Lý thuyết lực Lo-Ren-Xơ
Lý thuyết:
I. Lực Lo-Ren-Xơ
1. Định nghĩa lực Lo-Ren-Xơ
Ta biết rằng dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các êlectron. Khi dây dẫn có dòng điện được đặt trong một từ trường, người ta giải thích lực từ tác dụng lên dây dẫn chính là tổng hợp các lực do từ trường tác dụng lên các êlectron chuyển động tạo thành dòng điện.
Một cách tổng quát: Mọi hạt điện tích chuyển động trong một từ trường, đều chịu tác dụng của lực từ. Lực từ này được gọi là lực Lo-ren-xơ (Lorentz). Có thể làm những thí nghiệm chứng minh hiện tượng này.
2. Xác định lực Lo-ren-xơ
Ta biết lực từ \(\overrightarrow{F}\) tác dụng lên phần tử dòng điện I\(\overrightarrow{l}\) = I\(\widehat{M_{1}M_{2}}\) có phương vuông góc với \(\overrightarrow{l}\) và \(\overrightarrow{B}\), có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái và có độ lớn được xác định bởi công thức:
F = IlBsinα
Ở đây, ta giả thiết từ trường \(\overrightarrow{B}\) là đều. Lực từ \(\overrightarrow{F}\) là tổng hợp các lực Lo-ren-xơ tác dụng lên các hạt điện tích q0 chuyển động cùng cới vận tốc \(\overrightarrow{v}\) tạo thành dòng điện theo chiều \(\overrightarrow{v}\). Như vậy, lực tổng hợp phân chia đều cho các hạt điện tích. Nếu N là tổng số hạt điện tích trong phần tử dòng điện thì lực Lo-ren-xơ tác dụng lên mỗi hạt điện tích cho bởi:
\(f=\frac{F}{N}=\frac{Il}{N}Bsin\alpha\) (22.1)
α là góc tạo bởi \(\overrightarrow{B}\) và \(\overrightarrow{l}\) = \(\overline{M_{1}M_{2}}\).
Giả sử no là mật độ hạt điện tích trong dây dẫn, S là tiết diện dây dẫn thì:
N = no x thể tích dây dẫn = no x Sl
I = qo(Svno)
Và \(\frac{Il}{N}=\frac{q_{o}Svn_{o}l}{n_{o}Sl}=q_{o}v\)
Vậy (22.1) cho ta công thức xác định lực Lo-ren-xơ:
F = qovBsinα) (22.2)
So sánh về hướng, ta nhận thấy \(\overrightarrow{l}\) và \(\overrightarrow{v}\) cùng hướng khi qo > 0 và ngược hướng khi qo < 0. Vậy có thể kết luận:
Lực Lo-ren-xơ do từ trường có cảm ứng từ \(\overrightarrow{B}\) tác dụng lên một hạt điện tích qo chuyển động với vận tốc \(\overrightarrow{v}\):
a) Có phương góc với \(\overrightarrow{v}\) và \(\overrightarrow{B}\);
b) Có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái: Để bàn tay mở rộng sao cho từ trường hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa là chiều của \(\overrightarrow{v}\) khi qo > 0 và ngược chiều \(\overrightarrow{v}\) khi qo < 0. Lúc đó, chiều của lực Lo-ren-xơ là chiều ngón cái choãi ra.
c) Có độ lớn f = |qo|vBsinα
trong đó α là góc tạo bởi \(\overrightarrow{v}\) và \(\overrightarrow{B}\).
II. Chuyển động của hạt điện tích trong từ trường đều
1. Chú ý quan trọng
Giả sử một hạt điện tích qo khối lượng m chuyển động dưới tác dụng duy nhất của lực Lo-ren-xơ. Khi đó, lực tác dụng \(\overrightarrow{f}\)luôn luôn vuông góc với vận tốc \(\overrightarrow{v}\), do đó công suất tức thời của lực tác dụng: P = \(\overrightarrow{f}.\overrightarrow{v}\)luôn bằng 0. Vậy động năng của hạt (theo định lý biến thiên động năng) được bảo toàn, nghĩa là độ lớn vận tốc của hạt không đổi, chuyển động của hạt là chuyển động đều.
