Giải bài tập SBT Vật Lí 11 Bài 22: Lực Lo-ren-xơ

Câu nào dưới đây nói về lực Lo-ren-xơ là đúng ?

A. Là lực tác dụng của từ trường lên dòng điện.

B. Là lực tác dụng của từ trường lên hạt điện tích đứng yên.

C. Là lực tác dụng của từ trường lên vòng dây dẫn có dòng điện chạy qua.

D. Là lực tác dụng của từ trường lên hạt điện tích chuyển động. 

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được định nghĩa về lực Lo-ren-xơ

Hướng dẫn giải

- Lực Lo-ren-xơ là lực tác dụng của từ trường lên hạt điện tích chuyển động. 

- Đáp án D

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 ?

A. Là chuyển động đều, có độ lớn của vận tốc không đổi.

B. Là chuyển động phẳng trong mặt phẳng vuông góc với từ trường,

C. Là chuyển động có quỹ đạo parabol nằm vuông góc với từ trường.

D. 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. 

Phương pháp giải

Dưới tác dụng của lực Lo-ren-xơ, điện tích chuyển động đều có quỹ đạo thẳng khi nằm trong mặt phẳng vuông góc với từ trường hoặc quỹ đạo tròn khi vận tốc ban đầu vuông góc với các đường sức từ

Hướng dẫn giải

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

Phương pháp giải

Sử dụng quy tắc bàn tay trái để xác định hướng của lực lo - ren - xơ: 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 véctơ v khi q₀>0 ngược chiều véctơ khi q₀<0, lúc đó chiều của lực lo - ren -xơ là chiều ngón tay cái choãi ra.

Hướng dẫn giải

Sử dụng quy tắc bàn tay trái ta xác định được hình có kí hiệu đúng là hình C.

Hạt prôtôn chuyển động với vận tốc 7,2.10⁴ m/s bay vào trong từ trường đều có cảm ứng từ 1,5.10^-2 T theo phương vuông góc với các đường sức từ. Prôtôn có điện tích +l,6.10^-19C và khối lượng 1,672.10^-27kg. Xác định bán kính quỹ đạo tròn của hạt prôtôn trong từ trường này.

A. 5,0 cm.                     B. 0,50 cm.  

C. 6,0 cm.                     D. 8,5 cm. 

Phương pháp giải

Áp dụng công thức : \(R = \frac{{mv}}{{|q|B}}\) để tính bán kính quỹ đạo

Hướng dẫn giải

Bán kính quỹ đạo tròn của hạt prôtôn chuyển động trong từ trường đều :

\(R = \frac{{mv}}{{|q|B}} = \frac{{1,{{672.10}^{ - 27}}.7,{{2.10}^4}}}{{1,{{6.10}^{ - 19}}.1,{{5.10}^{ - 2}}}} \approx 5,0cm\)

Một electron bay với vận tốc v = 2,5.10⁹ cm/s theo phương vuông góc với đường sức của từ trường đều có cảm ứng từ 2.10^-4T. Electron có khối lượng m =9,1.10^-31kg và điện tích -e= -1,6.10¹⁹C. Bỏ qua ảnh hưởng của trọng lực của electron. Bán kính quỹ đạo của electron là:

A. 71m      B. 7,1m    

C. 7,1cm    D. 71cm 

Phương pháp giải

Áp dụng công thức : \(R = \frac{{mv}}{{|q|B}}\) để tính bán kính quỹ đạo

Hướng dẫn giải

Bán kính quỹ đạo của electron là:

\(R = \frac{{mv}}{{|q|B}}=\frac{{{{9,1.10}^{ - 31}}{{.2,5.10}^7}}}{{{{1,6.10}^{ - 19}}{{.2.10}^{ - 4}}}} = 0,71m = 71cm\)

Hạt electron, có vận tốc đầu v₀= 0, được gia tốc qua hiệu điện thế 400 V. Tiếp sau đó, electrôn chuyển động với vận tốc \(\vec v\)  bay vào miền có từ trường đều với cảm ứng từ  \(\vec B\) hướng vuông góc với vận tốc \(\vec v\) của êlectron. Khi đó, quỹ đạo của electrôn trong từ trường đều là đường tròn bán kính 7,0 cm. Electron có điện tích -e = -1,6.10^-19 C và khối lượng m = 9,1.10^-31 kg. Xác định độ lớn của cảm ứng từ B . 

