skkn BÀI TOÁN CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC HẠT MANG ĐIỆN TRONG ĐIỆN TRƯỜNG VÀ TỪ TRƯỜNG

skkn BÀI TOÁN CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC HẠT MANG ĐIỆN TRONG ĐIỆN TRƯỜNG VÀ TỪ TRƯỜNG tham khảo

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TÊN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM BÀI TOÁN CHUYỂN ĐỘNG CỦA CÁC HẠT MANG ĐIỆN TRONG ĐIỆN TRƯỜNG VÀ TỪ TRƯỜNG MÔN: VẬT LÍ KHỐI LỚP: 11, 12 NĂM HỌC 2012 – 2013 Phần MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài Bài toán chuyển động hạt mang điện điện trường từ trường dạng toán hay khó, chiếm vị trí quan trọng chương trình vật lí phổ thông Chuyển động hạt mang điện điện trường từ trường có nhiều ứng dụng khoa học đời sống người ta vận dụng chúng để tạo ống phóng điện hình Ti vi, hình máy tính, người ta tạo máy gia tốc để kích thích phản ứng hạt nhân, tạo khối phổ kế để xác định khối lượng hạt điện tích, chế tạo máy lọc bụi, hoạt động máy in phun dựa vào chuyển động hạt mang điện điện trường… Nghiên cứu toán chuyển động hạt mang điện người ta giải thích nhiều tượng, hiệu ứng hiệu ứng Hall, tượng phóng điện… Để giải tốt toán đòi hỏi học sinh phải nắm vững kiến thức phương pháp giải tập vật lí mà phải biết vận dụng linh hoạt phương pháp giải, phối hợp nhiều kiến thức vật lí Trong trình giảng dạy, ôn luyện đội tuyển học sinh giỏi ôn thi Đại học cho em học sinh thấy, em lúng túng việc giải toán, hiểu không tường tận toán nên thường dẫn đến kết không chí không giải Để khắc phục vấn đề nêu mạnh dạn đưa số ý kiến “Bài toán chuyển động hạt mang điện điện trường từ trường” giúp em làm tốt toán chuyển động hạt mang điện Trong chuyên đề không tránh khỏi khiếm khuyết mong đóng góp đồng nghiệp 1.2 Mục đích nghiên cứu Giúp học sinh nắm vững kiến thức bản, phương pháp giải tập vật lí, biết vận dụng linh hoạt phương pháp giải, phối hợp nhiều kiến thức vật lí để giải toán chuyển động hạt mang điện điện trường từ trường cách tốt Đặc biệt giải tốt toán chuyển động hạt mang điện điện trường từ trường đề thi tuyển sinh đại học, đề thi học sinh giỏi, đồng thời phát huy tính tích cực, tự nghiên cứu học sinh 1.3 Phạm vi đối tượng áp dụng - Phạm vi áp dụng: Các toán chuyển động hạt mang điện điện trường từ trường - Đối tượng: Học sinh lớp 11, 12 1.4 Đối tượng nghiên cứu Các toán chuyển động hạt mang điện điện trường từ trường, giải phương pháp động lực học, phương pháp lượng Các toán từ dạng đến toán hay khó đề thi tuyển sịnh đại học, đề thi học sinh giỏi 1.5 Phương pháp nghiên cứu - Phân tích tổng hợp - Khảo sát thống kê Phần NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lí thuyết 2.1.1 Lực điện tác dụng lên điện tích điểm điện trường * Khi điện tích đặt điện trường chịu tác dụng lực r ur điện: F = qE có: + Độ lớn: F = |q|E r ur + Hướng: F chiều với E q>0; r ur F ngược chiều với E q ngược chiều v q < Lúc đó, chiều lực Lo-ren-xơ r u r r chiều ngón choãi 90o (Hình 1), có chiều cho ba véctơ v , B , f theo thứ tự lập thành tam diện thuận * Chú ý: r r + Vì f ⊥ v nên công lực Lo-ren-xơ 0, lực Lo-ren-xơ có tác dụng làm đổi hướng vận tốc mà không làm thay đổi độ lớn + Khi hạt mang điện chuyển động từ trường tác dụng lực Lo-ren-xơ, độ lớn vận tốc hạt không đổi: Chuyển động hạt chuyển động 2.1.3 Một số công thức, định luật, định lí hay dùng + Vận tốc tức thời: v = v0 + at + Phương trình chuyển động: x = x0 + v0t + 0,5at2 r r F r + Định luật II Niu tơn: a = với F hợp lực tác dụng lên vật m + Định lí động năng: 1 mv 22 − mv12 = A với A công lực không đổi tác 2 dụng lên vật r