Đang tải... (xem toàn văn)
Lực Lorenxơ phải ngược chiều với lực điện F d (hình vẽ). Ví dụ 6: Một electron bay vào trong từ trường đều. Mặt phẳng quỹ đạo của hạt vuông góc với các đường sức từ.. Hỏi ngay sau[r]
(1)LỰC LORENXƠ 1 Tóm tắt lý thuyết
- Lực lorenxơ là lực từ từ trường tác dụng lên hạt mang điện chuyển động từ trường
- Đặc điểm lực Lorenxơ:
+) Điểm đặt: điện tích
+) Phương: vng góc với mặt phẳng chứa v B
+) Chiều: quy tắc bàn tay trái: “Đặt bàn tay trái duỗi thẳng cho vecto B hướng vào lịng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay chiều v q > ngược chiều v q < 0, chiều lực lorenxo chiều ngón chỗi ra.”
+) Độ lớn : f q vB.sin với v B, - Một số lưu ý:
+) Lực hướng tâm:
2
2
ht ht
v
F ma m m R
R
+) Chuyển động tròn đều: T R
v f
+) Khi 90 hạt chuyển động trịn đều, lực Lorenxơ đóng vai trị lực hướng tâm:
2
2
ht
v mv
f F qvB m m R R
R q B
(2)+) Khi điện tích chuyển động điện trường B cường độ điện trường E điện tích chịu tác dụng đồng
thời hai lực: lực điện Fd lực từ Ft
+) Khi điện tích chuyển động thẳng hợp lực tác dụng lên điện tích khơng
+) Khi electron gia tốc hiệu điện U có động năng: 2 d
W mv e U
+) Định lý biến thiên động năng: 2
12 2
1
2
d d
A W W mv mv Với v v1, 2 vận tốc lúc đầu vận tốc lúc sau (m/s)
2 Bài tập minh họa
Ví dụ 1: Một electron bay vào từ trường với vận tốc ban đầu vng góc với B Tính độ lớn
1
f v2.105m s B = 0,2T Cho biết electron có độ lớn e1, 6.1019C
Lời giải:
5 19 15
sin 0, 2.2.10 1, 6.10 sin 90 6, 4.10 L
f Bvq N
Ví dụ 2: Một electron có khối lượng m9,1.1031 kg, chuyển động với vận tốc ban đầu v0 107m s , từ trường B cho v0 vng góc với đường sức từ Quỹ đạo electron đường trịn bán kính R = 20 mm Tìm độ lớn cảm ứng từ B
Lời giải:
Khi electron chuyển động vào từ trường với vận tốc ban đầu vng góc với cảm ứng từ B electron chuyển động trịn đều, lực Lorenxơ lực hướng tâm nên ta có:
2
3
2,84.10
v v
m B v q B m T
R R q
(3)Theo định lý động ta có: Wd2Wd1Angoại lực
2 2
1
0
q U
mv q U v
m
Vì proton chuyển động với quỹ đạo trịn nên lực Lorenxơ lực hướng tâm, nên:
v
m B v q R
3
1
3, 77.10 3.88 q U
m
mv m U m
R m mm
B q B q B q
Ví dụ 4: Một hạt điện tích q1, 6.1018C chuyển động theo quỹ đạo trịn từ trường với bán kính quỹ đạo m, tác dụng từ trường
4.10
B T , xác định: a) Tốc độ điện tích nói
b) Lực từ tác dụng lên điện tích
c) Chu kì chuyển động điện tích Cho biết khối lượng hạt điện tích 26 3, 28.10 kg
Lời giải:
a) Vì electron bay vào từ trường chuyển động quỹ đạo tròn nên lực Lo-ren-xơ lực hướng tâm:
2
6 9, 76.10
v Bqr
Bvq m v m s
r m
b) Độ lớn lực Lo-ren-xơ tác dụng lên hạt: 13 6, 24.10
f Bvq N c) Chu kì quay electron: T 2 r 3.22.10 6 s
v
