Phương pháp xác định lực từ tác dụng lên một điện tích chuyển động môn Vật Lý 11 năm 2021-2022 là tài liệu được HOC247 biên tập chi tiết và rõ ràng nhằm giúp các em học sinh rèn luyện kĩ năng giải bài tập môn Vật Lý 11 góp phần chuẩn bị thật tốt cho kì thi sắp tới. Hi vọng tài liệu này sẽ có ích cho các em và là tài liệu giảng dạy có ích cho quý thầy cô. Mời các em và các quý thầy cô cùng theo dõi.
1. Phương pháp chung
- Lực từ tác dụng lên điện tích chuyển động (lực Lorenxơ)
Lực Lorenxơ tác dụng lên điện tích q đang chuyển động với vận tốc \(\overrightarrow{v}\) trong từ trường có:
- Điểm đặt tại điện tích q
- Phương: Vuông góc với mặt phẳng \(\left( \overrightarrow{v},\,\overrightarrow{B} \right)\)
- Chiều: xác định theo quy tắc bàn tay trái
+ Nếu \(q>0\): chiều cùng với chiều chỉ của ngón tay cái
+ Nếu \(q<0\): chiều ngược với chiều chỉ của ngón tay cái
- Độ lớn: \(f=\left| q \right|.v.B.\sin \alpha \) với \(\alpha =\left( \overrightarrow{v},\overrightarrow{B} \right)\)
2. Ví dụ minh họa
Ví dụ 1: Cho electron bay vào miền có từ trường đều với vận tốc \(v={{8.10}^{5}}\,\,{\text{m}}/{\text{s}}\;\) theo phương vuông góc với vectơ cảm ứng từ, độ lớn cảm ứng từ là \(B=9,{{1.10}^{-4}}\) T. Tính độ lớn lực Lorenxơ tác dụng lên electron
A. \(1,{{1648.10}^{-16}}\) N.
B. \(11,{{648.10}^{-16}}\) N.
C. \(0,{{11648.10}^{-16}}\) N.
D. \(1,{{1648.10}^{-15}}\) N.
Lời giải
Vì góc hợp bởi \(\left( \overrightarrow{B},\overrightarrow{v} \right)=90{}^\circ \) nên ta có độ lớn lực Lorenxơ là:
\(f=\left| e \right|vB=1,{{6.10}^{-19}}.9,{{1.10}^{-4}}{{.8.10}^{5}}=1,{{1648.10}^{-16}}\) N
Đáp án A.
Ví dụ 2: Một hạt mang điện \(3,{{2.10}^{-19}}\) C bay vào trong từ trường đều có \(B=0,5\) T hợp với hướng của đường sức từ \(30{}^\circ \). Lực Lorenxơ tác dụng lên hạt có độ lớn \({{8.10}^{-34}}\) N. Vận tốc của hạt đó khi bắt đầu vào trong từ trường là bao nhiêu?
A. \({{2.10}^{6}}\,\,{m}/{s}\;.\)
B. \({{10}^{6}}\,\,{m}/{s}\;.\)
C. \({{3.10}^{6}}\,\,{m}/{s}\;.\)
D. \({{4.10}^{6}}\,\,{m}/{s}\;.\)
Lời giải
Vận tốc của hạt đó \(v=\frac{F}{\left| q \right|B\sin \alpha }=\frac{{{8.10}^{-14}}}{3,{{2.10}^{-19}}.0,5.\sin 30{}^\circ }={{10}^{6}}\,\,\left( {\text{m}}/{\text{s}}\; \right)\) .
Đáp án B.
Ví dụ 3: Một hạt điện tích chuyển động trong từ trường đều quĩ đạo của hạt vuông góc với đường sức từ. Nếu hạt chuyển động với vận tốc \({{v}_{1}}=1,{{8.10}^{6}}\,\,{m}/{s}\;\) thì lực Loren tác dụng lên hạt có độ lớn là \({{f}_{1}}={{2.10}^{-6}}\)N, nếu hạt chuyển động với vận tốc là \({{v}_{2}}=4,{{5.10}^{7}}\,\,{\text{m}}/{\text{s}}\;\) thì lực Loren tác dụng lên hạt có giá trị là?
