Lý 11 Bài 22: Lực Lo- ren- xơ

a) 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.

b) Xác định lực Lo- ren- xơ

- Lực Lo-ren-xơ do từ trường có cảm ứng từ  \(\mathop B\limits^ \to  \) tác dụng lên một hạt điện tích \({q_0}\) chuyển động với vận tốc \(\mathop v\limits^ \to  \): \(f = {q_0}vBsin\alpha {\rm{ }}\)

- Có phương vuông góc với  \(\mathop v\limits^ \to  \) và \(\mathop B\limits^ \to  \);

- Có chiều theo qui tắc bàn tay trái: để bàn tay trái mở rộng sao cho từ trường hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa là chiều của  \(\mathop v\limits^ \to  \) khi \({q_0} > 0\) và ngược chiều \(\mathop v\limits^ \to  \) khi \({q_0} < 0\). Lúc đó chiều của lực Lo-ren-xơ là chiều ngón cái choãi ra

• Để bàn tay trái mở rộng sao cho từ trường hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa là chiều của \(\overrightarrow v \) khi q₀ > 0 và ngược chiều \(\overrightarrow v \) khi q₀ < 0. Lúc đó chiều của lực Lo- ren- xơ là chiều ngón cái choãi ra.

- Có độ lớn: \(f = \left| {{q_0}} \right|vBsin\alpha \)

- Xác định lực Lo- ren- xơ:

• Khi hạt điện tích \({q_0}\) khối lượng m bay vào trong từ trường với vận tốc \(\mathop v\limits^ \to  \) mà chỉ chịu tác dụng của lực Lo- ren- xơ \(\mathop f\limits^ \to  \) thì \(\mathop f\limits^ \to  \) luôn luôn vuông góc với \(\mathop v\limits^ \to  \) nên \(\mathop f\limits^ \to  \) không sinh công, động năng của hạt được bảo toàn nghĩa là độ lớn vận tốc ca hạt không đổi, chuyển động của hạt là chuyển động đều.

- Chuyển động của hạt điện tích trong từ trường đều:

• Chuyển động của hạt điện tích là chuyển động phẵng trong mặt phẵng vuông góc với từ trường.

• Trong mặt phẵng đó lực Lo-ren-xơ  \(\mathop f\limits^ \to  \) luôn vuông góc với vận tốc \(\mathop v\limits^ \to  \), nghĩa là đóng vai trò lực hướng tâm: \(f = \frac{{m{v^2}}}{R} = \left| {{q_0}} \right|vB\)

Kết luận: 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 phẵng vuông góc với từ trường, có bán kính. \(R = \frac{{mv}}{{|{q_0}|B}}\)

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

Hướng dẫn giải

Theo công thức \(R = \frac{{mv}}{{\left| {{q_0}} \right|B}}\), khi tăng độ lớn vận tốc gấp đôi thì R tăng gấp đôi.

⇒R' = 2R.

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. Cho \(m_p = 1,672.10^{-27} kg.\) 

Hướng dẫn giải

Tốc độ của proton:

Ta có công thức tính toán bán kính chuyển động \(R=\frac{mv}{\left | q_{0} \right |B}\)

\(\Rightarrow v=\frac{\left | q_{0} \right |BR}{m}\)  

⇔ \(v=\frac{1,6.10^{-19}.10^{-2}.5}{1,672.10^{-27}}= 4,784.10^6 m/s^2.\) 

Câu 1: Một hạt tích điện chuyển động trong từ trường đều, mặt phẳng quỹ đạo của hạt vuông góc với đường sức từ. Nếu hạt chuyển động với vận tốc v₁ = 1,8.106 m/s thì lực Lorenxo tác dụng lên hạt có giá trị F₁ = 2.10^-6 N, nếu hạt chuyển động với vận tốc v₂ = 4,5.10⁷ m/s thì lực Lo- ren- xơ tác dụng lên hạt có giá trị là bao nhiêu?