r + Biểu thức công lực F : A = Fscosα với α góc tạo F hướng dịch chuyển + Liên hệ tốc độ dài, tốc độ góc, chu kì chuyển động tròn đều: v = rω = 2πr =2πfr T 2.1.4 Phương pháp giải tập vật lí * Phương pháp động lực học: B1: Chọn hệ trục toạ độ gốc thời gian cho việc giải toán đơn giản B2: Xét lực tác dụng lên vật (coi chất điểm) biểu diễn lên hình vẽ r r r r r B3: Áp dụng định luật II Niu tơn dạng: F1 + F2 + F3 + + Fn = ma (1) B4: Chiếu (1) lên trục toạ độ ta biểu thức độ lớn B5: Kết hợp biểu thức độ lớn ta xác định đại lượng cần tìm * Phương pháp lượng: B1: Chọn gốc tính cho việc giải toán đơn giản B2: Xét điều kiện để áp dụng định luật bảo toàn lượng (hay định luật bảo toàn năng) + Nếu hệ kín hệ bảo toàn, ta áp dụng định luật bảo toàn + Nếu hệ hệ kín ta áp dụng định lí động năng, B3: Kết hợp biểu thức lập giả thiết cho, ta tính đại lượng cần tìm * Phương pháp toạ độ (thường áp dụng cho trường hợp quỹ đạo chuyển động vật đường cong): B1: Chọn hệ trục toạ độ mốc thời gian cho hợp lí B2: Phân tích chuyển động phức tạp vật thành chuyển động thành phần đơn giản trục toạ độ B3: Viết phương trình vận tốc phương trình chuyển động cho chuyển động thành phần vật trục toạ độ B5: Kết hợp phương trình lập giả thiết cho ta xác định đại lượng cần tìm 2.2 Phân loại toán phương pháp giải 2.2.1 Bài toán chuyển động hạt mang điện điện trường 2.2.1.1 Phương pháp chung * Hạt tích điện q dịch chuyển điện trường từ điểm (1) đến điểm (2) điện trường thực công A = q(V – V2) = qU12 Trong điện trường r ur hạt tích điện chịu tác dụng lực điện không đổi F = qE * Nếu vận tốc ban đầu phương với đường sức điện quỹ đạo chuyển động hạt mang điện đường thẳng, áp dụng định lí động A = 1 F |q|E mv 22 − mv12 , định luật II Niu tơn để tìm gia tốc a = = , 2 m m áp dụng công thức động học ta tính đại lượng cần tìm r Ví dụ ta xét chuyển động điện tích q với vận tốc ban đầu v0 điện ur trường có véc tơ cường độ điện trường E , bỏ qua tác dụng trọng lực: r ur a Trường hợp v0 ↑↓ E : r ur r r + Với q < 0: Vì F ↑↓ E ⇒ F ↑↑ v0 ⇒ r r a ↑↑ v q chuyển động thẳng nhanh dần với gia tốc có độ lớn a = lúc hạt tăng tốc r ur r r F r v0 ur E F |q|E = , m m r + Với q > 0: Vì F ↑↑ E ⇒ F ↑↓ v0 ⇒ r r a ↑↓ v ban đầu q chuyển động thẳng r v0 ur E r F chậm dần với gia tốc có độ lớn a = F |q|E = q dừng lại có v = 0, sau m m tiếp tục chuyển động thẳng nhanh dần theo chiều ngược lại với gia tốc có độ lớn cũ r ur b Trường hợp v0 ↑↑ E : r ur r r r r + Với q < 0: Vì F ↑↓ E ⇒ F ↑↓ v0 ⇒ a ↑↓ v0 ban đầu q chuyển động thẳng chậm dần với gia tốc có độ lớn a = F |q|E = m m q dừng lại có v = 0, sau tiếp tục chuyển động thẳng nhanh dần theo chiều ngược lại với gia tốc có độ lớn cũ r ur r r r r + Với q > 0: Vì F ↑↑ E ⇒ F ↑↑ v0 ⇒ a ↑↑ v0 q chuyển động thẳng nhanh dần với gia tốc có độ lớn a = F |q|E = , lúc m m hạt tăng tốc * Nếu vận tốc ban đầu không phương đường sức điện chuyển động hạt mang điện vật bị ném, quỹ đạo chuyển động phần parabol Khi ta áp dụng phương pháp toạ độ để giải toán r Ví dụ ta xét chuyển động điện tích q có vận tốc ban đầu v0 điện ur trường có véc tơ cường độ điện trường E , bỏ qua tác dụng trọng lực: r ur a Trường hợp v0 ⊥ E : + Ta chọn hệ trục toạ độ Oxy có O điểm q bắt đầu vào điện ur ur trường, Oy phương E , Ox ⊥ E , gốc thời gian t = lúc q bắt đầu vào điện trường r v0 O x y r F ur E ur E y r F r v0 x Với q0 r r ⇒ F ⊥ Ox , F // Oy ⇒ ax = 0, ay = a = F |q|E = m m + Chuyển động q coi tổng hợp hai chuyển động thành phần:  v x = v0  - Thẳng theo Ox với vận tốc toạ độ là:  x = v0 t (1) - Thẳng, biến đổi theo Oy với vận tốc