Trong công thức tính lực Lorenxơ hay chi ra câu sai trong những nhận xét sau
|
I. Lực Lo-Ren-Xơ 1. Định nghĩa lực Lo-Ren-Xơ Ta biết rằng dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các êlectron. Khi dây dẫn có dòng điện được đặt trong một từ trường, người ta giải thích lực từ tác dụng lên dây dẫn chính là tổng hợp các lực do từ trường tác dụng lên các êlectron chuyển động tạo thành dòng điện. Một cách tổng quát: Mọi hạt điện tích chuyển động trong một từ trường, đều chịu tác dụng của lực từ. Lực từ này được gọi là lực Lo-ren-xơ (Lorentz). Có thể làm những thí nghiệm chứng minh hiện tượng này. 2. Xác định lực Lo-ren-xơ Ta biết lực từ \(\overrightarrow{F}\) tác dụng lên phần tử dòng điện I\(\overrightarrow{l}\) = I\(\widehat{M_{1}M_{2}}\) có phương vuông góc với \(\overrightarrow{l}\) và \(\overrightarrow{B}\), có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái và có độ lớn được xác định bởi công thức: F = IlBsinα Ở đây, ta giả thiết từ trường \(\overrightarrow{B}\) là đều. Lực từ \(\overrightarrow{F}\) là tổng hợp các lực Lo-ren-xơ tác dụng lên các hạt điện tích q0 chuyển động cùng cới vận tốc \(\overrightarrow{v}\) tạo thành dòng điện theo chiều \(\overrightarrow{v}\). Như vậy, lực tổng hợp phân chia đều cho các hạt điện tích. Nếu N là tổng số hạt điện tích trong phần tử dòng điện thì lực Lo-ren-xơ tác dụng lên mỗi hạt điện tích cho bởi: \(f=\frac{F}{N}=\frac{Il}{N}Bsin\alpha\) (22.1) α là góc tạo bởi \(\overrightarrow{B}\) và \(\overrightarrow{l}\) = \(\overline{M_{1}M_{2}}\). Giả sử no là mật độ hạt điện tích trong dây dẫn, S là tiết diện dây dẫn thì: N = no x thể tích dây dẫn = no x Sl I = qo(Svno) Và \(\frac{Il}{N}=\frac{q_{o}Svn_{o}l}{n_{o}Sl}=q_{o}v\) Vậy (22.1) cho ta công thức xác định lực Lo-ren-xơ: F = qovBsinα) (22.2) So sánh về hướng, ta nhận thấy \(\overrightarrow{l}\) và \(\overrightarrow{v}\) cùng hướng khi qo > 0 và ngược hướng khi qo < 0. Vậy có thể kết luận: Lực Lo-ren-xơ do từ trường có cảm ứng từ \(\overrightarrow{B}\) tác dụng lên một hạt điện tích qo chuyển động với vận tốc \(\overrightarrow{v}\): a) Có phương góc với \(\overrightarrow{v}\) và \(\overrightarrow{B}\); b) Có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái: Để bàn tay mở rộng sao cho từ trường hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa là chiều của \(\overrightarrow{v}\) khi qo > 0 và ngược chiều \(\overrightarrow{v}\) khi qo < 0. Lúc đó, chiều của lực Lo-ren-xơ là chiều ngón cái choãi ra. c) Có độ lớn f = |qo|vBsinα trong đó α là góc tạo bởi \(\overrightarrow{v}\) và \(\overrightarrow{B}\). II. Chuyển động của hạt điện tích trong từ trường đều 1. Chú ý quan trọng Giả sử một hạt điện tích qo khối lượng m chuyển động dưới tác dụng duy nhất của lực Lo-ren-xơ. Khi đó, lực tác dụng \(\overrightarrow{f}\)luôn luôn vuông góc với vận tốc \(\overrightarrow{v}\), do đó công suất tức thời của lực tác dụng: P = \(\overrightarrow{f}.