Lớp 11Vật Lý

Công thức lực lorenxo chuẩn xác nhất và bài tập ứng dụng lực lorenxo

Công thức lực lorenxo chuẩn xác nhất và bài tập ứng dụng lực lorenxo

Câu hỏi: Công thức lực lorenxo chuẩn xác 

Lời giải: 

Bạn đang xem: Công thức lực lorenxo chuẩn xác nhất và bài tập ứng dụng lực lorenxo

Công thức lực lorenxo là: F=q(E+v×B)

Cùng THPT Ninh Châu tìm hiểu chi tiết về công thức lực lorenxo chuẩn xác nhất và bài tập ứng dụng lực lorenxo nhé!

I. Lý thuyết?

1. Định nghĩa

      – Trong vật lý học và điện từ học, lực Lorenxơ là lực tổng hợp của lực điện và lực từ tác dụng lên một điện tích điểm nằm trong trường điện từ.

      – Đơn vị của lực Lorenxơ: N – Newton

2. Công thức

      – Định luật phát biểu rằng nếu hạt có điện tích q (C) chuyển động với vận tốc v (m/s) trong điện trường E (V/m) và từ trường B (G) thì nó sẽ chịu lực tác dụng lên nó. Định luật 3 Newton phát biểu về lực và phản lực, do vậy mặc dù phản lực của từ trường là nhỏ nhưng nó phải được tính đến. Lực Lorentz bằng:

F=q(E+v×B)

      – Các công thức phát sinh từ công thức cơ bản này miêu tả lực từ tác dụng lên dây dẫn có dòng điện chạy qua (đôi khi gọi là lực Laplace), phương của lực Lorenxơ là lực điện từ trong một vòng dây di chuyển qua từ trường (một khía cạnh của định luật cảm ứng điện từ Faraday), và lực tác dụng lên điện tích điểm chuyển động với vận tốc gần bằng tốc độ ánh sáng (dạng tương đối tính của lực Lorentz).

      – Oliver Heaviside là người đầu tiên suy luận ra công thức cho lực Lorentz vào năm 1889, mặc dù một số nhà lịch sử cho rằng James Clerk Maxwell đã đưa ra nó trong một bài báo năm 1865.[2] Định luật được đặt theo tên của Hendrik Lorentz, người tìm ra công thức sau Heaviside một vài năm và ông đã nghiên cứu và giải thích chi tiết ý nghĩa của lực này.

3. Lực từ động

[CHUẨN NHẤT] Công thức lực lorenxo chuẩn xác nhất và bài tập ứng dụng lực lorenxo

      – Thành phần gây ra bởi từ trường của lực này, còn gọi là lực từ hay đôi khi là lực Lorentz, có phương luôn vuông góc với phương chuyển động của hạt mang điện và làm thay đổi quỹ đạo chuyển động của hạt mang điện. Nếu hạt mang điện chuyển động theo phương vuông góc với đường cảm ứng từ thì hạt sẽ chuyển động theo quỹ đạo tròn, nếu hạt chuyển động theo phương không vuông góc với đường cảm ứng từ thì quỹ đạo của nó sẽ là hình xoắn ốc.

      – Lực tác động của từ trường lên dòng điện có nguyên nhân là thành phần này của lực Lorentz.

      – Lực từ giữa các cực của nam châm, cũng là tổng hợp lực gây ra bởi từ trường của nam châm này lên các electron chuyển động quanh nguyên tử ở nam châm kia, về bản chất cũng là thành phần này của lực Lorenxơ:

F=q(E+v×B)

II. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu C1 (trang 136 SGK Vật Lí 11):

      – Khi nào lực Lo-ren-xơ bằng 0⃗ 

      – Trả lời:

      – Ta có 

[CHUẨN NHẤT] Công thức lực lorenxo chuẩn xác nhất và bài tập ứng dụng lực lorenxo(ảnh 2)

      – f = 0 khi α = 0 hoặc 180° tức hạt mang điện chuyển động dọc theo đường sức của từ trường.