toạ độ là: |q|E   v y = at v = t y   m    y = at ⇔  y = | q | E t (2)   m + Từ (1) (2) với giả thiết cho ta xác định đại lượng cần tìm r ur b Trường hợp v0 tạo với E góc β : + Ta chọn hệ trục toạ độ Oxy có O điểm q bắt đầu vào điện trường, ur ur Oy phương E , Ox ⊥ E , gốc thời gian t = lúc q bắt đầu vào điện trường y y α x α x Với q0 Với q>0 r ur + Khi q chịu tác dụng lực điện F phương E r r ⇒ F ⊥ Ox , F // Oy ⇒ ax = 0, ay = a = −F − | q | E = m m + Chuyển động q coi tổng hợp hai chuyển động thành phần:  v x = v 0cosα  - Thẳng theo Ox với vận tốc toạ độ là:  x = v0cosα t (1) - Thẳng, biến đổi theo Oy với vận tốc toạ độ là: |q|E   v y = v sin α + at v y = vo sin αt − t    m    y = v sin αt + at ⇔  y = vo sin α − | q | E t (2)   m + Từ (1) (2) với giả thiết cho ta xác định đại lượng cần tìm * Trong nguyên tử, lực điện tương tác hạt nhân electron có phương trùng với đường thẳng nối hạt nhân electron, tức lực điện e r r F Fht tác dụng lên electron hướng hạt nhân lực điện hạt nhân electron đóng vai trò lực hướng tâm, electron chuyển động tròn xung quanh hạt nhân, ta có F = F ht ⇔ k | q HN q e | v2 = m ta xác định e r2 r tốc độ chu kì chuyển động electron là: - Tốc độ dài: v = k - Chu kì: T = 2π k | q HN q e | me r | q HN q e | r me 2.2.1.2 Bài tập ví dụ Bài 1: Hai kim loại phẳng song song mang điện tích trái dấu đặt cách 2cm Cường độ điện trường hai E = 3000V/m Sát mang điện 10 mặt phẳng hình vẽ Giữa hai thành khe xiclôtrôn có nguồn phát hạt α có khối lượng mα với vận tốc ban đầu v0 = 107m/s vuông góc với khe, lúc người ta điều chỉnh nguồn điện D bên phải tích điện âm, D bên trái tích điện dương Sau hạt α chuyển động với vận tốc tăng dần đủ lớn lái cho đập vào bia để thực phản ứng hạt nhân Cho mα = 6,64.10-27kg, điện tích nguyên tố e = 1,6.10-19C, B = 1T, U = 2.105V Chứng minh lòng D quỹ đạo hạt α nửa đường tròn Tìm mối liên hệ bán kính quỹ đạo vào khối lượng, vận tốc, điện tích hạt α ur vào cảm ứng từ B Với chiều hạt α hình vẽ B hướng trước hay sau mặt phẳng hình vẽ? Nếu lần qua khe hạt α chuyển động chiều với điện trường U sinh lần tăng tốc Để có đồng này, f phải thoả mãn điều kiện lấy giá trị bao nhiêu? Tính vận tốc v n hạt α nửa đường tròn thứ n bán kính R n nửa đường tròn Nếu bán kính nửa đường tròn cuối 0,5m hạt α chuyển động khoảng vòng? Tính vận tốc trước nó? Nếu tần số f lấy giá trị tính ý (của câu này) giữ không đổi, đồng thời tiếp tục cho hạt α chuyển động tăng tốc đến vận tốc ngưỡng v ng≈105 km/s không điều chỉnh đồng a Giải thích nguyên nhân b Nêu mối liên hệ tốc độ góc hạt α với f c Để tăng tốc hạt α đồng với đảo chiều hiệu điện bán kính tối đa D bao nhiêu? Giải + Trong lòng D có từ trường tác dụng, lực Lo-ren-xơ tác dụng lên hạt r r r f = 2ev ∧ B , với e > điện tích nguyên tố r r mα v = 2evB + Lực Lorenxơ f ⊥ v nên lực hướng tâm, ta có R + Suy quỹ đạo hạt α nửa vòng tròn, bán kính R = mα v (1) 2eB 26 r + B hướng từ phía trước phía sau (đi vào) mặt phẳng hình vẽ + Hạt α vòng U phải đổi chiều lần, tức chu kì chuyển động hạt α chu kì đổi chiều U phải nhau, ta có: T= πR πm α eB 2eB = →f = = , ωα = πf = (2) v eB T πm α mα eB 1,6.10 −19.1 f= = ≈ 7,67MHz πm α 3,14.6,64.10 −27 + Cứ lần qua khe, hạt α lại thu thêm động 2eU Như hạt α qua khe lần thứ n nửa vòng tròn n, động 2 hạt α tăng thêm lượng 2neU Động ban đầu hạt K = mα v Như động hạt α nửa vòng tròn n K = K + 2neU = 1 m α v 20 + 2neU = m α v 2n Vận tốc hạt α nửa vòng 2 tròn n là: v n = v + 4neU (3) mα + Theo (1) bán kính nửa vòng tròn n Rn = mα v n = 2eB m α v 20 + 4neU mα (4) 2eB  m α  2eBR n    n = − v + Từ (4) suy  ÷ 4eU  m α    6,64.10 −27 ⇔n= 4.1,6.10 −19.2.105  2.1,6.10 −19.1.0,5 2  14   ≈ 24 lượt − 10 ÷ −27  6,64.10   + Số vòng mà hạt α chuyển động 12 + Từ (3) suy sau 12 vòng, vận tốc hạt α v ≈ 2,4.107m/s 27 a Khi vận tốc hạt tăng, hiệu ứng tương đối tính khối lượng hạt α tăng theo hệ thức Anhxtanh m= mα  v  , nên tốc độ góc theo (2) giảm 1− ÷ c Thành thử tần số f U giữ không đổi hạt α đến khe chậm trước, vào lúc tăng tốc lại ngược chiều điện trường bị hãm 2 2eB 2eB v v b ωα = = −  ÷ = 2πf −  ÷ m mα c c c R max = mv = 2eB mα v v 2eB −  ÷ c = 6,64.10 −27.108  10  2.1,6.10 −19.1 −  ÷  3.10  ≈ 2,2m Bài 7: Một electron đèn hình máy thu hình có lượng W = 12keV Ống phóng đặt cho electron chuyển động nằm ngang theo hướng Nam-Bắc địa lý Cho biết thành phần thẳng đứng từ trường Trái đất có cảm ứng từ B = 5,5.10-5T hướng xuống Bỏ qua tác dụng trọng lực a Dưới tác dụng từ trường Trái đất, electron bị lệch phía nào? Tính gia tốc electron tác dụng lực từ? b Khi chạm vào hình electron bị lệch khoảng so với phương ban đầu Biết khoảng cách từ điểm phóng electron đến hình l = 20cm Giải a Hướng lệch gia tốc electron: + Áp dụng quy tắc bàn tay trái, ta xác (Tây) định electron lệch phía đông địa lý ur B r v0 + Vì bỏ qua tác dụng trọng lực, nên lượng electron động (Nam) r f năng, ta có độ lớn vận tốc electron y x (Bắc) 28 (Đông) xác định bởi: W= mv ⇒v= 2W 2.12.103.1,6.10−19 = = 2,05.106m/s −31 m 9,1.10 + Độ lớn lực Lo-ren-xơ tác dụng lên electron: f = |e|vB + Theo định luật II Niu tơn ta xác định gia tốc electron: 1,6.10−19.5,5.10 −5 2.12.103.1,6.10 −19 f | e | vB | e | B 2W = = a= = = 6,4.1014m/s2 −31 −31 m m m m 9,1.10 9,1.10 b Độ lệch electron so với phương ban đầu: + Vì bỏ qua tác dụng trọng lực, tác dụng lực Lo-ren-xơ electron xem tham gia đồng thời hai chuyển động có phương trình là:  x = vt   | e | vB  y = at = 2m t | e | vB  x  | e | B a x = x2 + Phương trình quỹ đạo electron y =  ÷ = 2m  v  2mv 2v + Khi electron chạm đến hình x = l = 20 cm, độ lệch electron 6, 4.1014 a 0, 22 = 3,04.10-3m = 3mm x so với phương ban đầu y = = 2(2,05.10 ) 2v 2.2.3 Bài toán tổng hợp hạt mang điện chuyển động điện trường từ trường 2.2.3.1 Phương pháp chung * Trường hợp điện tích chuyển động vùng có đồng thời điện trường từ trường cần ý điện trường từ trường không làm ảnh hưởng nhau, điện tích chịu tác dụng lực điện lực Lo-ren-xơ xác định thông thường * Trường hợp điện tích chuyển động từ điện trường vào từ trường từ từ trường vào điện trường, ta chia toán thành hai giai đoạn chuyển động 29 từ trường điện trường, coi vận tốc cuối giai đoạn đầu vận tốc ban đầu giai đoạn sau 2.2.3.2 Bài tập ví dụ r Bài 1: Một electron chuyển động với vận tốc v vào điện trường theo ur phương vuông góc với véc tơ cường độ điện trường E Cần có từ ur trường mà véc tơ cảm ứng từ B có hướng độ lớn vùng điện trường để electron chuyển động thẳng Bỏ qua tác dụng trọng lực Giải r F * Các lực tác dụng vào electron: r ur r + Lực điện F = q e E , lực Lo-ren-xơ f có chiều hình vẽ r f r v ur B ur E * Để electron chuyển động thẳng thì, ta phải có: r r r r r F + f = ⇔ f = −F (*) r r r * Từ (*) ta suy lực Lo-ren-xơ f ngược chiều lực điện F f hướng thẳng đứng xuống Áp dụng quy tắc bàn tay trái ta suy đường sức từ vuông góc mặt phẳng hình vẽ có chiều hướng vào * Cũng từ (*) ta có f = F ⇔ |qe|vB=|qe|E ⇒ B = E v Bài 2: Các electron tăng tốc từ trạng thái nghỉ điện trường có hiệu điện U = 103(V) thoát từ điểm A theo đường Ax Tại điểm M cách A đoạn d = 5(cm), người ta đặt bia để hứng chùm tia electron, mà đường thẳng AM hợp với đường Ax góc α = 600 Cho điện tích khối lượng electron là: -e = -1,6.10-19(C), m = 9,1.10-31(kg) Bỏ qua tác dụng trọng lực a Hỏi sau thoát từ điểm A, electron chuyển động từ trường không đổi vuông góc với mặt phẳng hình vẽ Xác định độ lớn chiều ur véc tơ cảm ứng từ B để electron bắn trúng vào bia điểm M? 30 ur b Nếu véc tơ cảm ứng từ B hướng dọc theo đường thẳng AM, cảm ứng từ B phải để electron bắn trúng vào bia điểm M? Biết B ≤ 0,03 (T) Giải a + Vận tốc e A là: | e | U = mv ⇒ v ≈ 1,875.107m/s ur + Khi e chuyển động từ trường B chịu tác A• dụng lực Lo-ren-xơ, có độ lớn f = |e|vB, để r r f electron bắn vào bia M f có hướng ur hình vẽ Vì B có chiều vào O ur r + Vì B ⊥ v nên lực Lo-ren-xơ đóng vai trò lực x α ⊕ H • • M hướng tâm, làm electron chuyển động tròn đều, bán kính quỹ đạo R = OA = OM v + Ta có f = maht ⇔ | e | vB = m ⇔ R = R + Ta có AH = OAcos300 ⇔ b mv |e|B d d mv 3 ⇔ ⇔B= = R R= ≈ 3,7.10-3T |e|d ur uu r v⊥ + Véc tơ B hướng theo AM r r r + Phân tích: v = v + v ⊥ A // + Với v ⊥ = v.sin α = 1,62.107m/s, x uu r v/ / v / / = v.cos α = 0,938.107m/s r + Theo v ⊥ , tác dụng lực Lo-ren-xơ làm electron chuyển động tròn với bán kính R = = M • 2π R mv⊥ chu kì T = v⊥ |e| B 2π m |e|B r ur + Theo v // , electron chuyển động tịnh tiến theo hướng B , với vận tốc v / / = vcos α 31 + Do đó, electron chuyển động theo quỹ đạo xoáy trôn ốc với bước ốc là: λ = T v/ / + Để electron đập vào bia M thì: AM = d = n λ = n T v / / = n v // ⇒B = n 2π.m |e|B 2πmv // = n.6,7.10-3 (T) |e|d + Vì B ≤ 0,03T ⇒ n < 4,48 ⇒ n = 1, 2, 3, Vậy: n = B = 6,7.10-3T; n = B = 0,0134T n = B = 0,0201T; n = B = 0,0268T Bài 3: Một từ trường có cảm ứng từ B = 2.10 -2T đặt vào khoảng không gian hai mặt phẳng P Q song song với nhau, cách đoạn d= 2(cm) Một electron có vận tốc ban đầu tăng tốc điện áp U sau đưa vào từ trường nói điểm A mặt phẳng P theo −19 −31 phương vuông góc với mặt phẳng (P) Cho e = 1,6.10 (C);m e = 9,1.10 (Kg) P Q Hãy xác định thời gian electron chuyển động từ trường phương chuyển động electron khỏi từ trường trường hợp sau đây? r v A e ur B a U = 3,52kV b U = 18,88kV d Giải + Sau tăng tốc điện trường, vận tốc P electron bắt đầu vào từ trường v + Theo định lý động ta có: 2eU (1) e U = mv ⇒ v = m + Khi vào từ trường, electron chịu tác dụng lực Q A e r v r f ur B d Lo-ren-xơ có phương chiều hình vẽ 32 → → + Vì f ⊥ v nên quĩ đạo chuyển động electron đường tròn lực Lo-renmv mv ⇒R= xơ đóng vai trò lực hướng tâm: f = Fht ⇔ e vB = (2) R eB + Thay (1) vào (2) ta : R = m e U 2mU = eB m B e a Khi U = 3,52kV = 3,52.103V ta R = 1cm + Do R < d nên quĩ đạo chuyển động electron nửa đường tròn, bán kính R = 1(cm) khỏi từ trường điểm A’, ngược với điểm vào từ trường + Thời gian electron bay từ trường P Q A e r v r f A’ ur B 2πR πR t= = = 9.10−10 (s) v v d b Khi U = 18,88kV = 18,88.103V ta R = 2,3cm > d = 2cm + Do R > d nên electron khỏi từ trường điểm mặt phẳng Q theo phương lệch với phương ban sin α = đầu góc α xác định P bởi: d = = 0,86 ⇒ α = 600 R 2,3 r v A ur B r f + Do cung AB có độ dài chu vi đường tròn nên thời gian electron bay từ trường : Q α O B αr vB R d 2πR πm t= = = 3.10−10 (s) v 3e B 2.3 Luyện tập Bài 1: Một electron bay điện trường hai tụ điện phẳng tích điện đặt cách 2cm với vận tốc 3.107m/s theo phương song song với tụ điện Bỏ qua trọng lực Hiệu điện hai phải bao 33 nhiêu để electron lệch 2,5mm đoạn đường 5cm điện trường ĐS: U = 204,75V Bài 2: Electron chuyển động xung quanh hạt nhân nguyên tử Hiđrô theo quỹ đạo tròn, bán kính r = 5,3 10-11m Hãy tính a Lực tương tác tĩnh điện hạt nhân êlectron b Tốc độ dài, tốc