Phương pháp giải

Độ lớn cảm ứng từ được tính theo công thức:

\(B = \frac{{mv}}{{{\rm{eR}}}} = \frac{1}{R}.\sqrt {\frac{{2mU}}{e}} \) với \(R = \frac{{mv}}{{|q|B}}\)

Hướng dẫn giải

- Sau khi được gia tốc qua hiệu điện thế U = 400 V. vận tốc của electrôn tính theo công thức:

\(\frac{{m{v^2}}}{2} = eU \Rightarrow v = \sqrt {\frac{{2eU}}{m}} \)$$

- Electron chuyển đông theo quỹ đao tròn bán kính \(R = \frac{{mv}}{{|q|B}}\)$$ nên ta suy ra :

\(B = \frac{{mv}}{{{\rm{eR}}}} = \frac{1}{R}.\sqrt {\frac{{2mU}}{e}} \)

- Thay số, ta tìm được :

\(B = \frac{1}{{7,{{0.10}^{ - 2}}}}.\sqrt {\frac{{2.9,{{1.10}^{ - 31}}.400}}{{1,{{6.10}^{ - 19}}}}} \approx 0,{96.10^{ - 3}}T\)

Hạt prôtôn chuyển động theo quỹ đạo tròn bán kính 5,0 cm trong từ trường đều có cảm ứng từ 1.10^-2 T. Prôtôn có điện tích e = l,6.10^-19C và khối lượng m =1,672.10^-27 kg. Xác định :

a) Vận tốc của prôtôn chuyển động trong từ trường.

b) Chu kì chuyển động của prôtôn trên quỹ đạo tròn. 

Phương pháp giải

a) Tính vận tốc theo công thức:

\(v = \frac{{eBR}}{m} \)

b) Tính chu kì chuyển động của prôtôn theo công thức:

\(T = \frac{{2\pi R}}{v} = \frac{{2\pi m}}{{eB}}\)

Hướng dẫn giải

a) Áp dụng công thức \(R = \frac{{mv}}{{|q|B}}\) , ta suy ra vận tốc của prôtôn khi bay vào từ trường:

\(v = \frac{{eBR}}{m} = \frac{{1,{{6.10}^{ - 19}}.1,{{0.10}^{ - 2}}.5,{{0.10}^{ - 2}}}}{{1,{{672.10}^{ - 27}}}} \approx 4,{9.10^4}m/s\)$$

b) Từ đó xác định được chu kì chuyển động của prôtôn trên quỹ đạo tròn :

\(T = \frac{{2\pi R}}{v} = \frac{{2\pi m}}{{eB}} = \frac{{2.3,14.1,{{672.10}^{ - 27}}}}{{1,{{6.10}^{ - 19}}.1,{{0.10}^{ - 2}}}} = 6,{56.10^{ - 6}}s\)

Chùm hạt a có vận tốc đầu v₀ = 0, được giạ tốc qua hiệu điện thế 1,0.10⁶ V, bay vào một từ trường đều có cảm ứng từ 1,5.10^-3T. Vận tốc của mỗi hạt a đều hướng vuông góc với các đường sức từ. Hạt a là hạt nhân heli (\(_2^4He\)$$) có điện tích q= 3,2.10^-19 C và khối lượng m = 6,642.10^-27 kg. Xác định lực Lo-ren-xơ do từ trường tác dụng lên mỗi hạt α. 

Phương pháp giải

- Áp dụng công thức:

\(v = \sqrt {\frac{{2qU}}{m}} \) để tính vận tốc hạt

- Áp dụng công thức: f = qvB để tính lực Lo-ren-xơ 

Hướng dẫn giải