Lực LO-REN-XƠ (Lorentz) Công Thức Cách Tính Và Bài Tập Vận Dụng

Có thể bạn quan tâm

Câu trả lời là có, các hạt tích điện chịu tác dụng của lực Lo-ren-xơ (Lorentz). Vật lực Lorenxơ xuất hiện khi nào? lực Lorenxơ có phải là lực tác dụng giữa từ trường và các hạt tích điện? lực Lorenxơ tác dụng lên electron hay 1 điện tích q như thế nào? chúng ta cùng tìm hiểu chi tiết qua bài viết dưới đây.

I. Lực Lo-ren-xơ

1. Lực Lo-ren-xơ là gì?

- Định nghĩa: Mọi hạt điện tích chuyển động trong một từ trường, đều chịu tác dụng của lực từ được gọi là lực Lo-ren-xơ (Lorentz).

2. Xác định lực Lo-ren-xơ, công thức tính lực Lorentz Các xác định lực Lorenxơ

• Lực Lo-ren-xơ do từ trường có cảm ứng từ small overrightarrow{B} tác dụng lên một hạt điện tích q0 chuyển động với vận tốc small overrightarrow{v} :

- Có phương vuông góc với small overrightarrow{B} và small overrightarrow{v}

- Có chiều tuân theo quy 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 small overrightarrow{v} khi q0 >0 và ngược chiều khi q0<0. Lúc đó, chiều của lực Lo-ren-xơ là chiều ngón cái choãi ra;

- Có độ lớn: $small f=left | q_{0} ight |vBsinalpha$ ; (trong đó α là góc tạo bởi small overrightarrow{v} và small overrightarrow{B} ).

II. Chuyển động của hạt điện tích trong từ trường đều

1. Chú ý quan trọng

- Khi hạt điện tích q0 khối lượng m bay vào trong từ trường với vận tốc small overrightarrow{v} mà chỉ chịu tác dụng của lực Lo-ren-xơ small overrightarrow{f} thì luôn luôn vuông góc với nên không sinh công, động năng của hạt được bảo toàn tức là độ lớn vận tốc của hạt không đổi, chuyển động của hạt là chuyển động đều.

2. Chuyển động của hạt điện tích trong từ trường đều

- Chuyển động của hạt điện tích là chuyển động phẳng trong mặt phẳng vuông gốc với từ trường.

chuyển động của hạt điện tích trong từ trường đều

- Trong mặt phẳng, lực Lo-ren-xơ small overrightarrow{f} luôn vuông góc với vận tốc small overrightarrow{v} nên đóng vai trò như lực hướng tâm:

$small f=frac{mv^{2}}{R}=left | q_{0} ight |vB$

- 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 phẳng vuông góc với từ trường, có bán kính cho bởi công thức sau:

$small R=frac{mv}{left | q_{0} ight |B}$

III. Bài tập vận dụng lực Lo-ren-xơ (Lorentz).

* Bài 1 trang 138 SGK Vật Lý 11: Lực Lo-ren-xơ là gì? Viết công thức của lực Lo-ren-xơ?

° Lời giải bài 1 trang 138 SGK Vật Lý 11:

◊ Lực Lo-ren-xơ do từ trường có cảm ứng từ B tác dụng nên một hạt điện tích q0 chuyển động với vận tốc v có:

- Phương: Vuông góc với v và B.

- Chiều: Tuân theo quy tắc bàn tay trái.

- Độ lớn: f = |q0|vBsinα. Trong đó α là góc tạo bởi vectơ v và B.

* Bài 2 trang 138 SGK Vật Lý 11: Phát biểu quy tắc bàn tay trái cho lực Lo-ren-xơ.

° Lời giải bài 2 trang 138 SGK Vật Lý 11:

◊ Phát biểu quy tắc bàn tay trái cho 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 small overrightarrow{v} khi q0 >0 và ngược chiều khi q0<0. Lúc đó, chiều của lực Lo-ren-xơ là chiều ngón cái choãi ra;

* Bài 3 trang 138 SGK Vật Lý 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 bài 3 trang 138 SGK Vật Lý 11:

◊ Chọn đáp án: C.không phụ thuộc vào hướng của từ trường.

