Giải vật lí 11 bài 22: Lực Lo-ren-xo
CHƯƠNG 1. CÂN BẰNG HÓA HỌC
CHƯƠNG 2. NITROGEN - SULFUR
CHƯƠNG 2. NITROGEN - SULFUR
CHƯƠNG 4. HYDROCARBON
CHƯƠNG 5. DẪN XUẤT HALOGEN - ALCOHOL - PHENOL
CHƯƠNG 6. HỢP CHẤT CARBONYL - CARBOXYLIC ACID
CHƯƠNG 1. CÂN BẰNG HÓA HỌC
CHƯƠNG 2. NITROGEN - SULFUR
CHƯƠNG 2. NITROGEN - SULFUR
CHƯƠNG 4. HYDROCARBON
CHƯƠNG 5. DẪN XUẤT HALOGEN - ALCOHOL - PHENOL
CHƯƠNG 6. HỢP CHẤT CARBONYL - CARBOXYLIC ACID
[toc:ul]
I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
1. Lực Lo-ren-xo
Lực Lo-re-xơ: là lực từ tác dụng lên các điện tích chuyển động trong từ trường.
Lực từ $\overrightarrow{F}$ tác dụng lên phần tử dòng điện $I.\overrightarrow{l}$ có phương vuông góc với $\overrightarrow{B}$ và $\overrightarrow{l}$, có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái và có độ lớn được xác định bởi công thức: $F = I.l.B.\sin \alpha $. Giả thiết là từ trường đều.
Giả sử phần tử mang điện chứa N hạt điện tích thì lực lo-ren-xo là:
$f = \frac{F}{N} = \frac{I.l}{N}.\sin \alpha $.
Gọi n0 là mật độ hạt điện tích trong dây dẫn, S là tiết diện dây dẫn thì:
N = n0.S.l (S.l là thể tích dây dẫn).
I = q0.(S.v.n0)
$\Rightarrow $ $\frac{I.l}{N} = q_{0}.v$
Vậy công thức của lực Lo-ren-xo là: f = q0.v.B. $\sin \alpha $.
Lực lo-ren-xo do từ trường có cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ tác dụng lên một hạt tích điện q0 chuyển động với vân tốc $\overrightarrow{v}$:
- Có phương vuông góc với $\overrightarrow{v}$ và $\overrightarrow{B}$;
- 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 $\overrightarrow{v}$ khi q0 > 0 và ngược chiều $\overrightarrow{v}$ khi q0 < 0. Lúc đó, chiều của lực lo-ren-xo là chiều ngón tay cái choãi ra;
- Có độ lớn: f = q0.v.B. $\sin \alpha $.
- $\alpha $ là góc tạo bởi $\overrightarrow{v}$ và $\overrightarrow{B}$.
2. Chuyển động của hạt tích điện trong từ trường đều
2.1. Công suất tức thời của lực Lo-ren-xo
Công suất tức thời của lực lo-ren-xo (lực duy nhất tác dụng lên điện tích) tác dụng lên một điện tích q có khối lượng m là:
P = $\overrightarrow{f}$.$\overrightarrow{v}$ = 0.
$\Rightarrow $ độ lớn vận tốc của hạt không đổi, hạt chuyển động đều.
2.2. Chuyển động của hạt điện tích trong từ trường đều
Xét điện tích q, khối lượng m chuyển động trong một từ trường đều $\overrightarrow{B}$ với vecto vận tốc ban đầu vuông góc với từ trường.
Phương trình chuyển động của hạt: $m.\overrightarrow{a} = \overrightarrow{f}$.
Lực lo-ren-xo đóng vai trò là lực hướng tâm, nên ta có:
$f = m.\frac{v^{2}}{R} = \left | q \right |.v.B$, với R là bán kính cong quỹ đạo.
Vì R không đổi nên quỹ đạo chuyển động của một điện tích là một đường tròn.
Kết quả: Quỹ đạo của một hạt tích điện chuyển động 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: $R = \frac{m.v}{\left | q \right |.B}$.
Ứng dụng của lực Lo-ren-xo: đo điện từ, ống phóng điện tử truyền hình, máy gia tốc, khối phổ kế,...
II. GIẢI BÀI TẬP
Giải câu 1: Lực Lo-ren-xơ là gì? Viết công thức...
Lực Lo-ren-xơ là gì? Viết công thức của lực Lo-ren-xơ.
Bài giải:
Lực Lo-re-xơ: là lực từ tác dụng lên một điện tích chuyển động trong từ trường.
Công thức của lực Lo-ren-xo là: f = q0.v.B. $\sin \alpha $.
