Vật lí 11 Bài 22: Lực Lo-ren-xơ

Mục lục Giải Vật lí 11 Bài 22: Lực Lo-ren-xơ

Video giải Vật lí 11 Bài 22: Lực Lo-ren-xơ

C1 trang 136 Vật lí lớp 11: Khi nào lực Lo-ren-xơ bằng vectơ $\overrightarrow{0}$?

Lời giải:

Ta có f = |q₀|.v.B.sinα

Ta thấy: f = 0 khi sin α = 0 => α = 0 hoặc 180^o lúc đó $\overrightarrow{B}$$\overrightarrow{v}$ cùng phương v.

C2 trang 136 Vật lí lớp 11: Xác định lực Lo-ren-xơ trên hình 22.4.

Lời giải:

Xác định lực Lo-ren-xơ theo quy tắc bàn tay trái:

– Lòng bàn tay hứng vectơ $\overrightarrow{B}$.

– Do đây là hạt mang điện âm nên chiều từ cổ tay đến ngón giữa hướng ngược chiều vectơ $\overrightarrow{v}$.

– Ngón cái choãi ra 90^o chỉ chiều lực Lo-ren-xơ.

Ta được hướng của lực Lo-ren-xơ như hình vẽ:

C3 trang 137 Vật lí lớp 11: Hình 22.6 là quỹ đạo tròn của một electron trong một mặt phẳng vuông góc với từ trường đều B. Xác định chiều của $\overrightarrow{B}$.

Lời giải:

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

Áp dụng quy tắc bàn tay trái:

Chiều từ cổ tay đến ngón giữa ngược chiều với $\overrightarrow{v}$ vì q < 0.

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

Lúc này lòng bàn tay xòe ra hướng đường sức từ (có chiều như hình 22.6a).

Vậy cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ có phương vuông góc với mặt phẳng và có chiều đâm vào trong.

C4 trang 137 Vật lí lớp 11: Từ công thức  $R=\frac{m.v}{\left|q_0\right|B}$ hãy tính chu kỳ của chuyển động tròn đều của hạt. Chứng tỏ chu kỳ đó không phụ thuộc vận tốc hạt (trong khi bán kính quỹ đạo tỉ lệ với vận tốc hạt).

Lời giải:

Vì hạt chuyển động tròn đều nên vận tốc của hạt được xác định bằng công thức: 

$v=\omega .R=\frac{2\pi }{T}.R$

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

$\Rightarrow T=\frac{2\pi .R}{v}$

Vậy chu kì chuyển động tròn đều của hạt mang điện trong từ trường là:

$T=\frac{2\pi .R}{v}=\frac{2\pi }{v}.\frac{m.v}{\left|q_0\right|.B}=\frac{2\pi .m}{\left|q_0\right|.B}$

Từ biểu thức trên ta thấy chu kì của hạt không phụ thuộc vào vận tốc của hạt.

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

Lời giải:

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

– Phương: vuông góc với $\overrightarrow{v}$ và $\overrightarrow{B}$.

– Chiều: tuân theo quy tắc bàn tay trái.

– Độ lớn: f = |q₀|.v.B.sinα. Trong đó α là góc tạo bởi $\overrightarrow{v}$ và $\overrightarrow{B}$

Bài 2 trang 138 Vật lí lớp 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:

“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-xơ là chiều của ngón cái choãi ra”.

Bài 3 trang 138 Vật lí lớp 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:

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 = > Câu sai C.

Chọn đáp án C

Bài 4 trang 138 Vật lí lớp 11: Phát biểu nào dưới đây là đúng?

Hạt êlectron bay vào trong một từ trường đều theo hướng của từ trường $\overrightarrow{B}$ 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:

Hạt êlectron bay vào trong một từ trường đều theo hướng của từ trường B nên góc α tạo bởi $\overrightarrow{v}$ và $\overrightarrow{B}$ bằng 0^o => hạt êlectron không chịu tác dụng của lực Lo-ren-xơ nên hạt tiếp tục chuyển động đều theo hướng ban đầu.

Vì khi này hạt êlectron không chịu tác dụng của lực Lo-ren-xơ nên hạt tiếp tục chuyển động đều theo hướng ban đầu.

Chọn đáp án D

Bài 5 trang 138 Vật lí lớp 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. $\frac{R}{2}$

B. R

C. 2R             

D. 4R

Lời giải:

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, bán kính quỹ đạo tròn của ion được xác định bởi công thức: 

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

Khi độ lớn của vận tốc tăng gấp đôi v’ = 2v, thì bán kính quỹ đạo R’ bằng:

$R\text{'}=\frac{m.v\text{'}}{\left|q_0\right|.B}=\frac{m.2v}{\left|q_0\right|.B}=2R$

Chọn đáp án C

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

Lời giải:

Lực điện	Lực Lo-ren-xơ
- Sinh ra do điện trường tác dụng với điện tích q0.	- Sinh ra do từ trường tác dụng lên điện tích q0 chuyển động.
- Cùng phương với $\overrightarrow{E}$.	- Có phương vuông góc với $\overrightarrow{v}$ và $\overrightarrow{B}$.
- Có chiều phụ thuộc vào dấu của điện tích q0.	- Có chiều phụ thuộc vào dấu của điện tích q0, tuân theo quy tắc bàn tay trái.
- Có độ lớn F=|q0|.E.	- Có độ lớn f=|q0|.v.B.sinα.