[CHUẨN NHẤT] Công thức lực lorenxo chuẩn xác nhất và bài tập ứng dụng lực lorenxo(ảnh 3)

Trả lời:

      – Hướng của lực Lo-ren-xơ được xác định theo quy tắc bàn tay trái và được biểu diễn như hình sau:

[CHUẨN NHẤT] Công thức lực lorenxo chuẩn xác nhất và bài tập ứng dụng lực lorenxo(ảnh 4)
[CHUẨN NHẤT] Công thức lực lorenxo chuẩn xác nhất và bài tập ứng dụng lực lorenxo(ảnh 5)

Trả lời:

      – Êlectron chuyển động trong từ trường theo quỹ đạo tròn chứng tỏ lực hướng tâm chính là lực Lo-ren-xơ tác dụng lên êlectron.

Áp dụng quy tắc bàn tay trái:

      + Chiều từ cổ tay đến ngón giữa ngược chiều với v vì q < 0.

      + Ngón cái choãi ra 90° là chiều của lực Lo-ren-xơ (hướng vào tâm của quỹ đạo).

      + Lúc này lòng bàn tay xòe ra hứng đường sức từ.

[CHUẨN NHẤT] Công thức lực lorenxo chuẩn xác nhất và bài tập ứng dụng lực lorenxo(ảnh 6)

Câu C4 (trang 137 SGK Vật Lí 11):

      – Từ công thức R= mv|q0|B, hãy tính chu kì của chuyển động tròn đều của hạt. Chứng tỏ chu kì đó không phụ thuộc vận tốc hạt (trong khi bán kính quỹ đạo tỉ lệ với vận tốc hạt).

Trả lời:

      – Chu kì chuyển động là thời gian hạt chuyển động hết một vòng tròn.

      – Vậy chu kì chuyển động tròn đều của hạt mang điện tr ong từ trường là:

[CHUẨN NHẤT] Công thức lực lorenxo chuẩn xác nhất và bài tập ứng dụng lực lorenxo(ảnh 7)

      – Vậy chu kì không phụ thuộc vào vận tốc của hạt.

Bài 2 (trang 138 SGK Vật Lí 11):

Phát biểu quy tắc bàn tay trái cho lực Lo-ren-xơ.

Lời giải:

      – Quy tắc bàn tay trái cho lực Lo-ren-xơ: “Đặt bàn tay trái mở rộng sao cho các đường sức từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay là chiều của vectơ vận tốc. Khi đó ngón tay cái choãi ra chỉ chiều lực Lo-ren-xơ tác dụng lên hạt mang điện dương và chỉ chiều ngược lại nếu hạt mang điện âm”

Bài 3 (trang 138 SGK Vật Lí 11):

Phát biểu nào dưới đây là sai?

Lực Lo-ren-xơ

A. vuông góc với từ trường.                                       B. vuông góc với vận tốc.

C. không phụ thuộc vào hướng của từ trường.           D. phụ thuộc vào dấu của điện tích.

Lời giải: Chọn C.

      – Theo quy tắc bàn tay trái thì lực Lo-ren-xơ vừa phụ thuộc vào dấu của điện tích, vừa phụ thuộc vào hướng của từ trường.

Bài 4 (trang 138 SGK Vật Lí 11):

Phát biểu nào dưới đây là đúng?

Hạt êlectron bay vào trong một từ trường đều theo hướng của từ trường B⃗  thì

A. hướng chuyển động thay đổi.                                B. độ lớn của vận tốc thay đổi.

C. động năng thay đổi.                                                D. chuyển động không thay đổi.

Lời giải: Chọn D.

      – Hạt êlectron bay vào trong một từ trường đều theo hướng của từ trường

[CHUẨN NHẤT] Công thức lực lorenxo chuẩn xác nhất và bài tập ứng dụng lực lorenxo(ảnh 8)

      – Þ Hạt êlectron không chịu tác dụng của lực Lo-ren-xơ nên chuyển động không thay đổi.