2. Chuyển động của hạt điện tích trong từ trường đều
Bây giờ ta hãy khảo sát chuyển động của một hạt điện tích qo khối lượng m trong một từ trường đều \(\overrightarrow{F}\)với giả thiết là vận tốc của hạt vuông góc với từ trường. Giả thiết hạt chịu tác dụng duy nhất của từ trường, phương trình chuyển động của hạt được viết: \(m\overrightarrow{a}=\overrightarrow{f}\) (22.4)
Với \(\overrightarrow{f}\) được xác định theo hình 22.3.
Kết quả cho thấy tọa độ của vận tốc \(\overrightarrow{v}\)theo phương z không thay đổi. Vì lúc đầu (t = 0): vz = 0 (vận tốc đầu vuông góc với \(\overrightarrow{B}\)) nên ta luôn có vz = 0, nghĩa là vectơ vận tốc \(\overrightarrow{v}\) luôn nằm trong mặt phẳng Oxy: Chuyển động của hạt điện tích là chuyển động phẳng trong mặt phẳng vuông góc với từ trường.
Trong mặt phẳng đó, lực Lo-ren-xơ luôn vuông góc với vận tốc \(\overrightarrow{v}\), nghĩa là đóng vai trò lực hướng tâm:
\(f=\frac{mv^{2}}{R}\) = |qo|vB (22.5)
với R là bán kính cong của quỹ đạo.
Vì độ lớn của vận tốc không đổi nên bán kính cong R của quỹ đạo không đổi, nói các khác quỹ đạo là một đường tròn.
Kết luân: Quỹ đạo của một hạt điện tích trong từ trường đều, với điều kiện vận tốc ban đầu vuông góc với từ trường, là một đường tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với từ trường, có bán kính (cho bởi công thức (22.5)):
\(R=\frac{mv}{|q_{o}|B}\) (22.6)
trong đó, m là khối lượng của điện tích chuyển động.
Video mô phỏng về lực Lo-ren-xơ và chuyển động của các hạt điện tích trong từ trường
Sơ đồ tư duy về Lực Lo-ren-xơ
Xem thêm Bài tập & Lời giải
Trong bài: Bài 22. Lực Lo-ren-xơ
Bài tập & Lời giải:
- 👉 Câu C1 trang 136 SGK Vật lý 11
- 👉 Câu C2 trang 136 SGK Vật lý 11
- 👉 Câu C4 trang 137 SGK Vật lý 11
- 👉 Câu C3 trang 137 SGK Vật lý 11
- 👉 Bài 1 trang 138 SGK Vật lí 11
- 👉 Bài 2 trang 138 SGK Vật lí 11
- 👉 Bài 3 trang 138 SGK Vật lí 11
- 👉 Bài 4 trang 138 SGK Vật lí 11
- 👉 Bài 5 trang 138 SGK Vật lí 11
- 👉 Bài 6 trang 138 SGK Vật lí 11
- 👉 Bài 7 trang 138 SGK Vật lí 11
- 👉 Bài 8 trang 138 SGK Vật lí 11
Xem thêm lời giải SGK Vật lí lớp 11
CHƯƠNG I. ĐIỆN TÍCH. ĐIỆN TRƯỜNG
- 👉 Bài 1. Điện tích, định luật Cu-lông
- 👉 Bài 2. Thuyết electron - Định luật bảo toàn điện tích
- 👉 Bài 3. Điện trường và cường độ điện trường - Đường sức điện
- 👉 Bài 4. Công của lực điện
- 👉 Bài 5. Điện thế - Hiệu điện thế
- 👉 Bài 6. Tụ điện
- 👉 Đề kiểm tra 15 phút – Chương 1 – Vật lý 11
- 👉 Đề kiểm tra 45 phút (1 tiết) – Chương 1 – Vật lý 11
CHƯƠNG II. DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI
- 👉 Bài 7. Dòng điện không đổi, nguồn điện
- 👉 Bài 8. Điện năng - Công suất điện
- 👉 Bài 9. Định luật ôm đối với toàn mạch
- 👉 Bài 10. Ghép các nguồn điện thành bộ
- 👉 Bài 11. Phương pháp giải một số bài toán về toàn mạch