Giải câu 2: Phát biểu quy tắc bàn tay trái cho...
Phát biểu quy tắc bàn tay trái cho lực Lo-ren-xơ.
Bài giải:
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 $\overrightarrow{v}$ khi q0 > 0 và ngược chiều $\overrightarrow{v}$ khi q0 < 0. Lúc đó, chiều của lực lo-ren-xo là chiều ngón tay cái choãi ra.
Giải câu 3: Phát biểu nào dưới đây là sai...
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.
Bài giải:
Chọn đáp án C.
Giải câu 4: Phát biểu nào sau đây là đúng...
Phát biểu nào sau đây là đúng?
Hạt electron bay vào trong một từ trường đều theo hướng của từ trường $\overrightarrow{B}$ thì
A. hướng chuyển động thay đổi.
B. độ lớn vận tốc thay đổi.
C. động năng thay đổi.
D. chuyển động không thay đổi.
Bài giải:
Chọn đáp án D.
Giải thích: Khi electron bay theo hướng của từ trường thì góc hợp bởi vecto vận tốc của electron với từ trường là 0, do đó lực Lo-ren-xơ tác dụng lên hạt bằng 0. Vì vậy, chuyển động của hạt không đổi.
Giải câu 5: Một ion bay theo quỹ đạo tròn bán...
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 vận tốc tăng gấp đôi thì bán kính quỹ đạo là bao nhiêu?
A. R/2.
B. R.
C. 2R.
D. 4R.
Bài giải:
Chọn đáp án C.
Giải thích:
Bán kính quỹ đạo của ion chuyển động trong từ trường khi có vận tốc vuông góc với đường sức từ là: $R = \frac{m.v}{\left | q \right |.B}$.
Vậy khi vận tốc tăng lên gấp đôi thì bán kính cũng tăng lên 2 lần.
Giải câu 6: So sánh lực điện và lực Lo-ren-xơ...
So sánh lực điện và lực Lo-ren-xơ cùng tác dụng lên một điện tích.
Bài giải:
Lực điện: cùng phương với cảm ứng điện.
Lực Lo-ren-xơ: có phương vuông góc với cảm ứng từ.
Giải câu 7: Hạt proton chuyển động theo quỹ...
Hạt proton chuyển động theo quỹ đạo tròn bán kính 5 m dưới tác dụng của một từ trường đều B = 10-2 T. Xác định:
a. tốc độ của proton.
b. chu kì chuyển động của proton. Cho mp = 1,672.10-27 kg.
Bài giải:
a. Tốc độ proton là:
$R = \frac{m.v}{\left | q \right |.B}$ $\Rightarrow $ $v = \frac{R.q.B}{m} = \frac{5.1,6.10^{-19}.10^{-2}}{1,672.10^{-27}} \approx 4,8.10^{6}$ (m/s).
b. chu kì của proton là: $T = \frac{2\pi .R}{v} = \frac{2\pi .5}{4,8.10^{6}} \approx 6,5.10^{-6}$ (s).
Giải câu 8*: Trong một từ trường đều có $\overrightarrow{B}$...
Trong một từ trường đều có $\overrightarrow{B}$ thẳng đứng, cho một dòng các ion bắt đầu đi vào từ trường từ điểm A và đi ra tại điểm C, sao cho AC là $\frac{1}{2}$ đường tròn trong mặt phẳng nằm ngang. Các ion có cùng điện tích, cùng vận tốc đầu. Cho biết khoảng cách AC giữa điểm đi vào và điểm đi ra đối với ion C2H5O+ là 22,5 cm, xác định khoảng cách AC đổi với các ion C2H5OH+; C2H5+; OH+; CH2OH+; CH3+; CH2+.
Bài giải:
Bán kính quỹ đạo của ion C2H5O+ là $R = \frac{22,5}{2} = 11,25$ (cm).
Ta có: $\frac{R_{C_{2}H_{5}OH^{+}}}{R_{C_{2}H_{5}O^{+}}} = \frac{m_{C_{2}H_{5}OH^{+}}}{C_{2}H_{5}O^{+}} = \frac{46}{45}$ $\Rightarrow $ $R_{C_{2}H_{5}OH^{+}} = \frac{46}{45}.11,25 = 11,5$
Vậy khoảng cách AC của ion C2H5OH+ là: 11,5.2 = 23 (cm).
Tương tự, khoảng các AC đối với các ion C2H5+; OH+; CH2OH+; CH3+; CH2+ lần lượt là: 14,5; 8,5; 15,5; 7,5; 7,0 (cm).