Bài tập tổng hợp nâng cao về Lực Lorenxơ môn Vật lý 11 năm học 2019-2020

LỰC LORENXƠ

1. Tóm tắt lý thuyết

- Lực lorenxơ là lực từ do từ trường tác dụng lên 1 hạt mang điện chuyển động trong từ trường.

- Đặc điểm lực Lorenxơ:

+) Điểm đặt: trên điện tích

+) Phương: vuông góc với mặt phẳng chứa \(\overrightarrow v\) và  \(\overrightarrow B \).

+) Chiều: Quy tắc bàn tay trái: “Đặt bàn tay trái duỗi thẳng sao cho vecto \(\overrightarrow B \) hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa là chiều của \(\overrightarrow v\) khi q > 0 và ngược chiều \(\overrightarrow v\) khi q < 0, khi đó chiều của lực lorenxo là chiều ngón cái choãi ra.”

+) Độ lớn :  \(f = \left| q \right|vB.\sin \alpha \)

với \(\alpha = \left( {\overrightarrow v ,\overrightarrow B } \right)\) .

- Một số lưu ý:

+) Lực hướng tâm:  

\({F_{ht}} = m{a_{ht}} = m\frac{{{v^2}}}{R} = m{\omega ^2}R\)

+) Chuyển động tròn đều:  

\(T = \frac{{2\pi R}}{v} = \frac{{2\pi }}{\omega } = \frac{1}{f}\)

+) Khi \(\alpha = {90^ \circ }\) thì hạt chuyển động tròn đều, lực Lorenxơ đóng vai trò lực hướng tâm:  

\(\begin{array}{l} f = {F_{ht}}\\ \Leftrightarrow \left| {qvB} \right| = m\frac{{{v^2}}}{R} = m{\omega ^2}R\\ \Rightarrow R = \frac{{mv}}{{\left| q \right|B}} \end{array}\)

(R là bán kính quĩ đạo tròn của hạt điện tích chuyển động, m)

+) Khi điện tích chuyển động điện trường \(\overrightarrow B \) và cường độ điện trường \(\overrightarrow E\) thì điện tích chịu tác dụng đồng thời hai lực: lực điện \(\overrightarrow {{F_d}} \) và lực từ \(\overrightarrow {{F_t}} \) .

+) Khi điện tích chuyển động thẳng đều thì hợp lực tác dụng lên điện tích bằng không.

+) Khi electron được gia tốc bởi hiệu điện thế U thì nó sẽ có động năng:  

\({W_d} = \frac{1}{2}m{v^2} = \left| e \right|U\)

+) Định lý biến thiên động năng:  

\({A_{12}} = {W_{d2}} - {W_{d1}} = \frac{1}{2}mv_2^2 - \frac{1}{2}mv_1^2\)

Với \({v_1},{v_2}\) là vận tốc lúc đầu và vận tốc lúc sau (m/s).

2. Bài tập minh họa

Ví dụ 1: Một electron bay vào trong từ trường đều với vận tốc ban đầu vuông góc với  \(\overrightarrow B \). Tính độ lớn của \(\overrightarrow {{f_1}} \) nếu \(v = {2.10^{ - 5}}m/s\) và B = 0,2T. Cho biết electron có độ lớn  .

Lời giải:

Ta có:

\(\begin{array}{l} {f_L} = Bvq\sin \alpha \\ = 0,{2.2.10^5}.1,{6.10^{ - 19}}.\sin {90^ \circ }\\ = 6,{4.10^{ - 15}}\left( N \right) \end{array}\)

Ví dụ 2: Một electron có khối lượng \(m = 9,{1.10^{ - 31}}\) kg, chuyển động với vận tốc ban đầu  \({v_0} = {10^7}m/s\), trong một từ trường đều \(\overrightarrow B \) sao cho \(\overrightarrow {{v_0}} \) vuông góc với các đường sức từ. Quỹ đạo của electron là một đường tròn bán kính R = 20 mm. Tìm độ lớn của cảm ứng từ B.