A. \({{2.10}^{-5}}N.\)
B. \({{3.10}^{-5}}N.\)
C. \({{5.10}^{-5}}N.\)
D. \({{10}^{-5}}N.\)
Lời giải
Ta có \(f\Rightarrow \frac{{{f}_{2}}}{{{f}_{1}}}=\frac{{{v}_{2}}}{{{v}_{1}}}\Rightarrow {{f}_{2}}=\frac{{{v}_{2}}}{{{v}_{1}}}{{f}_{1}}=\frac{4,{{5.10}^{7}}}{1,{{8.10}^{6}}}{{.2.10}^{-6}}={{5.10}^{-5}}\,\,\text{N}\)
Đáp án C.
Ví dụ 4: Hạt electron với vận tốc đầu bằng không được gia tốc qua một hiệu điện thế 400 V. Tiếp đó nó được dẫn vào miền có từ trường đều \(\overrightarrow{B}\bot \overrightarrow{v}\). Quỹ đạo của electron là đường tròn bán kính \(R=7\) cm. Xác định cảm ứng từ B.
A. \(9,{{636.10}^{-4}}\) T.
B. \(4,{{818.10}^{-4}}\) T.
C. \(3,{{212.10}^{-4}}\) T.
D. \(6,{{424.10}^{-4}}\) T.
Lời giải
Áp dụng định lí biến thiên động năng ta được:
\({{W}_{d2}}-{{W}_{d1}}=A\Rightarrow 0,5m{{v}^{2}}=\left| e \right|U\Rightarrow v=\sqrt{\frac{2\left| e \right|U}{m}}=11859989\,\,\left( {\text{m}}/{\text{s}}\; \right)\)
Khi chuyển động trong từ trường đều \(\overrightarrow{B}\bot \overrightarrow{v}\).
Theo quy tắc bàn tay trái, ta có \(\overrightarrow{f}\bot \overrightarrow{v}\) nên electron sẽ chuyển động tròn đều trong mặt phẳng vuông góc với \(\overrightarrow{B}\) . Lực lorenxơ \(\overrightarrow{f}\) đóng vai trò lực hướng tâm trong chuyển động tròn đều:
\(f=m{{a}_{ht}}\Rightarrow \left| e \right|vB=\frac{m{{v}^{2}}}{R}\Rightarrow B=\frac{mv}{R\left| e \right|}=9,{{636.10}^{-4}}\) T
Đáp án A.
Ví dụ 5: Một electron chuyển động thẳng đều trong một miền có từ trường đều \(\overrightarrow{B}\) và điện trường đều \(\overrightarrow{E}\) như hình.
a) Xác định chiều của đường sức điện và cường độ điện trường \(E\). Biết vận tốc của electron là \(v={{2.10}^{6}}\,\,{\text{m}}/{\text{s}}\;\), từ trường \(B=0,004\)T.
A. \(\overrightarrow{E}\) hướng từ trên xuống, cường độ \(8000\,\,{V}/{m}\;\).
B. \(\overrightarrow{E}\) hướng từ dưới lên, cường độ \(8000\,\,{V}/{m}\;\).
C. \(\overrightarrow{E}\) hướng theo \(\overrightarrow{v}\), cường độ \(8000\,\,{V}/{m}\;\).
D. \(\overrightarrow{E}\) ngược hướng \(\overrightarrow{v}\), cường độ \(8000\,\,{V}/{m}\;\).
b) Nếu cho proton có cùng vận tốc \(\overrightarrow{v}\) như trong câu a) bay vào miền có từ trường đều và điện trường đều nói trên thì proton có chuyển động thẳng đều không? Vì sao? Bỏ qua khối lượng của electron và proton.
A. Vẫn chuyển động thẳng đều.
B. Chuyển động nhanh dần đều.
C. Chuyển động chậm dần đều.
D. Chuyển động nhanh dần.
Lời giải
a) + Áp dụng quy tắc bàn tay trái ta được lực lorenxơ f có điểm đặt tại v và hướng xuống dưới do \({{q}_{e}}<0\), hơn nữa để electron chuyển động thẳng đều thì lực điện phải cân bằng với lực lorenxơ hay \(\overrightarrow{{{F}_{d}}}\) phải hướng lên
+ Vì \({{q}_{e}}<0\) nên \(\overrightarrow{E}\) hướng xuống dưới và đặt tại B
+ \({{F}_{d}}=f\Rightarrow E=vB=8000\,\,\left( {\text{V}}/{\text{m}}\; \right)\)
Đáp án A.
b) + Nếu cho proton vào có điện tích \(q>0\) nên theo quy tắc bàn tay trái lực lorenxơ f có điểm đặt tại v và hướng lên
+ Do \(\overrightarrow{E}\) hướng xuống và \(q>0\) nên \(\overrightarrow{{{F}_{d}}}\) hướng xuống
+ Vì proton có cùng vận tốc như câu a nên \(f={{F}_{d}}\Rightarrow \overrightarrow{{{F}_{d}}}+\overrightarrow{f}=\overrightarrow{0}\)
Proton vẫn chuyển động thẳng đều.
Đáp án A.
3. Luyện tập
Câu 1: Một hạt proton chuyển động với vận tốc \(\overrightarrow{{{v}_{0}}}\) vào trong từ trường theo phương song song với đường sức từ thì:
A. động năng của proton tăng.
B. vận tốc của proton tăng.
C. hướng chuyển động của proton không đổi.
D. tốc độ không đổi nhưng hướng chuyển động của proton thay đổi.
Câu 2: Lực Lorenxơ tác dụng lên một điện tích q chuyển động tròn trong từ trường có đặc điểm:
A. luôn hướng về tâm của quỹ đạo.
B. luôn tiếp tuyến với quỹ đạo.
C. chỉ hướng vào tâm khi \(q>0.\)
D. chưa kết luận được vì phụ thuộc vào hướng của \(\overrightarrow{B}\).
Câu 3: Trong hình vẽ sau hình nào chỉ đúng hướng của lực Lorenxơ tác dụng lên hạt mang điện dương chuyển động trong từ trường đều:
.jpg)
Câu 4: Chọn một đáp án sai:
A. Từ trường không tác dụng lực lên một điện tích chuyển động song song với 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 chuyển động của electron trong từ trường là một đường tròn.
D. Độ lớn của lực Lorenxơ tỉ lệ thuận với q và v.
Câu 5: Đưa một nam châm mạnh lại gần ống phóng điện tử của máy thu hình thì hình ảnh trên màn hình bị nhiễu. Giải thích nào là đúng:
A. Từ trường của nam châm tác dụng lên sóng điện từ của đài truyền hình.
B. Từ trường của nam châm tác dụng lên dòng điện trong dây dẫn.
C. Nam châm làm lệch đường đi của ánh sáng trong máy thu hình.
D. Từ trường của nam châm làm lệch đường đi của các electron trong đèn hình.
Câu 6: Hỏi một hạt mang điện có thể chuyển động thẳng với vận tốc không đổi trong từ trường đều được không?