\overrightarrow{v}\)luôn bằng 0. Vậy động năng của hạt (theo định lý biến thiên động năng) được bảo toàn, nghĩa là độ lớn vận tốc của hạt không đổi, chuyển động của hạt là chuyển động đều. 2. Chuyển động của hạt điện tích trong từ trường đều Bây giờ ta hãy khảo sát chuyển động của một hạt điện tích qo khối lượng m trong một từ trường đều \(\overrightarrow{F}\)với giả thiết là vận tốc của hạt vuông góc với từ trường. Giả thiết hạt chịu tác dụng duy nhất của từ trường, phương trình chuyển động của hạt được viết: \(m\overrightarrow{a}=\overrightarrow{f}\) (22.4) Với \(\overrightarrow{f}\) được xác định theo hình 22.3. Kết quả cho thấy tọa độ của vận tốc \(\overrightarrow{v}\)theo phương z không thay đổi. Vì lúc đầu (t = 0): vz = 0 (vận tốc đầu vuông góc với \(\overrightarrow{B}\)) nên ta luôn có vz = 0, nghĩa là vectơ vận tốc \(\overrightarrow{v}\) luôn nằm trong mặt phẳng Oxy: Chuyển động của hạt điện tích là chuyển động phẳng trong mặt phẳng vuông góc với từ trường. Trong mặt phẳng đó, lực Lo-ren-xơ luôn vuông góc với vận tốc \(\overrightarrow{v}\), nghĩa là đóng vai trò lực hướng tâm: \(f=\frac{mv^{2}}{R}\) = |qo|vB (22.5) với R là bán kính cong của quỹ đạo. Vì độ lớn của vận tốc không đổi nên bán kính cong R của quỹ đạo không đổi, nói các khác quỹ đạo là một đường tròn. Kết luân: Quỹ đạo của một hạt điện tích trong từ trường đều, với điều kiện vận tốc ban đầu vuông góc với từ trường, là một đường tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với từ trường, có bán kính (cho bởi công thức (22.5)): \(R=\frac{mv}{|q_{o}|B}\) (22.6) trong đó, m là khối lượng của điện tích chuyển động. Video mô phỏng về lực Lo-ren-xơ và chuyển động của các hạt điện tích trong từ trường Sơ đồ tư duy về Lực Lo-ren-xơ  Công thức lực lorenxo chuẩn xác nhất và bài tập ứng dụng lực lorenxo Câu hỏi: Công thức lực lorenxo chuẩn xác Lời giải: Công thức lực lorenxo là:F=q(E+v×B) Cùng Top lời giải tìm hiểu chi tiết vềcông thức lực lorenxo chuẩn xác nhất và bài tập ứng dụng lực lorenxo nhé! I. Lý thuyết?1. Định nghĩa -Trongvật lý họcvàđiện từ học,lực Lorenxơ là lực tổng hợp củalựcđiện và lực từ tác dụng lên mộtđiện tích điểmnằm trongtrường điện từ. -Đơn vị của lực Lorenxơ: N - Newton 2. Công thức -Định luật phát biểu rằng nếu hạt cóđiện tíchq(C) chuyển động vớivận tốcv(m/s) trongđiện trườngE(V/m) vàtừ trườngB(G) thì nó sẽ chịu lực tác dụng lên nó. Định luật 3 Newton phát biểu về lực và phản lực, do vậy mặc dù phản lực của từ trường là nhỏ nhưng nó phải được tính đến. Lực Lorentz bằng: F=q(E+v×B) -Các công thức phát sinh từ công thức cơ bản này miêu tả lực từ tác dụng lên dây dẫn có dòng điện chạy qua (đôi khi gọi làlực Laplace), phương của lực Lorenxơ là lực điện từtrong một vòng dây di chuyển qua từ trường (một khía cạnh củađịnh luật cảm ứng điện từ Faraday), và lực tác dụng lên điện tích điểm chuyển động với vận tốc gần bằngtốc độ ánh sáng(dạngtương đối tínhcủa lực Lorentz). -Oliver Heavisidelà người đầu tiên suy luận ra công thức cho lực Lorentz vào năm 1889,mặc dù một số nhà lịch sử cho rằngJames Clerk Maxwellđã đưa ra nó trong một bài báo năm 1865.