Ví dụ 5: Một electron có vận tốc v2.105m s vào điện trường E vng góc với đường sức điện Cường độ điện trường
10
(4)Lời giải:
Trong điện trường electron chịu tác dụng lựuc điện: Fd qEeE
Vì qe 0 Fd ngược chiều với E
Để electron chuyển động thẳng hợp lực tác dụng lên phải
Lực từ (lực Lorenxơ) phải cân với lực điện trường
Lực Lorenxơ phải ngược chiều với lực điện Fd (hình vẽ) Áp dụng quy tắc bàn trái suy chiều cảm ứng từ B có chiều từ ngồi vào mặt phẳng hình vẽ (như hình)
Mặt khác: fL Fd Bv q q E B E 5.10 2 T v
Ví dụ 6: Một electron bay vào từ trường Mặt phẳng quỹ đạo hạt vng góc với đường sức từ Nếu hạt chuyển động với vận tốc v1 1,8.106m s lực Lo-ren-xơ tác dụng lên hạt có độ lớn
6 2,10
f N Hỏi hạt chuyển động với vận tốc 4,5.10
v m s lực Lo-ren-xơ tác dụng lên hạt có độ lớn
Lời giải:
Độ lớn lực Lorenxơ: fL Bv qsin
Vì hạt chuyển động vng góc với từ trường nên v B, 90 sin1 Vậy độ lớn lực Lorenxơ là: fL Bv q
Khi hạt chuyển động với vận tốc v1 thì: fL1 Bv q1 (1) Khi hạt chuyển động với vận tốc v2 thì: fL2 Bv q2 (2)
7 4,5.10
(5)Ví dụ 7: Một electron hạt anpha sau tăng tốc hiệu điện U = 1000 V, bay vào trọng từ trường (có cảm ứng từ B = T) theo phương vng góc với đường sức từ hình vẽ Hỏi sau bay vào từ trường hạt bay lệch phía Tính lực lo-ren-xơ tác dụng lên hạt
Biết:
19 19
27 31
1, 6.10 , 3, 2.10 6, 67.19 , e 9,1.10
e C q C
m kg m kg
Lời giải:
Áp dụng quy tắc bàn tay trái ta xác định chiều lực Lorenxơ tác dụng lên hạt có chiều hình vẽ Do hạt electron lệch sang bên trái, hạt anpha lệch sang bên phải
Áp dụng định lí động ta tính tốc độ electron hạt anpha:
2
1
e U
e U mv v
m 19 31 19 27
2 2.1, 6.10 1000
1,9.10 9,1.10
2 2.3, 2.10 1000
3,1.10 6, 67.10
e
e e U
v m s
m q U
v m s
m
Độ lớn lực Lorenxơ tác dụng lên hạt:
7 19 12
5 19 13
2.1,9.10 1, 6.10 6.10 2.3,1.10 3, 2.10 1,98.10 e
f Bv e N
f Bv q N
(6)trong dây dẫn thẳng dài vơ hạn, có cường độ I = 20 A, hạt mang điện chuyển động theo song song với dây dẫn, cách dây dẫn đoạn cm
a) Hãy xác định B dòng điện gây điểm mà hạt mang điện qua
b) Nếu hạt mang điện chuyển động với vận tốc v = 2000 m/s, lực từ tác dụng lên hạt 4.105N Hãy xác định độ lớn điện tích hạt
c) Giả sử hạt mang điện có điện tích 2.108C , chuyển động với vận tốc 2500 m/s, xác định vectơ lực từ tác dụng lên hạt mang điện nói
Lời giải:
a) B 2.10 I 8.105 T r
b) Khi hạt mang điện bay qua chịu tác dụng từ trường B dòng điện gây điểm đó, ta có: 5
2.10 f
f Bvq q C
Bv
c) Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy chiều cảm ứng từ vị trí điện tích có chiều hướng từ ngồi vào
Lực Lo-ren-xơ tác dụng lên điện tích: f Bvq4.109 N
Ví dụ 9: Một electron bay với vận tốc v vào từ trường có cảm ứng từ B theo phương hợp với đường cảm ứng từ góc Xác định quỹ đạo chuyển động hạt đặc điểm quỹ đạo trường hợp:
