imath]
[imath]C. 6,0 cm.[/imath]
[imath]D. 8,5 cm.[/imath]

Lời giải:Đáp án [imath]A[/imath]
Ta có: [imath]R=\dfrac{mv}{|q|B}[/imath]
[imath]\to[/imath] Bán kính quỹ đạo tròn của hạt proton chuyển động trong từ trường đều:
[imath]R=\dfrac{1,672.10^{−27}.7,2.10^4}{1,7.10^{−19}.1,5.10^{−2}}≈5cm[/imath]

Bài 22.10: Một điện tích [imath]q = 1,0.10^{-6} C[/imath] chuyển động với vận tốc [imath]500 m/s[/imath] gần một dây dẫn thẳng dài vô hạn. Trong dây dẫn có dòng điện cường độ [imath]2,0 A[/imath]. Xác định hướng và độ lớn của lực từ tác dụng lên điện tích này nằm cách dây dẫn này một khoảng [imath]100 mm[/imath] và vectơ vận tốc của nó song song và cùng chiều với dòng điện.

Lời giải:

Cảm ứng từ tính theo công thức : [imath]B = 2.10^{-7}\dfrac I r.[/imath] Giả sử dòng điện tại I như hình vẽ.Theo quy tắc nắm tay phải xác định được chiều [imath]\overrightarrow{B}[/imath].Sử dụng quy tắc bàn tay trái tìm được chiều của lực lorenxơ như hình Độ lớn của lực lorenxơ là [imath]f_l = qvB = qv.2.10^{-7}\dfrac I r=2.10^9N[/imath]

Chúc các bạn học tốt!
Xem thêm tại
BÀI 21. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG CÁC DÂY DẪN CÓ HÌNH DẠNG ĐẶC BIỆT
Bài 20: LỰC TỪ - CẢM ỨNG TỪ
Bài 19: TỪ TRƯỜNG