[2]Định luật được đặt theo tên củaHendrik Lorentz, người tìm ra công thức sau Heaviside một vài năm và ông đã nghiên cứu và giải thích chi tiết ý nghĩa của lực này. 3. Lực từ động -Thành phần gây ra bởitừ trườngcủa lực này, còn gọi làlực từhay đôi khi làlực Lorentz, có phương luônvuông gócvới phương chuyển động của hạt mang điện và làm thay đổi quỹ đạo chuyển động của hạt mang điện. Nếu hạt mang điện chuyển động theo phương vuông góc vớiđường cảm ứng từthì hạt sẽ chuyển động theo quỹ đạo tròn, nếu hạt chuyển động theo phương không vuông góc với đường cảm ứng từ thì quỹ đạo của nó sẽ là hình xoắn ốc. -Lực tác động của từ trường lên dòng điện có nguyên nhân là thành phần này của lực Lorentz. -Lực từ giữa các cực củanam châm, cũng là tổng hợp lực gây ra bởi từ trường của nam châm này lên cácelectronchuyển động quanhnguyên tửở nam châm kia, về bản chất cũng là thành phần này của lực Lorenxơ: F=q(E+v×B) II. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOACâu C1 (trang 136 SGK Vật Lí 11): -Khi nào lực Lo-ren-xơ bằng0⃗ -Trả lời: -Ta có -f = 0 khi α = 0 hoặc 180° tức hạt mang điện chuyển động dọc theo đường sức của từ trường. Trả lời: -Hướng của lực Lo-ren-xơ được xác định theo quy tắc bàn tay trái và được biểu diễn như hình sau: 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: + Chiều từ cổ tay đến ngón giữa ngược chiều với v vì q < 0. + Ngón cái choãi ra 90° là chiều của lực Lo-ren-xơ (hướng vào tâm của quỹ đạo). + Lúc này lòng bàn tay xòe ra hứng đường sức từ. Câu C4 (trang 137 SGK Vật Lí 11): -Từ công thứcR= mv|q0|B, 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: -Vậy chu kì không phụ thuộc vào vận tốc của hạt. Bài 2 (trang 138 SGK Vật Lí 11): 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 (trang 138 SGK Vật Lí 11): Phát biểu nào dưới đây làsai? Lực Lo-ren-xơ A.vuông góc với từ trường. B.vuông góc với vận tốc. C.không phụ thuộc vào hướng của từ trường. D.phụ thuộc vào dấu của điện tích. Lời giải: Chọn C. -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 (trang 138 SGK Vật Lí 11): Phát biểu nào dưới đây làđúng? Hạt êlectron bay vào trong một từ trường đều theo hướng của từ trườngB⃗thì A.hướng chuyển động thay đổi. B.độ lớn của vận tốc thay đổi. C.động năng thay đổi. D.chuyển động không thay đổi. Lời giải: Chọn D. -Hạt êlectron bay vào trong một từ trường đều theo hướng của từ trường -Þ Hạt êlectron không chịu tác dụng của lực Lo-ren-xơ nên chuyển động không thay đổi. Bài 5 (trang 138 SGK Vật Lí 11): 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. A. R2⋅ B.R. C.2R. D.4R. Lời giải: Chọn C. -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: -Þ Khi độ lớn của vận tốc tăng gấp đôi thì bán kính quỹ đạo tăng lên gấp đôi. Bài 6 (trang 138 SGK Vật Lí 11): 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 q
Bài 7 (trang 138 SGK Vật Lí 11): Hạt proton chuyển động theo quỹ đạo tròn bán kính 5m dưới tác dụng của một từ trường đều B = 10-2T. Xác định: a) tốc độ proton. b) chu kì chuyển động của proton. -Cho mp= 1,672.10-27kg. Lời giải: a) Ta có công thức tính bán kính quỹ đạo của hạt mang điện chuyển động trong từ trường là: b) Chu kì chuyển động của proton là: Bài 8 (trang 138 SGK Vật Lí 11):Trong một từ trường đều cóB⃗thẳng đứng, cho một dòng các ion bắt đầu đi vào từ điểm A và đi ra tại C sao cho AC là 1/2 đường tròn trong mặt phẳng ngang. Các ion có cùng điện tích, cùng vận tốc đầu. Cho biết khoảng cách AC đối với ion C2H5O+là 22,5 cm. Xác định khoảng cách AC đối với các ion C2H5OH+, C2H5+, OH+, CH2OH+, CH3+, CH2+. Lời giải: - Đối với ion X có khối lượng là m thì
|
