Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 11 - Phương pháp xác định lực từ tác dụng lên một điện tích chuyển động (Có lời giải)

Nội dung text: Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 11 - Phương pháp xác định lực từ tác dụng lên một điện tích chuyển động (Có lời giải)

1. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN MỘT ĐIỆN TÍCH CHUYỂN ĐỘNG 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 v trong từ trường có: - Điểm đặt tại điện tích q  - Phương: Vuông góc với mặt phẳng v, B - 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 q .v.B.sin với v, B 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Cho electron bay vào miền có từ trường đều với vận tốc v 8.105 m 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 B,v 90 nên ta có độ lớn lực Lorenxơ là: f e vB 1,6.10 19.9,1.10 4.8.105 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 . 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. 2.106 m s. B. 106 m s. C. 3.106 m s. D. 4.106 m s. Lời giải F 8.10 14 Vận tốc của hạt đó v 106 m s . q Bsin 3,2.10 19.0,5.sin 30 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. 6 6 Nếu hạt chuyển động với vận tốc v1 1,8.10 m s thì lực Loren tác dụng lên hạt có độ lớn là f1 2.10 N, 7 nếu hạt chuyển động với vận tốc là v2 4,5.10 m 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
2. a) + Áp dụng quy tắc bàn tay trái ta được lực lorenxơ f có điểm đặt tại v và hướng xuống dưới do qe 0 ,  hơn nữa để electron chuyển động thẳng đều thì lực điện phải cân bằng với lực lorenxơ hay Fd phải hướng lên  + Vì qe 0 nên E hướng xuống dưới và đặt tại B + Fd f E vB 8000 V m 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 E hướng xuống và q 0 nên Fd hướng xuống   + Vì proton có cùng vận tốc như câu a nên f Fd Fd f 0 Proton vẫn chuyển động thẳng đều. Đáp án A. BÀI TẬP RÈN LUYỆN KĨ NĂNG  Câu 1: Một hạt proton chuyển động với vận tốc v0 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 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: A. B. C. D. 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.
3. Câu 12: 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 . Lực Lorenxơ tác dụng lên hạt có độ lớn 8.10 14 N. Vận tốc của hạt đó khi bắt đầu vào trong từ trường là: A. 107 m s. B. 5.106 m s. C. 0,5.106 m s. D. 106 m s. Câu 13: Một electron chuyển động với vận tốc 2.106 m s vào trong từ trường đều B 0,01 T chịu tác dụng của lực Lorenxơ 16.10 16 N. Góc hợp bởi véctơ vận tốc và hướng đường sức từ trường là: A. 60. B. 30. C. 90. D. 45. Câu 14: Một electron được tăng tốc bởi hiệu điện thế 1000 V rồi cho bay vào trong từ trường đều theo 31 phương vuông góc với các đường sức từ. Tính lực Lorenxơ tác dụng lên nó biết me 9,1.10 kg, e 1,6.10 19 C, B 2 T, vận tốc của hạt trước khi tăng tốc rất nhỏ. A. 6.10 11 N.B. 6.10 12 N.C. 2,3.10 12 N.D. 2.10 12 N. Câu 15: Một hạt mang điện 3,2.10 19 C được tăng tốc bởi hiệu điện thế 1000 V rồi cho bay vào trong từ trường đều theo phương vuông góc với các đường sức từ. Tính lực Lorenxơ tác dụng lên nó biết m 6,67.10 27 kg, B 2 T, vận tốc của hạt trước khi tăng tốc rất nhỏ. A. 1,2.10 13 N.B. 1,98.10 13 N.C. 3,21.10 13 N.D. 3,4.10 13 N. Câu 16: Một electron chuyển động thẳng đều trong miền có cả từ trường đều và điện trường đều. Véctơ vận tốc của hạt và hướng đường sức từ như hình vẽ.  B 0,004 T, v 2.106 m s , xác định hướng và cường độ điện trường E :  A. E hướng lên, E 6000 V m.  B. E hướng xuống, E 6000 V m.  C. E hướng xuống, E 8000 V m.  D. E hướng lên, E 8000 V m. Câu 17: Một proton chuyển động thẳng đều trong miền có cả từ trường đều và điện trường đều. Véctơ vận tốc của hạt và hướng đường sức điện trường như  hình vẽ. E 8000 V m , v 2.106 m s , xác định hướng và độ lớn B :  A. B hướng ra, B 0,002 T.  B. B hướng lên, B 0,003 T.  C. B hướng xuống, B 0,004 T.  D. B hướng vào, B 0,0024 T. Câu 18: 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: A. B.