a) 0 b) 90 c) 0 90
(7)a) Lực từ tác dụng lên hạt electron: fL Bvqsin 00
Hạt electron chuyển động thẳng với vận tốc theo phương B
b) Lực từ tác dụng lên hạt electron: fL Bvqsin 90Bve
Áp dụng quy tắc bàn tay trái suy chiều lực từ fL hình vẽ
Vì f v nên electron chuyển động tròn suy fL lực hướng tâm nên:
2
L M
v mv
f F Bv e m R
R B e
c) Vận tốc v phân tích thành thành phần: 2/ /
v B
v B
thành phần v1 làm electron chuyển động trịn với bán kính:
1 sin mv m v R
B e B e
Thời gian hết vòng là:
2 R m t
v e B
Thành phần v2 làm cho electron chuyển động thẳng với vận tốc:
2 cos
v v dọc theo từ trường B
Trong thời gian t đoạn đường: h v t2 m .cosv e B
Do tham gia đồng thời hai chuyển động nói nên hạt electron chuyển động theo đường xoắn ốc với bước
xoắn ốc: h v2t m .cosv e B
(8)Website HOC247 cung cấp môi trường học trực tuyến sinh động, nhiều tiện ích thơng minh, nội
dung giảng biên soạn công phu giảng dạy giáo viên nhiều năm kinh nghiệm,
giỏi kiến thức chuyên môn lẫn kỹ sư phạm đến từ trường Đại học trường chuyên
danh tiếng
I. Luyện Thi Online
- Luyên thi ĐH, THPT QG: Đội ngũ GV Giỏi, Kinh nghiệm từ Trường ĐH THPT danh tiếng xây dựng
các khóa luyện thi THPTQG các mơn: Tốn, Ngữ Văn, Tiếng Anh, Vật Lý, Hóa Học Sinh Học
- Luyện thi vào lớp 10 chuyên Tốn: Ơn thi HSG lớp 9 luyện thi vào lớp 10 chuyên Toán trường
PTNK, Chuyên HCM (LHP-TĐN-NTH-GĐ), Chuyên Phan Bội Châu Nghệ An trường Chuyên khác
TS.Trần Nam Dũng, TS Pham Sỹ Nam, TS Trịnh Thanh Đèo Thầy Nguyễn Đức Tấn.
II. Khoá Học Nâng Cao HSG
- Tốn Nâng Cao THCS: Cung cấp chương trình Tốn Nâng Cao, Toán Chuyên dành cho em HS THCS lớp 6, 7, 8, u thích mơn Tốn phát triển tư duy, nâng cao thành tích học tập trường đạt điểm tốt kỳ thi HSG
- Bồi dưỡng HSG Toán: Bồi dưỡng phân mơn Đại Số, Số Học, Giải Tích, Hình Học và Tổ Hợp dành cho học sinh khối lớp 10, 11, 12 Đội ngũ Giảng Viên giàu kinh nghiệm: TS Lê Bá Khánh Trình, TS Trần Nam Dũng, TS Pham Sỹ Nam, TS Lưu Bá Thắng, Thầy Lê Phúc Lữ, Thầy Võ Quốc Bá Cẩn đôi HLV đạt thành tích cao HSG Quốc Gia
III. Kênh học tập miễn phí
- HOC247 NET: Website hoc miễn phí học theo chương trình SGK từ lớp đến lớp 12 tất môn học với nội dung giảng chi tiết, sửa tập SGK, luyện tập trắc nghiệm mễn phí, kho tư liệu tham khảo phong phú cộng đồng hỏi đáp sôi động
- HOC247 TV: Kênh Youtube cung cấp Video giảng, chuyên đề, ôn tập, sửa tập, sửa đề thi miễn phí từ lớp đến lớp 12 tất mơn Tốn- Lý - Hoá, Sinh- Sử - Địa, Ngữ Văn, Tin Học Tiếng Anh
Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai
Học lúc, nơi, thiết bi – Tiết kiệm 90%
Học Toán Online Chuyên Gia