Lời giải:

Khi electron chuyển động vào từ trường với vận tốc ban đầu vuông góc với cảm ứng từ \(\overrightarrow B \) thì electron sẽ chuyển động tròn đều, do đó lực Lorenxơ là lực hướng tâm nên ta có:

\(\begin{array}{l} m\frac{{{v^2}}}{R} = B.v.\left| q \right|\\ \Rightarrow B = m\frac{v}{{R.\left| q \right|}} = 2,{84.10^{ - 3}}\left( T \right) \end{array}\) .

Ví dụ 3: Một electron có vận tốc ban đầu bằng 0, được gia tốc bằng một hiệu điện thế U = 500 V, sau đó bay vào theo phương vuông góc với đường sức từ. Cảm ứng từ của từ trường là B = 0,2T. Bán kính quỹ đạo của electron.

Lời giải:

Theo định lý động năng ta có:

\({W_{d2}} - {W_{d1}} = A\) ngoại lực

\(\begin{array}{l} \Rightarrow \frac{1}{2}m{v^2} - {0^2} = \left| q \right|U\\ \Rightarrow v = \sqrt {\frac{{2\left| q \right|U}}{m}} \end{array}\)

Vì proton chuyển động với quỹ đạo tròn nên lực Lorenxơ là lực hướng tâm, nên: 

\(\begin{array}{l} m\frac{{{v^2}}}{R} = B.v.\left| q \right|\\ \Rightarrow R = \frac{{mv}}{{B\left| q \right|}}\\ = \frac{{m\sqrt {\frac{{2\left| q \right|U}}{m}} }}{{B\left| q \right|}} = \frac{1}{B}\sqrt {\frac{{2U.m}}{{\left| q \right|}}} \\ = 3,{77.10^{ - 3}}\left( m \right) = 3.88\left( {mm} \right) \end{array}\)

Ví dụ 4: Một hạt điện tích \(q = 1,{6.10^{ - 18}}C\) chuyển động theo quỹ đạo tròn trong từ trường đều với bán kính quỹ đạo là 5 m, dưới tác dụng của từ trường đều \(B = {4.10^{ - 2}}T\) , hãy xác định: a) Tốc độ của điện tích nói trên. b) Lực từ tác dụng lên điện tích. c) Chu kì chuyển động của điện tích. Cho biết khối lượng của hạt điện tích  \(3,{28.10^{ - 26}}\)kg.

Lời giải:

a) Vì electron bay vào từ trường và chuyển động trên quỹ đạo tròn nên lực Lo-ren-xơ là lực hướng tâm:

\(\begin{array}{l} Bvq = m\frac{{{v^2}}}{r}\\ \Rightarrow v = \frac{{Bqr}}{m} = 9,{76.10^6}\left( {m/s} \right) \end{array}\)

b) Độ lớn lực Lo-ren-xơ tác dụng lên hạt:  

\(f = Bvq = 6,{24.10^{ - 13}}\left( N \right)\)

c) Chu kì quay của electron:  

\(T = \frac{{2\pi }}{\omega } = \frac{{2\pi r}}{v} = {3.22.10^{ - 6}}\left( s \right)\)

...

---Để xem tiếp nội dung Chuyên đề Bài tập tổng hợp nâng cao về Lực Lorenxơ môn Vật lý 11, các em vui lòng đăng nhập vào trang hoc247.net để xem online hoặc tải về máy tính---

Trên đây là một phần trích đoạn nội dung Bài tập tổng hợp nâng cao về Lực Lorenxơ môn Vật lý 11 năm học 2019-2020. Để xem toàn bộ nội dung các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang hoc247.net để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập .

Các em quan tâm có thể tham khảo thêm các tài liệu cùng chuyên mục:

• Tóm tắt kiến thức và công thức chương 1 Điện tích- Điện tích trường môn Vật lý 11

• Bài tập tổng hợp Điện tích- Điện trường hay và khó Vật lý 11

• Bài tập tổng hợp nâng cao Điện tích- Định luật Culong Vật lý 11

Chúc các em học tập tốt !