1. Độ lớn của lực Lorenxơ được tính theo công thức nào?
Đề bài: Độ lớn của lực Lorenxơ được tính theo công thức nào?
A. f = |q|.v.B
B. f = |q|.v.Bsinα
C. f = q.v.B.tanα
D. f = |q|.v.B.cosα
Trả lời: Đáp án đúng: B. f = |q|.v.B.sinα *
- Trong vật lý họcvàđiện từ học,lực Lorentzlà lực tổng hợp củalựcđiện và lực từ tác dụng lên mộtđiện tích điểmchuyển động trongtrường điện từ.
- 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 (T) thì nó sẽ chịu lực tác dụng lên nó. Định luật III 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:
+ 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), 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. 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.
- Độ lớn của lực Lorenxơ: f = |q|.v.B.sinα
Trong đó:
+ f: lực Lo-ren-xơ (N)
+ q: điện tích (C)
+ B: cảm ứng từ (T)
+ α=(B,v)
- Xác định lực Lo-ren-xơ
- Lực Lo-ren-xơ do từ trường có cảm ứng từ tác dụng lên một hạt điện tích q0 chuyển động với vận tốc v
+ Có phương vuông góc với V và 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 V khi q0 > 0 và ngược chiều V khi q0 q chỉ chịu tác dụng bởi lực lorenxơ
2. Một số bài tập về lục Lorenxơ
Câu 1. Một hạt mang điện chuyển động trên một mặt phẳng (P) vuông góc với đường sức của một từ trường đều. Lực Lorenxơ tác dụng lên hạt mang điện có
A. Phương vuông góc với mặt phẳng (P)
B. Độ lớn tỉ lệ với điện tích của hạt mang điện
C. Chiều không phụ thuộc vào điện tích của hạt mang điện
D. Độ lớn tỉ lệ nghịch với tốc độ của hạt mang điện
Đáp án đúng: B. Độ lớn tỉ lệ với điện tích của hạt mang điện
Giải thích: Lực Lo-ren-xơ do từ trường của cảm ứng từ B tác dụng nên một hạt điện tích q0 chuyển động với vận tốc v
- Phương: vuông góc vớiV và B
- Chiều: tuân theo quy tắc bàn tay trái, phụ thuộc vào điện tích của hạt mang điện.
- Độ lớn: f = |q0|.v.B.sinα. Trong đó α là góc tạo bởi V và B
Câu 2. Một electron được bắn vào trong một từ trường đều theo phương vuông góc với các đường sức của từ trường. Quỹ đạo của electron trong từ trường là
A. Một đường tròn
B. Một đường parabon
C. Một nửa đường thẳng
D. Một đường elip
Đáp án đúng: A. Một đường tròn *
- Nếu bỏ qua tác dụng của trọng lực thì electron sẽ chuyển động theo quỹ đạo tròn trong từ trường.
- Khi một electron được bắn vào một từ trường đều theo phương vuông góc với các đường sức của từ trường.
Câu 3. Đại lượng của electron không thay đổi theo thời gian là
A. Vận tốc
B. Gia tốc
C. Động lượng
D. Động năng.
Đáp án đúng: D. Động năng.
Câu 4: Một e bay vào trong từ trường đều với vận tốc 2.106m/s vuông góc với từ trường có độ lớn 0,2T. Tính độ lớn của lực Lo-ren-xơ, biết e=-1,6.10-19C
Hướng dẫn bài tập vận dụng công thức lực Lorenxơ
f l = | q | . v . B . sin α =64.10-15N
Câu 5: e khối lượng 9,1.10-31 kg, chuyển động với vận tốc 107m/s vuông góc trong từ trường đều. Quỹ đạo của e là đường tròn bán kính 20mm. Tính độ lớn cảm ứng từ.
Hướng dẫn bài tập vận dụng công thức lực Lorenxơ
R = mv/|q| B => B=2,84.10-3T
Câu 6: Điện tích 10-6C khối lượng 10-4g chuyển động vuông góc trong từ trường đều cảm ứng từ B=0,2T. Tinh chu kỳ chuyển động của điện tích trên.
Hướng dẫn bài tập vận dụng công thức lực Lorenxơ
Chuyển động của điện tích q là chuyển động tròn đều
=> chu kỳ chuyển động=thời gian điện tích chuyển động được 1 vòng tròn.
R = mv/|q|B = m.R.ω/|q|B
=> ω=2 => T=2π/ω=π (s)
Lực Lorentz là một trong những khái niệm quan trọng trong điện từ học và có nhiều ứng dụng thực tế trong vật lí và kỹ thuật. Một số ứng dụng phổ biến nhất của lực lượng Lorentz bao gồm:
- Máy gia tốc hạt: Lực Lorentz đóng vai trò trung tâm trong hoạt động của máy gia tốc hạt, được sử dụng để tăng tốc các hạt lên năng lượng cao. Điện trường và từ trường được sử dụng để điều khiển và tập trung các hạt khi chúng di chuyển qua máy gia tốc.