độ góc, chu kì chuyển động êlectron ĐS: F = 8,2 10-8N, v = 2,2 106m/s, ω = 4,1 1016rad/s, T = 1,5 10-16s Bài 3: Một electron với vận tốc ban đầu không, gia tốc hiệu điện U=1600V Sau đó, dẫn vào miền có từ trường cho electron chuyển động theo phương vuông góc với đường sức từ Khi quỹ đạo electron đườn tròn có bán kính R = 3,5cm Tính độ lớn cảm ứng từ từ trường, chu kì chuyển động tròn electron từ trường? ĐS: B = 3,85.10- 3T, T = 0,93.10-8s Bài 4: Sau tăng tốc hiệu điện - U = 100V electron bay vào tụ điện phẳng O r v theo phương hợp với dương góc α = 450 Chiều dài l = 5cm, khoảng cách hai M α d = 1cm + a Tính hiệu điện hai tụ để electron bay khỏi tụ điểm O hai tụ Vận tốc hướng chuyển động electron lúc nào? b Sau khỏi tụ điện electron chuyển động từ trường có phương song song với hai Xác định giá trị B để electron bắn trúng vào điểm M Biết OM song song với hai tụ OM = 4cm Bài 5: Một electron chuyển động với vận tốc v0 = 8,13.107m.s bay vào vùng từ trường bề dày r d = 2cm, cho véc tơ vận tốc v0 vuông góc với véc tơ ur cảm ứng từ B cảm ứng từ có độ lớn B = 2.10 -2T Bỏ qua tác dụng trọng lực Cho điện tích khối lượng electron –e = -1,6.10-19C, m = 9,1.10-31kg e r v0 ur B d 34 ur Cần phải đặt điện trường có véc tơ cường độ điện trường E có hướng độ lớn vùng từ trường để electron chuyển động thẳng đều? Không đặt điện trường nói phần a Tìm bán kính quỹ đạo thời gian chuyển động electron từ trường b Sau khỏi từ trường, electron chịu lực cản phụ thuộc vận tốc theo biểu r r thức F = − kv với k = 1,85.10-21Ns/m Tính quãng đường tối đa mà electron chuyển động ur ĐS: E hướng thẳng đứng xuống dưới, E = 1,63.10 6V/m, R = 2,31cm, t = 2,96.10-9s, s = 4cm 2.4 Kết vận dụng đề tài Đề tài thân dạy thí điểm em học sinh lớp 11A, 11B, 11C năm học 2012-2013 Trước dạy đề tài cho em làm kiểm tra 45 phút kết sau: Lớp 11A 11B 11C Sĩ Điểm yếu, Điểm Tb số kém(điểm (5 đến 6,4) 45 45 47 5) SL % 18 40 27 60 20 42,6 SL 18 15 17 % 40 33.33 36,2 Điểm Điểm giỏi (6,5đến (từ trở 7,9) lên) SL 10 % 20 6,67 21,2 SL 0 % 0 Đạt yêu cầu SL 27 18 27 % 60 40 57,4 Sau dạy song chuyên đề cho em làm kiểm tra 45 phút kết thu khả quan Điểm TB Điểm Điểm giỏi (5 đến 6,4) SL % (6,5 đến 7,9) SL % (từ trở lên) SL % Lớp Sĩ số 11A 45 10 22,23 20 44,44 15 11B 45 16 35,56 18 40,00 11 Đạt yêu cầu SL % 33,33 45 100 24,44 45 100 35 11C 47 15 31,9 23 48,9 19,2 47 100 Trong thực tế chuyên đề vận dụng nhiều năm qua công tác bồi dưỡng học sinh giỏi, luyện thi vào trường đại học cao đẳng Trước học chuyên đề chuyển động hạt mang điện điện trường từ trường em tỏ lúng túng đứng trước toán, sau học chuyên đề chất lượng học tập học sinh tăng lên rõ rệt em tỏ tự tin giải toán góp phần không nhỏ vào luyện trí thông minh, khả tư sáng tạo học sinh 36 Phần KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận Bồi dưỡng học sinh giỏi, luyện thi đại học cao đẳng nhiệm vụ quan trọng trường THPT Đối với môn Vật lý chuyên đề “ chuyển động hạt mang điện điện trường từ trường” chuyên đề khó, việc giải tập nâng cao đòi hỏi phải có kiên trì, óc tư sáng tạo đồng thời phải có phương pháp phân tích, lập luận tư lôgic, khoa học giải triệt để toán Một toán vật lí có nhiều cách giải Việc lựa chọn phương pháp giải phải dựa tượng vật lí, thông số điều kiện cho Học sinh học vật lý thời gian ngắn phải nắm lượng kiến thức đồ sộ, sâu toàn chương trình vật lý phổ thông để có đủ khả tham dự vào kỳ thi chọn học sinh giỏi, tuyển sinh Đại học cao đẳng Trước tình hình đó, để giúp học sinh bớt khó khăn trình học tập, sáng tạo, tự nghiên cứu có hiệu việc giải toán vật lý