Bài 5 (trang 138 SGK Vật Lí 11): 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 của vận tốc tăng gấp đôi thì bán kính quỹ đạo là bao nhiêu.

A.  R2⋅                                      B. R.                               C. 2R.                   D. 4R.

Lời giải: Chọn C.

      – Ion bay theo quỹ đạo tròn bán kính R trong một mặt phẳng vuông góc với các đường sức của một từ trường đều, bán kính quỹ đạo tròn của ion được xác định bởi công thức:

[CHUẨN NHẤT] Công thức lực lorenxo chuẩn xác nhất và bài tập ứng dụng lực lorenxo(ảnh 9)

      – Þ Khi độ lớn của vận tốc tăng gấp đôi thì bán kính quỹ đạo tăng lên gấp đôi.

Bài 6 (trang 138 SGK Vật Lí 11): So sánh lực điện và lực Lo-ren-xơ cùng tác dụng nên một điện tích.

Lời giải:

      – So sánh lực điện và lực Lo-ren-xơ cùng tác dụng lên một điện tích q

Lực điện

Lực Lo-ren-xơ

Tác dụng lên điện tích đứng yên

Chỉ tác dụng lên điện tích chuyển động trong từ trường

Phụ thuộc vào bản chất hạt (dương hay âm)

Phụ thuộc vào bản chất hạt (dương hay âm)

Không phụ thuộc vào chiều chuyển động của hạt

Phụ thuộc vào chiều chuyển động của hạt

Cùng phương với điện trường

Luôn vuông góc với từ trường

Cùng chiều điện trường khi q > 0

Ngược chiều điện trường khi q < 0

Chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái

Độ lớn: F = |q|E

Độ lớn: f=|q|.v.B.sinα

 

Bài 7 (trang 138 SGK Vật Lí 11): Hạt proton chuyển động theo quỹ đạo tròn bán kính 5m dưới tác dụng của một từ trường đều B = 10-2 T. Xác định:

a) tốc độ proton.

b) chu kì chuyển động của proton.

      – Cho mp = 1,672.10-27 kg.

Lời giải:

a) Ta có công thức tính bán kính quỹ đạo của hạt mang điện chuyển động trong từ trường là:

[CHUẨN NHẤT] Công thức lực lorenxo chuẩn xác nhất và bài tập ứng dụng lực lorenxo(ảnh 10)

b) Chu kì chuyển động của proton là:

[CHUẨN NHẤT] Công thức lực lorenxo chuẩn xác nhất và bài tập ứng dụng lực lorenxo(ảnh 11)

Bài 8 (trang 138 SGK Vật Lí 11):Trong một từ trường đều có B⃗ thẳng đứng, cho một dòng các ion bắt đầu đi vào từ điểm A và đi ra tại C sao cho AC là 1/2 đường tròn trong mặt phẳng ngang. Các ion có cùng điện tích, cùng vận tốc đầu. Cho biết khoảng cách AC đối với ion C2H5O+ là 22,5 cm. Xác định khoảng cách AC đối với các ion C2H5OH+, C2H5+, OH+, CH2OH+, CH3+, CH2+.

Lời giải:

[CHUẨN NHẤT] Công thức lực lorenxo chuẩn xác nhất và bài tập ứng dụng lực lorenxo(ảnh 12)

      – Đối với ion X có khối lượng là m thì

[CHUẨN NHẤT] Công thức lực lorenxo chuẩn xác nhất và bài tập ứng dụng lực lorenxo(ảnh 13)
[CHUẨN NHẤT] Công thức lực lorenxo chuẩn xác nhất và bài tập ứng dụng lực lorenxo(ảnh 14)

Đăng bởi: THPT Văn Hiến

Chuyên mục: Lớp 11, Vật Lý 11

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button