4. C. D. Câu 23: Trong hình vẽ sau hình nào chỉ đúng hướng của lực Lorenxơ tác dụng lên electron và hạt mang điện dương chuyển động trong từ trường đều: A. B. C. D. Câu 24: Trong hình vẽ sau hình nào chỉ đúng hướng của lực Lorenxơ tác dụng lên electron và hạt mang điện dương chuyển động trong từ trường đều: A. B. C. D. Câu 25: Trong hình vẽ sau hình nào chỉ đúng hướng của lực Lorenxơ tác dụng lên electron và hạt mang điện dương chuyển động trong từ trường đều: A. B. C. D. Câu 26: Trong hình vẽ sau hình nào chỉ đúng hướng của lực Lorenxơ tác dụng lên electron và hạt mang điện dương chuyển động trong từ trường đều: A. B. C. D.
5. 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 HƯỚNG DẪN GIẢI CHI TIẾT Câu 1: Đáp án C.  Do v // B nên lực lorenxơ sẽ bằng 0, suy ra hướng chuyển động của proton không đổi. Câu 2: Đáp án A. Khi chuyển động tròn trong từ trường thì lực lorenxơ đóng vai trò như một lực hướng tâm và luôn hướng về tâm quỹ đạo. Câu 3: Đáp án B. Theo quy tắc bàn tay trái ở hình B, vectơ cảm ứng B có hướng từ trong ra ngoài, điện tích chuyển động có hướng từ ngoài vào trong nên F sẽ có hướng sang bên phải. Câu 4: Đáp án C. Quỹ đạo chuyển động của electron trong từ trường có thể là 1 dạng hình khác không nhất thiết phải là hình tròn. Câu 5: Đáp án D. Từ trường của nam châm tác dụng lên các electron 1 lực gọi là lực lorenxơ làm lệch đường đi của các electron trong đèn hình. Câu 6: Đáp án C.  Nếu hạt đó chuyển động dọc theo đường sức của từ trường đều thì B // v nên lực lorenxơ sẽ bằng 0 nên hạt sẽ chuyển động với vận tốc không đổi. Câu 7: Đáp án B. Đáp án B là sai vì lực lorenxơ nằm trong mặt phẳng chứa vectơ vận tốc của hạt và vectơ cảm ứng tại điểm khảo sát. Câu 8: Đáp án D. mg 1,67.10 27.10 Theo đề bài thì: q vB mg v 3,5.10 3 m s q B 1,6.10 19.3.10 5 Câu 9: Đáp án A. 7 f2 v2 v2 4,5.10 6 5 Ta có: f ~ v f2 f1 6 .2.10 5.10 N f1 v1 v1 1,8.10 Câu 10: Đáp án A. f q vBsin 3,2.10 19.0,036.5.106.sin 90 5,76.10 14 N
6. Theo quy tắc bàn tay trái thì ở hình B lực F có hướng lại gần chúng ta hay được biểu thị bằng 1 dấu (.). Câu 21: Đáp án A. Theo quy tắc bàn tay trái kết hợp với qe 0 nên lực F sẽ có hướng lại gần chúng ta như hình vẽ A. Câu 22: Đáp án B. Theo quy tắc bàn tay trái ở hình vẽ B cảm ứng từ có hướng ra Bắc vào Nam, v có hướng lại gần chúng ta, e 0 nên lực F sẽ hướng xuống dưới. Câu 23: Đáp án B. Theo quy tắc bàn tay trái cảm ứng từ có hướng ra bắc vào nam, v có hướng sang bên phải e 0 , nên F có hướng ra xa chúng ta như hình vẽ B. Câu 24: Đáp án D. Hình D biểu diễn đúng lực F theo quy tắc bàn tay trái. Câu 25: Đáp án A. Hình A biểu diễn đúng chiều lực F, vuông góc với mặt phẳng và ra xa khỏi chúng ta. Câu 26: Đáp án C. Theo quy tắc bàn tay trái, v hướng xuống dưới, cảm ứng từ ra bắc vào Nam, q 0 nên lực F sẽ vuông góc với mặt phẳng và tiến lại gần chúng ta. Câu 27: Đáp án D.  Ta có B  v nên lực F 0 nên hình D là đúng. Câu 28: Đáp án A. Theo quy tắc bàn tay trái cảm ứng từ có hướng từ trong ra ngoài, q 0 nên lực F sẽ có hướng sang bên phải như hình vẽ A. Câu 29: Đáp án C. Hình vẽ C biểu diễn đúng hướng của lực lorenxơ theo quy tắc bàn tay trái. Câu 30: Đáp án B. Hình vẽ B biểu diễn đúng hướng của lực lorenxơ theo quy tắc bàn tay trái.