Lực Lorentz

LỰC LORENTZ
Vấn đề cơ bản:Khi hạt tích điện chuyển động trong từ trường thì hạt có chịu tác dụng của lực từ không?
-Lực từ tác dụng lên dây dẫn có dòng điện có phải là tổng hợp của các lực từ do từ trường tác dụng lên các hạt tải điện chuyển động để tạo thành dòng điện không?
- Để giải quyết vấn đề này trong bài học hôm nay chúng ta sẽ tìm hiểu về lực Lorentz.
I. LỰC LORENTZ:
1.ĐỊNH NGHĨA LỰC LORENTZ:
- Lực từ tác dụng lên mọi hạt mang điện chuyển động trong từ trường.
- Ta có thể làm một thí ghiệm đơn giản để chứng minh hiện tượng này như sau:
* Đặt một nam châm gần một màn hình của máy thu hình thì hiện tượng gì sẽ xãy ra?
A.Màn hình bị giựt hình liên tục không thể xem được.
B.Màn hình bị mất tín hiệu hình ảnh,chỉ còn nghe được âm thanh.
C.Màn hình bị lem màu,hình ảnh bị biến dạng.
D.Màn hình mất màu chỉ còn hình ảnh trắng đen.
*Hiện tượng xãy ra có thể giải thích bằng tính chất nào của tia catod?Giải thích như thế nào?
- Dùng tính chất tia catod lệch theo phương vuông góc với phương của từ trường và phương truyền của tia.
- Lực Lorentz tác dụng lên chùm electron đang rọi vào màn hình và làm lệch quỹ đạo của dòng electron nên màu sắc bị thay đổi,hình ảnh bị nhiễu.
2.XÁC ĐỊNH LỰC LORENTZ:
Xét một dây dẫn thẳng đặt trong từ trường đều có làm với một góc .
Theo định luật Laplace thì đoạn dây chịu tác dụng một lực điện từ là:
+
+
+
+
+
+
+
B
I
F
+
f
v
Xác định lực Lorentz
+
q>0
-
q<0
Xác định vector lực Lorentz tác dụng lên các điện tích sau đây
v
B
B
v
Mỗi tổ cử 1 người trả lời trên giấy bằng hình vẽ rõ ràng sau đó mang lên nộp và thuyết minh cách trình bày của tổ mình
Lực điện từ F là tổng hợp của các lực Lorentz tác dụng lên N hạt tích điện trong phần tử dòng điện I.L.Trong đó mỗi hạt tải điện có điện tích q0 và chuyển động với vận tốc v để tạo thành dòng điện theo chiều của vector vận tốc của điện tích dương v
Vậy lực Lorentz tác dụng lên 1 hạt tải điện là :
với N= n0.S.l
Theo định nghĩa cường độ dòng điện thì: I=q khi t=1s,khi đó thì
Vậy : I=q=N.q0=q0(n0.S.l)=q0(n0.S.v).
Suy ra:
vì cùng hướng nên có thể viết:
Vậy:
Vector lực Lorentz do từ trường có tác dụng lên hạt tích điện q0 chuyển động với vận tốc có:
*Điểm đặt: tại điện tích q0.
*Phương: vuông góc với vector vận tốc v và vector từ cảm B.
*Chiều: tuân theo quy tắc bàn tay trái(quy tắc thứ hai).
“Đặt bàn tay trái duỗi thẳng sao cho từ trường hướng vào lòng bàn tay,chiều từ cổ tay đến ngón giửa là chiều vector vận tốc của hạt mang điện dương,chiều ngón cái duỗi thẳng 900 là chiều của lực Lorentz tác dụng lên hạt mang điện duong và chiều ngược lại nêu là hạt mang điện âm”
*Độ lớn:
với
II.CHUYỂN ĐỘNG CỦA HẠT ĐIỆN TÍCH TRONG TỪ TRƯỜNG ĐỀU:
1. LƯU Ý QUAN TRỌNG:
-Nếu hạt tải điện có khối lượng m,điện tích q0 và chỉ chịu duy nhất tác dụng của lực Lorentz thì lực Lorentz là lực gây ra gia tốc chuyển động của hạt:
Khi nào thi lực vector Lorentz bằng 0 ?
- Khi 2 vector B và v song song nhau.
(1) và
luôn luôn vuông góc với
(lực vuông góc với phương chuyển động không thực hiện công).
Vây công suất tức thời :
- Động năng của hạt được bảo toàn do đó vận tốc không đổi,hạt chuyển động đều.
2.CHUYỂN ĐỘNG CỦA HẠT TÍCH ĐIỆN TRONG TỪ TRƯỜNG ĐỀU:
Theo biểu thức (1) thì chuyển động của hạt điện tích là chuyển động trên một mặt phẳng,mặt phẳng đó vuông góc với từ trường.Trong mặt đó lực Lorentz luôn vuông góc với vector vận tốc của hạt mang điện,nó là lực hướng tâm.
Vậy:
với R là bán kính quỹ đạo vì vận tốc không đổi nên quỹ đạo là một đường tròn.
Theo định lý động năng,ta có thể rút ra kết luận gì?
KẾT LUẬN: Qũy đạo của một hạt điện tích chuyển động trong một từ trường đều với điều kiện vận tốc đầu của hạt vuông góc với từ trường là một đường tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với từ trường,có bán kính tính bởi:
Chuyển động của hạt trên quỹ đạo tròn dùng làm khối phổ kế là dụng cụ dùng để tách riêng các hạt tích điện có cùng điện tích nhưng có khối lượng khác nhau.
Củng cố: Trả lời các câu hỏi 1,2,làm các bài tập 3,4,5 P.289 SGK
Hướng dẫn làm việc ở nhà: làm các bài tập 6,7 P 289 SGK