A. Có thể, nếu hạt chuyển động vuông góc với đường sức từ của từ trường đều.
B. Không thể, vì nếu hạt chuyển động luôn chịu lực tác dụng vuông góc với vận tốc.
C. Có thể, nếu hạt chuyển động dọc theo đường sức của từ trường đều.
D. Có thể, nếu hạt chuyển động hợp với đường sức từ trường một góc không đổi.
Câu 7: Đáp án nào sau đây là sai:
A. Lực tương tác giữa hai dòng điện song song bao giờ cũng nằm trong mặt phẳng chứa hai dòng điện đó.
B. Hạt mang điện chuyển động trong từ trường đều, lực Lorenxơ nằm trong mặt phẳng chứa véctơ vận tốc của hạt.
C. Lực từ tác dụng lên khung dây mang dòng điện đặt song song với đường sức từ có xu hướng làm quay khung.
D. Lực từ tác dụng lên đoạn dây mang dòng điện có phương vuông góc với đoạn dây đó.
Câu 8: Thành phần nằm ngang của từ trường trái đất bằng \({{3.10}^{-5}}\) T, thành phần thẳng đứng rất nhỏ. Một proton chuyển động theo phương ngang theo chiều từ Tây sang Đông thì lực Lorenxơ tác dụng lên nó bằng trọng lượng của nó, biết khối lượng của proton là \(1,{{67.10}^{-27}}\) kg và điện tích là \(1,{{6.10}^{-19}}\) C. Lấy \(g=10\,\,{\text{m}}/{{{\text{s}}^{\text{2}}}}\;\), tính vận tốc của proton:
A. \({{3.10}^{-3}}\,\,{m}/{s}\;.\)
B. \(2,{{5.10}^{-3}}\,\,{m}/{s}\;.\)
C. \(1,{{5.10}^{-3}}\,\,{m}/{s}\;.\)
D. \(3,{{5.10}^{-3}}\,\,{m}/{s}\;.\)
Câu 9: Một hạt mang điện chuyển động trong từ trường đều, mặt phẳng quỹ đạo của hạt vuông góc với đường sức từ. Nếu hạt chuyển động với vận tốc \({{v}_{1}}=1,{{8.10}^{6}}\,\,{\text{m}}/{\text{s}}\;\) thì lực Lorenxơ tác dụng lên hạt là \({{2.10}^{-6}}\) N. Hỏi nếu hạt chuyển động với vận tốc \({{v}_{2}}=4,{{5.10}^{7}}\,\,{\text{m}}/{\text{s}}\;\) thì lực Lorenxơ tác dụng lên hạt có độ lớn bằng bao nhiêu:
A. \({{5.10}^{-5}}\) N.
B. \({{4.10}^{-5}}\) N.
C. \({{3.10}^{-5}}\) N.
D. \({{2.10}^{-5}}\) N.
Câu 10: Một điện tích \(q=3,{{2.10}^{-39}}\) C đang chuyển động với vận tốc \(v={{5.10}^{6}}\,\,{\text{m}}/{\text{s}}\;\) thì gặp miền không gian từ trường đều \(B=0,036\) T có hướng vuông góc với vận tốc. Tính độ lớn lực Lorenxơ tác dụng lên điện tích:
A. \(5,{{76.10}^{-14}}\,\,N.\)
B. \(5,{{76.10}^{-15}}\,\,N.\)
C. \(2,{{88.10}^{-14}}\,\,N.\)
D. \(2,{{88.10}^{-15}}\,\,N.\)
---(Để xem tiếp nội dung từ câu 11 đến câu 30 của tài liệu các em vui lòng xem Online hoặc Đăng nhập vào HOC247 để tải về máy)---
ĐÁP ÁN
|
1-C |
2-A |
3-B |
4-C |
5-D |
6-C |
7-B |
8-D |
9-A |
10-A |
|
11-C |
12-D |
13-B |
14-B |
15-B |
16-C |
17-C |
18-D |
19-B |
20-B |
|
21-A |
22-B |
23-B |
24-D |
25-A |
26-C |
27-D |
28-A |
29-C |
30-B |
Trên đây là trích dẫn một phần nội dung tài liệu Phương pháp xác định lực từ tác dụng lên một điện tích chuyển động môn Vật Lý 11 năm 2021-2022. Để xem thêm nhiều tài liệu tham khảo hữu ích khác 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.