- Động cơ điện: Lực Lorentz là nguyên lý cơ bản cho phép động cơ điện hoạt động. Một dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường chịu tác dụng của một lực vuông góc với cả hướng của dòng điện và hướng của từ trường, làm cho dây chuyển động. Bằng cách sắp xếp các dây theo một cách cụ thể, chuyển động này có thể được khai thác để tạo ra chuyển động quay động cơ điện.
- Đệm từ trường: Lực Lorentz cũng là nguyên nhân gây ra hiện tượng bay lên từ trường, trong đó một nam châm lơ lửng giữa không trung bên trên một vật liệu siêu dẫn. Khi một nam châm được đặt gần một chất siêu dẫn, nó sẽ tạo ra một dòng điện tuần hoàn tạo ra một từ trường ngược với từ trường ban đầu, tạo ra một lực đẩy làm nam châm bay lên.
- Ống tia âm cực: Ống tia âm cực được sử dụng trong nhiều loại màn hình điện tử, chẳng hạn như tivi cũ và màn hình máy tính. Lực Lorentz được sử dụng để làm lệch chùm tia điện tử khi nó di chuyển qua ống, cho phép chùm tia được hướng tới các phần cụ thể của màn hình.
3. Một số bài tập trắc nghiệm về lực Lorenxơ
Câu 1: Phương của lực Lorenxo
A. trùng với phương của véc - tơ cảm ứng từ.
B. vuông góc với cả đường sức từ và véc - tơ vận tốc của hạt.
C. vuông góc với đường sức từ, nhưng trùng với phương của vận tốc của hạt.
D. trùng với phương véc - tơ vận tốc của hạt.
Lời giải: Đáp án B
Phương của lực Lorenxo vuông góc với đường sức từ và véc - tơ vận tốc của hạt.
Câu 2: Chọn câu sai
A. Từ trường không tác dụng lực lên một điện tích chuyển động song song với các đường sức từ.
B. Lực từ sẽ đạt giá trị cực đại khi điện tích chuyển động vuông góc với từ trường.
C. Quỹ đạo của electron chuyển động trong từ trường là một đường tròn.
D. Độ lớn của lực Lorenxo tỉ lệ với q và v.
Lời giải: Đáp án C
Ta có: F = |q|vBsin θ
Quỹ đạo của electron chuyển động trong từ trường là một đường tròn chỉ khi θ = 90°
θ = 0° thì từ trường không tác dụng lực lên e.
0° < θ < 90° thì quỹ đạo là đường xoắn ốc.
Câu 3: Chọn câu sai
A. Hạt proton bay vào trong từ trường theo phương vuông góc với véc - tơ cảm ứng từ thì quỹ đạo của proton là quỹ đạo tròn có v tăng dần.
B. Hạt proton bay vào trong điện trường theo phương vuông góc với véc - tơ cường độ điện trường thì quỹ đạo của proton là một parabol, độ lớn v tăng dần.
C. Hạt proton bay vào trong điện trường theo phương song song với véc - tơ cảm ứng từ thì quỹ đạo của proton không thay đổi.
D. Hạt proton bay vào trong điện trường theo phương song song với véc - tơ cường độ điện trường thì proton sẽ chuyển động thẳng nhanh dần.
Lời giải: Đáp án A
Hạt proton bay vào trong từ trường theo phương vuông góc với véc - tơ cảm ứng từ thì quỹ đạo của proton là quỹ đạo tròn có v không đổi
Câu 4: Lực Lorenxo tác dụng lên một điện tích q chuyển động tròn trong từ trường
A. chỉ hướng vào tâm khi q > 0 .
B. luôn hướng về tâm của quỹ đạo.
C. chưa kết luận được vì còn phụ thuộc vào hướng của véc - tơ cảm ứng từ.
D. luôn tiếp tuyến với quỹ đạo.
Lời giải: Đáp án B
Lực Lorenxo tác dụng lên một điện tích q chuyển động tròn trong từ trường luôn hướng về tâm của quỹ đạo. (F đóng vai trò lực hướng tâm).
Câu 5: Một electron bay vào một từ trường đều có cảm ứng từ B với vận tốc v. Khi góc hợp bởi v và B bằng θ, quỹ đạo chuyển động của electron có dạng
A. đường thẳng.
B. đường parabol.
C. đường xoắn ốc.
D. hình tròn.
Lời giải: Đáp án C
Khi góc hợp bởi v→ và B→ bằng θ, quỹ đạo chuyển động của electron có dạng đường xoắn ốc.