Câu 2: Hai hạt bay vào trong từ trường đều với cùng vận tốc. Hạt thứ nhất có khối lượng m₁ = 1,66.10^-27 kg, điện tích q₁ = -1,6.10^-19 C. Hạt thứ hai có khối lượng m₂ = 6,65.10^-27 kg, điện tích q₂ = 3,2.10^-19 C. Bán kính quỹ đạo của hạt thứ nhất là R₁ = 7,5 cm thì bán kính quỹ đạo của hạt thứ hai là bao nhiêu?

Câu 3: Một hạt electron với vận tốc ban đầu bằng 0, được gia tốc qua một hiệu điện thế 400 V. Tiếp đó, nó được dẫn vào một miền từ trường với véctơ cảm ứng từ vuông góc với véctơ vận tốc của electron. Qũy đạo của elctron là một đường tròn bán kính R = 7 cm. Độ lớn cảm ứng từ là bao nhiêu?

Câu 4: Một proton chuyển động theo một quỹ đạo tròn bán kính 5 cm trong từ trường đều B = 10^-2 T. Biết khối lượng của proton bằng 1,72.10^-27 kg. Chu kì chuyển động của proton là bao nhiêu?

Câu 5: Một electron (điện tích –e) và một hạt nhân heli (điện tích +2e) chuyển động trong từ trường đều theo phương vuông góc với các đường sức từ, vận tốc của hạt electron lớn hơn vận tốc của hạt heli 6.10⁵m/s. Biết tỉ số độ lớn của lực Lo-ren-xơ tác dụng lên hạt electron và hạt heli là: fe : f_He = 4 : 3. Vận tốc của hạt electron có độ lớn là bao nhiêu?

Câu 1: Có 4 hạt lần lượt là electron (điện tích –e; khối lượng m_e), proton (điện tích + e; khối lượng m_p = 1,836m_e), notron (không mang điện, khối lượng m_n = m_p) và hạt nhân heli (điện tích +2e, khối lượng m_He = 4m_p bay qua một vùng có từ trường đều với cùng một vận tốc theo phương vuông góc với các đường sức từ. Giả thiết chỉ có lực Lo- ren- xơ tác dụng lên các hạt. Sau cùng một thời gian, hạt bị lệch khỏi phương ban đầu nhiều nhất là

A. electron

B. hạt nhân heli

C. proton

D. notron

Câu 2: Một electron (điện tích -e = -1,6.10^-19C) bay vào trong một từ trường đều theo hướng hợp với hướng của từ trường góc 30^o. Cảm ứng từ của từ trường B = 0,8T. Biết lực Lo- ren- xơ tác dụng lên electron có độ lớn f = 48.10^-15N. Vận tốc của electron có độ lớn là

A. 750000m/s

B. 375000m/s

C. 433301m/s

D. 480000m/s

Câu 3: Khi một electron được bắn vào một từ trường đều theo phương vuông góc với các đường sức của từ trường. Đại lượng của electron không thay đổi theo thời gian là

A. vận tốc

B. gia tốc

C. động lượng

D. động năng.

Câu 4: Một electron được bắn vào trong một từ trường đều theo phương vuông góc với các đường sức của từ trường. Quỹ đạo của electron trong từ trường là

A. một đường tròn

B. một đường parabon

C. một nửa đường thẳng

D. một đường elip

Câu 5: Một hạt mang điện chuyển động trên một mặt phẳng (P) vuông góc với đường sức của một từ trường đều. Lực Lo-ren-xơ tác dụng lên hạt mang điện có

A. phương vuông góc với mặt phẳng (P)

B. độ lớn tỉ lệ với điện tích của hạt mang điện

C. chiều không phụ thuộc vào điện tích của hạt mang điện

D. độ lớn tỉ lệ nghịch với tốc độ của hạt mang điện

Qua bài giảng Lực Lo-ren-xơ này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Phát biểu được lực Lo-ren-xơ là gì và nêu được các đặc trưng về phương, chiều và viết được công thức tính lực Lo-ren-xơ.

• Nêu được các đặc trưng cơ bản của chuyển động của hạt mang điện tích trong từ trường đều; viết được công thức tính bán kín vòng tròn quỹ đạo.

• Vận dụng được các bài tập về vật mang điện chuyển động trong từ trường