Giải Vật Lý 11 Bài 22. Lực Lo-ren-xơ

§22. Lực LO-REN-XƠ
A. KIẾN THỨC CẦN NẮM vừng
Lực Lo-ren-xư
Mọi hạt diện tích chuyên động trong từ trường, đều chịu tác dụng cùa lực từ. Lực từ này gọi là lực Lo-ren-xơ (lorentz)
Lực Lo-ren-xơ í' do tù' trường có cãm ứng từ B tác dụng lèn một hạt diện tích <10 chuyển dộng với vận tốc V có:
Phương vuông góc với V và B
Chiều tuân theo qui tác bàn tay trái: De bàn tay trái mở rộng sao cho từ trường hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cô tay đến ngón giữa là chiều của V khi qo > 0 và ngược chiều V khi q0 < 0. Lúc dó, chiều của lực Lorenxo' là chiều của ngón cái choãi ra.
Dộ lớn: f = Iqol.v.B.sina
Trong dó a là góc tạo bởi V và B (Hình 22.1)
Chuyển động của hạt điện tích trong từ trường đều
Quỹ đạo của một hạt điện tích trong một từ trường đều, với điều kiện vận tốc ban đầu vuông góc với từ trường, là một đường tròn nằm trong mặt phảng vuông góc với từ trường, có bán kính R tính bằng công thức: R = 7—-7-
ỊQoI-B
B. CÂU HỎI VẬN DỤNG
Cl. Khi nào lực Lo-ren-xơ bằng õ ?
Hướng dẫn
Từ công thức f = I qo I V Bsina, ta thấy f = 0 khi since = 0 hay a = 0 hoặc a = 180°, tức là hạt mang điện chuyển động theo phương song song
với các đường sức từ.
C2. Xác định lực Lo-ren-xơ f trên hình 22.2.
Hướng dẫn
Áp dụng quy tắc bàn tay trái với điện tích q < 0 suy ra lực Lo-ren-xơ vuông góc với mặt phẳng trang giây, hướng từ phía sau ra phía trước trang giấy.
C3. Hình 22.3 là quỹ đạo tròn của một electron trong một mặt phăng
vuông góc với từ trường đều B . Xác định chiều của B .
Hướng dẫn
Khi electron chuyển động, lực Lo-ren-xơ hướng vào tâm quỹ đạo. Áp dụng quy tắc bàn tay trái suy ra đường sức từ hướng vuông góc với trang giấy từ mặt trước ra sau.
C4. Từ công thức R = 7-^77-, hãy tính chu kì chuyên động đều của hạt. |q0|B
Chứng tỏ rằng, chu kì đó không phụ thuộc vào vận tốc của hạt (trong khi bán kính quỹ đạo tỉ lệ với vận tốc của hạt).
Hướng dẫn
Chu kì là khoảng thời gian hạt chuyển động được một vòng:
V	|q0|B
Rõ ràng là T không phụ thuộc vào vận tốc của hạt
c. CÃU HỎI - BÀI TẬP
Lực Lo-ren-xơ là gì? Viết công thức của lực Lo-ren-xơ.
Hướng dẫn
Lực Lo-ren-xơ là lực do từ trường tác dụng lên hạt mang điện chuyển động trong từ trường đó.
Lực Lo-ren-xơ do từ trường có từ cảm B tác dụng lên một hạt điện tích q0 chuyển động với vận tốc V có phương vuông góc với V và B ; có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái.
Công thức: f = I q0 IV Bsina; trong đó a là góc tạo bởi V và B
Phát biếu quy tắc bàn tay trái cho lực Lo-ren-xơ.
Hướng dẫn
Quy tắc: Để bàn tay trái mở rộng sao cho từ trường hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cố’ tay đến ngón giữa là chiều V khi q0 > 0 và ngược chiều V khi qo < 0, lúc đó chiều của lực Lo-ren-xơ là chiều ngón cái choãi ra.
Phát biểu nào dưới đây là sai?
Lực Lo-ren-xơ:
vuông góc với từ trường.
vuông góc với vận tốc.
c. không phụ thuộc vào hướng từ trường.
D. phụ thuộc vào dấu của điện tích.
Hướng dẫn
Phát biểu c là sai.
Phát biểu nào sau đây là đúng?
Hạt electron bay vào một từ trường đều theo hướng của từ trường B thì:
hướng chuyển động thay đổi.
độ lớn của vận tóc thay đổi.
c. động năng thay đổi.
D. chuyển động không thay đổi.
Hướng dẫn
Phát biểu D là đúng. Hạt electron bay vào một từ trường đều theo hướng của từ trường B thì lực Lo-ren-xơ bằng 0 nên chuyển động không thay đổi.
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 vận tốc tăng gâp đôi thì bán kính quỹ đạo là bao nhiêu?
A. ậ. B. R.	c. 2R.	D. 4R.
2
Hướng dẫn
Chọn câu c. Từ công thức R = 7 -7"-, ta thấy nếu V tăng gấp đôi thì
|qo|b
bán kính R tăng gâp đôi.
76	GBT VẬT LÝ 11 - CB
So sánh lực điện và lực Lo-ren-xơ cùng tác dụng lên một điện tích.
Hướng dẫn
So sánh:
— Lực điện tác dụng lên hạt mang điện khi hạt mang điện đó ở trong điện trường, bất luận là nó đang đứng yên hay chuyển động; trong khi đó lực Lo-ren-xơ là lực do từ trường tác dụng lên hạt mang điện chuyển động trong từ trường đó mà thôi.
Lực điện luôn cùng phương với đường sức điện trường, còn lực Lo- ren-xơ luôn vuông góc với đường sức từ trường.
— Biếu thức xác định điện và lực Lo-ren-xơ tác dụng lên hạt điện tích cũng hoàn toàn khác nhau.
Hạt prôtôn chuyển động theo quỹ đạo tròn bán kính 5 m dưới tác dụng của một từ trường đều B = 10“2 T. Xác định:
Tốc độ của prôtôn.
Chu kì chuyển động của prôtôn. Cho mp = 1,672.10“27 kg.
Hướng dẫn
TừT=^-=»vậntốcv=ẺỀẾ
|q0|B	m
Thay số: V =	= 4,78.10°^
1,672.10-27
Chu kì: T = — =	= 6,6.10’6 s.
V 4,78.106
Trong một từ trường đều có B thẳng đứng, cho một dòng các ion bắt đầu đi vào từ điểm A và đi ra tại c, sao cho AC là — đường tròn trong
2
mặt phảng ngang. Các ion có cùng điện tích, cùng vận tốc đầu. Cho biết khoảng cách AC đối với ion C2H5CC là 22,5cm, xác định khoảng cách AC đối với các ion C2H5OH+; C2H; ; OH+; CH2OH+; ch; ; ch; .
Hướng dẫn
Nhận xét:
Khoảng cách AC là đường kính quỹ đạo tròn: AC = 2 R
Từ R =	. ■ thấy rằng với qo, V và B không đối thì R tỉ lệ thuận
|q0|B
với khối lượng iôn tức là tỉ lệ thuận với phân tử gam của iôn. Ta lập luận được bảng kết quả sau:
lôn
C2H5O+
C2H5OH+
c2h;
OH+
CH2OH+
ch;
ch;
Phân tử gam
45
46
29
17
31
15
14
AC
22,5
23
14,5
8,5
15,5
7,5
7,0