- 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 nên câu C sai.

* Bài 4 trang 138 SGK Vật Lý 11: Phát biểu nào dưới đây là đúng? Hạt electron bay vào trong một từ trường đều theo hướng của từ trường small overrightarrow{B} 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 bài 4 trang 138 SGK Vật Lý 11:

◊ Chọn đáp án: D. chuyển động không thay đổi

- Hạt electron bay vào trong một từ trường đều theo hướng của từ trường B nên góc α tạo bởi v và B bằng 00. Như vây, hạt êlectron không chịu tác dụng của lực Lo-ren-xơ nên hạt tiếp tục chuyển động đều theo hướng ban đầu.

* Bài 5 trang 138 SGK Vật Lý 11: 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?

A. R/2 B. R C. 2R D. 4R

° Lời giải bài 5 trang 138 SGK Vật Lý 11:

◊ Chọn đáp án: C. 2R

- Vì ta có bán kính của ion: $small R=frac{mv}{left | q_{0} ight |B}$ nên khi vận tốc tăng gấp đôi thì R tăng gấp đôi.

* Bài 6 trang 138 SGK Vật Lý 11: So sánh lực điện và lực Lo-ren-xơ cùng tác dụng lên một điện tích.

° Lời giải bài 6 trang 138 SGK Vật Lý 11:

◊ Lực điện:

- Tác dụng lên một điện tích đứng yên

- Phụ thuộc vào bản chất hạt (âm hay dương)

- Hạt đứng yên

- Cùng phương với điện trường

- Chiều: small overrightarrow{F} cùng chiều với small overrightarrow{E} khi q>0; và ngược chiều khi q<0.

◊ Lực Lo-ren-xơ:

- Tác dụng lên điện tích chuyển động

- Phụ thuộc vào bản chất hạt (âm hay dương)

- Phụ thuộc vào chiều chuyển động của điện tích ( small overrightarrow{v} )

- Phương: Luôn vuông góc với từ trường

- Chiều: tuân theo quy tắc bàn tay trái

* Bài 7 trang 138 SGK Vật Lý 11: Hạt prôtôn 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 của prôtôn.

b) chu kì chuyển động của prôtôn.

Cho mp = 1,672.10-27 kg.

° Lời giải bài 7 trang 138 SGK Vật Lý 11:

a) Tốc độ của proton là:

- Từ công thức tính bán kính chuyển động:

$R=\frac{mv}{\left | q_0 \right |B}\Rightarrow v=\frac{\left | q_0 \right |B.R}{m}$

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

b) Chu kỳ của chuyển động tròn là:

$small T=frac{2pi }{omega }$ , mặt khác lại có: small v=omega R

- Nên ta có: $small T=frac{2pi R}{v}$ $small =frac{2.3,14.5}{4,784.10^{6}}=6,6.10^{-6}(s)$

* Bài 8 trang 138 SGK Vật Lý 11: Trong một từ trường đều có small overrightarrow{B} thẳng đứng, cho một dòng các ion bắt đầu đi vào từ trường từ điểm A và đi ra điểm C, sao cho AC là 1/2 đường tròn trong mặt phẳng ngang. Các ion có cùng điện tích, cùng vận tốc ban đầu. Cho biết khoảng cách AC giữa điểm đi vào và điểm đi ra đối với ion C2H5OH+ là 22,5 cm, xác định khoảng cách AC đối với các ion C2H5OH+; C2H5+; OH+; CH2OH+; CH3+; CH2+.

° Lời giải bài 8 trang 138 SGK Vật Lý 11:

- Trong từ trường đều small overrightarrow{B} ion C2H5O+ (m1 = 45đvC) chuyển động tròn đều với bán kính R1. Ta có:

$small AC_{1}=2R_{1}=frac{2m_{1}v}{left | q_{0} ight |B}=22,5(cm)$