- 👉 Bài 12. Thực hành: Xác định suất điện động và điện trở trong của một pin điện hóa
CHƯƠNG III. DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG
- 👉 Bài 13. Dòng điện trong kim loại
- 👉 Bài 14. Dòng điện trong chất điện phân
- 👉 Bài 15. Dòng điện trong chất khí
- 👉 Bài 16. Dòng điện trong chân không
- 👉 Bài 17. Dòng điện trong chất bán dẫn
- 👉 Bài 18. Thực hành: Khảo sát đặc tính chỉnh lưu của điôt bán dẫn và đặc tính khuếch đại của tranzito
- 👉 Đề kiểm tra 15 phút – Chương 2 + 3 – Vật lý 11
- 👉 Đề kiểm tra 45 phút (1 tiết) – Chương 2 + 3 – Vật lý 11
ĐỀ THI HỌC KÌ 1 MỚI NHẤT CÓ LỜI GIẢI
CHƯƠNG IV. TỪ TRƯỜNG
- 👉 Bài 19. Từ trường
- 👉 Bài 20. Lực từ - Cảm ứng từ
- 👉 Bài 21. Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt
- 👉 Bài 22. Lực Lo-ren-xơ
- 👉 Đề kiểm tra 15 phút – Chương 4 – Vật lý 11
- 👉 Đề kiểm tra 45 phút (1 tiết) – Chương 4 – Vật lý 11
CHƯƠNG V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
- 👉 Bài 23. Từ thông, cảm ứng điện từ
- 👉 Bài 24. Suất điện động cảm ứng
- 👉 Bài 25. Tự cảm
- 👉 Đề kiểm tra 15 phút – Chương 5 – Vật lý 11
- 👉 Đề kiểm tra 45 phút (1 tiết) – Chương 5 – Vật lý 11
CHƯƠNG VI. KHÚC XẠ ÁNH SÁNG
- 👉 Bài 26. Khúc xạ ánh sáng
- 👉 Bài 27. Phản xạ toàn phần
- 👉 Đề kiểm tra 15 phút – Chương 6 – Vật lý 11
- 👉 Đề kiểm tra 45 phút (1 tiết) – Chương 6 – Vật lý 11
CHƯƠNG VII. MẮT. CÁC DỤNG CỤ QUANG
- 👉 Bài 28. Lăng kính
- 👉 Bài 29. Thấu kính mỏng
- 👉 Bài 30. Giải bài toán về hệ thấu kính
- 👉 Bài 31. Mắt
- 👉 Bài 32. Kính lúp
- 👉 Bài 33. Kính hiển vi
- 👉 Bài 34. Kính thiên văn
- 👉 Bài 35. Thực hành: Xác định tiêu cự của thấu kính phân kì
- 👉 Đề kiểm tra 15 phút – Chương 7 – Vật lý 11
- 👉 Đề kiểm tra 45 phút (1 tiết) – Chương 7 – Vật lý 11
ĐỀ KIỂM TRA HỌC KÌ 2 (ĐỀ THI HỌC KÌ 2) - VẬT LÍ 11
Xem Thêm
Lớp 11 | Các môn học Lớp 11 | Giải bài tập, đề kiểm tra, đề thi Lớp 11 chọn lọc
Danh sách các môn học Lớp 11 được biên soạn theo sách giáo khoa mới của bộ giáo dục đào tạo. Kèm theo lời giải sách bài tập, sách giáo khoa, đề kiểm tra 15 phút, 45 phút (1 tiết), đề thi học kì 1 và học kì 2 năm học 2024 ngắn gọn, chi tiết dễ hiểu.
Toán Học
- Đề thi, đề kiểm tra Toán lớp 11
- SBT Toán lớp 11 Nâng cao
- SBT Toán 11 Nâng cao
- SGK Toán 11 Nâng cao
- SBT Toán lớp 11
- SGK Toán lớp 11
Vật Lý
- SBT Vật lí 11 Nâng cao
- SGK Vật lí lớp 11 Nâng cao
- SBT Vật lí lớp 11
- SGK Vật lí lớp 11
- Giải môn Vật lí lớp 11
Hóa Học
- Đề thi, đề kiểm tra Hóa lớp 11
- SBT Hóa học 11 Nâng cao
- SGK Hóa học lớp 11 Nâng cao
- SBT Hóa lớp 11
- SGK Hóa lớp 11
Ngữ Văn
Lịch Sử
Địa Lý
Sinh Học
- Đề thi, đề kiểm tra Sinh lớp 11
- SGK Sinh lớp 11 Nâng cao
- SBT Sinh lớp 11
- SGK Sinh lớp 11
- Giải môn Sinh học lớp 11
GDCD
Tin Học
Tiếng Anh
- Đề thi, đề kiểm tra Tiếng Anh 11 mới
- SBT Tiếng Anh lớp 11
- SGK Tiếng Anh lớp 11
- SBT Tiếng Anh lớp 11 mới
- SGK Tiếng Anh lớp 11 Mới