thiết bị thí nghiệm nhà trường hạn chế, kiến thức toán học học sinh non Tôi tham gia bồi dưỡng học sinh giỏi, luyện thi đại học số năm nên có nhiều kinh nghiệm gặt hái thành công định Tôi tìm hiểu nguyên nhân học sinh thường khó học kết cao học phần chuyển động hạt mang điện điện trường từ trường, sai lầm học sinh thường mắc phải học phần Chính vậy, sâu vào nghiên cứu lí luận, nội dung chương trình, đưa phương pháp đồng thời trực tiếp giảng dạy phần việc bồi dưỡng học sinh giỏi, ôn thi đại học, đúc rút kinh nghiệm phương pháp giảng dạy từ biên soạn tài liệu nhằm góp phần nâng cao việc bồi dưỡng lực sáng tạo, tư cho học sinh thông qua việc giải tập 37 Trong viết đưa phương pháp chung, tổng quát cho việc giải tập vật lý Từ kiến thức mà học sinh cần phải nắm, hiểu; đến dạng tập điển hình từ dễ đến khó, thể mục đích, yêu cầu kiến thức, kỹ vận dụng sáng tạo, từ học sinh phát triển toán khác Vì điều kiện thời gian có hạn, nên viết tránh khỏi thiếu xót Rất mong góp ý đồng nghiệp để viết hoàn thiện hơn, giúp cho công tác giảng dạy, bồi dưỡng học sinh ngày hiệu 3.2 Kiến nghị Việc viết sáng kiến kinh nghiệm việc làm tốt bổ ích để giáo viên tự nâng cao trình độ nghiệp vụ sư phạm cho thân Ngoài việc để giáo viên tự nghiên cứu nâng cao chuyên môn Cũng qua việc viết sáng kiến cầu nối học hỏi kinh nghiệm bạn đồng nghiệp Hàng năm Sở giáo dục đào tạo tổ chức chấm sáng kiến kinh nghiệm có nhiều sáng có chất lượng tốt có tính thực tiễn Đề nghị sở giáo dục đào tạo đưa sáng kiến kinh nghiệm có chất lượng nên trang web Haiduong.edu để có điều kiện học hỏi kinh nghiệm bạn bè đồng nghiệp nhằm nâng cao trình độ cho thân, làm cho chất lượng giảng dạy ngày đạt hiệu cao hơn, đáp ứng mục tiêu giáo dục thời kì 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bài tập vật lí 11 (NXB GD) Sách giáo khoa vật lí 11 (NXB GD) Giải toán vật lí 11 (NXB GD) Bài tập theo chuẩn kiến thức kĩ (NXB GD) Cơ sở vật lí tập (NXB GD) Vật lí đại cương (NXB GD) Vật lí tuổi trẻ Đề thi HSG số tỉnh: Hải Dương, Nghệ An, Bắc Ninh, Vĩnh Phúc… Trang Web violet.vn, thuvienvatli.com 39 MỤC LỤC Nội dung Phần MỞ ĐẦU Trang 1.1 Lí chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Phạm vi đối tượng áp dụng 1.4 Đối tượng nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu Phần NỘI DUNG 2.1 Cơ sở lý thuyết 2.2.1 Lực điện tác dụng lên điện tích điểm điện trường 2.1.2 Lực từ tác dụng lên điện tích chuyển động từ trường 2.1.3 Một số công thức, định luật, định lý hay dùng 2.1.4 Phương pháp giải tập vật lí 2.2 Phân loại toán phương pháp giải 2.2.1 Bài toán chuyển động hạt mang điện điện trường 2.2.1.1 Phương pháp chung 2.2.1.2 Bài tập ví dụ 2.2.2 Bài toán chuyển động hạt mang điện từ trường 2.2.2.1 Phương pháp chung 2.2.2.2 Bài tập ví dụ 2.2.3 Bài toán chuyển động hạt mang điện điện trường 3 3 4 6 18 18 19 28 từ trường 2.2.3.1 Phương pháp chung 2.2.3.2 Bài tập ví dụ 2.3 Luyện tập 2.4 Kết vận dụng đề tài Phần KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO MỤC LỤC 28 28 32 34 36 38 39 40 [...]... điện trường và từ trường thì cần chú ý điện trường và từ trường không làm ảnh hưởng nhau, điện tích chịu tác dụng của cả lực điện và lực Lo-ren-xơ xác định như thông thường * Trường hợp điện tích chuyển động từ điện trường vào từ trường hoặc từ từ trường vào điện trường, thì ta chia bài toán thành hai giai đoạn chuyển động 29 trong từ trường và trong điện trường, coi vận tốc cuối cùng của giai đoạn... chuyển động tròn cho hạt trong mặt phẳng vuông góc với véc u r tơ B , kết quả là hạt tham gia hai chuyển động r gồm: Chuyển động