Bài 7 trang 138 Vật lí lớp 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 m_p=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: 

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

Suy ra tốc độ của proton là:

$$\begin{gathered} v=\frac{\left|q_0\right|.B.R}{m} \\ =\frac{1,{6.10}^{-19}{.10}^{-2}.5}{1,{672.10}^{-27}} \\ =4,{785.10}^6(m/s) \end{gathered}$$

b) Chu kì chuyển động của proton:

$T=\frac{2\pi R}{v}=\frac{2\pi .5}{4,{785.10}^6}=6,{57.10}^{-6}\left(s\right)$

Đáp án: a) v = 4,785.10⁶ m/s; b) T = 6,57.10^-6s

Bài 8* trang 138 Vật lí lớp 11: 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 C sao cho AC là $\frac{1}{2}$ đường tròn trong mặt phẳng 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 C₂ H₅ O⁺ là 22,5cm. Xác định khoảng cách AC đối với các ion C₂ H₅ OH⁺, C₂ H₅ ⁺, OH⁺, CH₂ OH⁺, CH₃⁺, CH₂⁺.

Lời giải:

Vì các ion có cùng điện tích nên lực Lo-ren-xơ tác dụng lên chúng giống nhau: $f=\left|q_0\right|.B.v$ mà $f=\frac{m.v^2}{R}$

Nên: 

$$\begin{gathered} \frac{m_1.v_1^2}{R_1}=\frac{m_2.v_2^2}{R_2} \\ \iff \frac{m_1.v_1}{R_1}.v_1=\frac{m_2.v_2}{R_2}.v_2 \end{gathered}$$

$$\begin{gathered} \iff \left|q_0\right|.B.v_1=\left|q_0\right|.B.v_2 \\ \iff v_1=v_2 \end{gathered}$$

Vậy mọi hạt đều có vận tốc lúc ra khỏi từ trường giống nhau v

Trong từ trường đều B, ion C₂H₅O⁺ (m₁ = 45đvC) chuyển động tròn với bán kính R₁.

Ta có: 

$A{C}_1=2R_1=\frac{2m_1.v}{\left|q_0\right|.B}=22,5cm$

- Đối với ion C₂H₅OH (m₂ = 46đvC):

$$\begin{gathered} =>A{C}_2=2R_2 \\ =\frac{2m_2.v}{\left|q_0\right|.B} \\ =\frac{m_2}{m_1}.AC{ \\ }_1=23cm \end{gathered}$$

- Đối với ion C₂H₅⁺ (m₃ = 29đvC):

$$\begin{gathered} \Rightarrow A{C}_3=2R_3=\frac{2m_3.v}{\left|q_0\right|.B}=\frac{m_3}{m_1}.A{C}_1 \\ =\frac{29}{45}.A{C}_1=14,5cm \end{gathered}$$

- Đối với ion OH⁺ (m₄ = 17đvC)

$$\begin{gathered} \Rightarrow A{C}_4=2R_4=\frac{2m_4.v}{\left|q_0\right|.B}=\frac{m_4}{m_1}.A{C}_1 \\ =\frac{17}{45}.A{C}_1=8,5cm \end{gathered}$$

- Đối với ion CH₂OH⁺ (m₅ = 31đvC)

$$\begin{gathered} \Rightarrow A{C}_5=2R_5=\frac{2m_5.v}{\left|q_0\right|.B}=\frac{m_5}{m_1}.A{C}_1 \\ =\frac{31}{45}.A{C}_1=15,5cm \end{gathered}$$

- Đối với ion CH₃⁺ (m₆ = 15đvC)

$$\begin{gathered} \Rightarrow A{C}_6=2R_6=\frac{2m_6.v}{\left|q_0\right|.B}=\frac{m_6}{m_1}.A{C}_1 \\ =\frac{15}{45}.A{C}_1=7,5cm \end{gathered}$$

- Đối với ion CH₂⁺ (m₇ = 14đvC)

$$\begin{gathered} \Rightarrow A{C}_7=2R_7=\frac{2m_7.v}{\left|q_0\right|.B}=\frac{m_7}{m_1}.A{C}_1 \\ =\frac{14}{45}.A{C}_1=7cm \end{gathered}$$

Bài giảng Vật lí 11 Bài 22: Lực Lo-ren-xơ

Xem thêm lời giải bài tập Vật lí lớp 11 hay, chi tiết khác:

Bài 23: Từ thông. Cảm ứng điện từ

Bài 24: Suất điện động cảm ứng

Bài 25: Tự cảm

Bài 26: Khúc xạ ánh sáng

Bài 27: Phản xạ toàn phần

Xem thêm tài liệu Vật lí lớp 11 hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Lực Lo-ren-xơ

Trắc nghiệm Lực Lo-ren-xơ có đáp án