thẳng đều theo phương v1 và u r chuyển động tròn trong mặt phẳng vuông góc với B , quỹ đạo là đường “rích rắc” như hình vẽ 2.2.2.2 Bài tập ví dụ Bài 1: Một hạt mang điện chuyển động trong từ trường đều Mặt phẳng quỹ đạo của hạt vuông góc với các đường cảm ứng từ Nếu hạt chuyển. .. ⇒ 1 = ⇒ k 2 = k1 vo k2 4 3 18 2.2.2 Bài toán chuyển động của hạt mang điện trong từ trường 2.2.2.1 Phương pháp chung * Áp dụng công thức tính lực Lo-ren-xơ : f = |q|vBsinα đã nêu ở mục trên r u r (α là góc giữa v và B ) và xác định phương, chiều của lực bằng quy tắc bàn tay trái * Xét bài toán chuyển động của hạt mang điện q trong từ trường đều, bỏ qua tác dụng của trọng lực: r v r u r + Nếu v ⊥ B... thời gian electron chuyển động trong từ trường và phương chuyển động của electron khi nó ra khỏi từ trường trong các trường hợp sau đây? r v A e ur B a U = 3,52kV b U = 18,88kV d Giải + Sau khi được tăng tốc trong điện trường, vận tốc P của electron khi bắt đầu vào từ trường là v + Theo định lý động năng ta có: 2eU 1 (1) e U = mv 2 ⇒ v = 2 m + Khi vào từ trường, electron chịu tác dụng của lực Q A e r... đầu của giai đoạn sau 2.2.3.2 Bài tập ví dụ r Bài 1: Một electron chuyển động với vận tốc v vào một điện trường đều theo ur phương vuông góc với các véc tơ cường độ điện trường E Cần có một từ ur trường mà véc tơ cảm ứng từ B có hướng và độ lớn như thế nào trong vùng điện trường để electron vẫn chuyển động thẳng Bỏ qua tác dụng của trọng lực Giải r F * Các lực tác dụng vào electron: r ur r + Lực điện. .. khá giỏi, và luyện thi vào các trường đại học cao đẳng Trước khi được học chuyên đề chuyển động của hạt mang điện trong điện trường và từ trường các em tỏ ra rất lúng túng khi đứng trước bài toán, sau khi học chuyên đề chất lượng học tập của học sinh tăng lên rõ rệt các em tỏ ra tự tin hơn mỗi khi giải bài toán góp phần không nhỏ vào luyện trí thông minh, khả năng tư duy sáng tạo của học sinh 36 ... đạo của electron là y =  ÷ = 2m  v  2mv 2v + Khi electron chạm đến màn hình thì x = l = 20 cm, khi đó độ lệch của electron 6, 4.1014 a 2 0, 22 = 3,04.10-3m = 3mm x so với phương ban đầu là y = 2 = 6 2 2(2,05.10 ) 2v 2.2.3 Bài toán tổng hợp hạt mang điện chuyển động trong cả điện trường và từ trường 2.2.3.1 Phương pháp chung * Trường hợp điện tích chuyển động trong vùng có đồng thời cả điện trường và. .. nó được dẫn vào một miền có từ trường đều sao cho electron chuyển động theo phương vuông góc với các đường sức từ Khi đó quỹ đạo của electron là đườn tròn có bán kính R = 3,5cm Tính độ lớn cảm ứng từ của từ trường, chu kì chuyển động tròn của electron trong từ trường? ĐS: B = 3,85.10- 3T, T = 0,93.10-8s Bài 4: Sau khi được tăng tốc bởi hiệu điện thế - U = 100V một electron bay vào một tụ điện phẳng... cường độ điện trường E có hướng và độ lớn như thế nào trong vùng từ trường để electron chuyển động thẳng đều? 2 Không đặt điện trường nói ở phần 1 a Tìm bán kính quỹ đạo và thời gian chuyển động của electron trong từ trường b Sau khi ra khỏi từ trường, electron chịu lực cản phụ thuộc vận tốc theo biểu r r thức F = − kv với k = 1,85.10-21Ns/m Tính quãng đường tối đa mà electron chuyển động được ur ĐS:... 1,6.10-19C, B = 1T, U = 2.105V 1 Chứng minh rằng trong lòng các D quỹ đạo của hạt α là nửa đường tròn Tìm mối liên hệ của bán kính quỹ đạo vào khối lượng, vận tốc, điện tích của hạt α và ur vào cảm ứng từ B Với chiều đi của hạt α như trong hình vẽ thì B hướng ra trước hay sau mặt phẳng hình vẽ? 2 Nếu lần nào đi qua khe hạt α cũng chuyển động cùng chiều với điện trường do U sinh ra thì lần nào nó cũng được