Sách Giáo Khoa Vật Lý 11 nâng cao

    Bài 32. Lực Lo-геп-xơBài 32. Lực Lo-геп-xơBài 32. Lực Lo-геп-xơBài 32. Lực Lo-геп-xơ

    Bài 32. Lực Lo-геп-xơ –

    Thí nghiệm về chuyển động của electron trong từ trường a) Sơ đồ thiết bị thí nghiệm. 1. Vòng dãy Hem-hôn : 2. Bình thuỷ tinh trong có chứa khí trơ : 3. Sợi dã đốt: 4. Vòng tròn sảng (xuất hiện khi Cho dòng điện chạy qua vòng dây Hem-hÔn và sợi dây. b) Ảnh chụp thiết bị thí nghiệm. Thí nghiệm Thiết bị thí nghiệm có sơ đồ như trên Hình 32.1a. Khi cho dòng điện qua vòng dây Hem-hôn và qua Sợi dây đốt ở bên trong bình thuỷ tinh (Hình 32 lb), ta nhận thấy trong bình xuất hiện một vòng tròn sáng màu xanh nằm trong mặt phẳng vuông góc với đường sức từ của vòng dây Hem-hôn. Do bị đốt nóng, sợi dây đốt phóng ra các electron. Các electron này chuyển động và va chạm với các phân tử khí trong bình. Khi va chạm, các electron ion hoá các phân tử khí và làm phát quang. Vậy vòng tròn sáng trong bình cho biết quỹ đạo của electron trong từ trường, Êlectron không chuyển động thẳng mà chuyển động tròn chứng tỏ từ trường tác dụng lực lên electron. Nhiều thí nghiệm khác chứng tỏ rằng, chẳng những từ trường tác dụng lực lên êlectron mà nó cũng tác dụng lên bất kì hạt mang điện nào chuyển động trong nó.2. LựC LO-ren-XO. Lực mà từ trường tác dụng lên một hạt mang điện chuyển động trong nó gọi là lực Lo-ren-xơ (Hendrick Antoon Lorentz, 1853 – 1928, nhà vật lí người Hà Lan, giải Nô-ben năm 1902), a) Phương của lực Lo-ren-xơ Êlectron chuyển động trên quỹ đạo tròn nằm trong mặt phẳng vuông góc với đường sức từ trong thí nghiệm trên, chứng tỏ lực Lo-ren-xơ vuông góc Với vectơ cảm ứng từ và với vectơ vận tốc của electron. Làm thí nghiệm với những hạt mang điện khác, người ta cũng rút ra được kết luận tương tự. Vậy, lực Lo-ren-xơ có phương vuông góc với mặt phẳng chứa vectơ vận tốc của hạt mang điện và vectơ cảm ứng từ tại điểm khảo sát. b) Chiều của lực Lo-ren-xơ Quy tắc xác định chiều của lực Lo-ren-xơ có thể suy ra từ quy tắc bàn tay trái xác định chiều của lực từ tác dụng lên dòng điện. Tuy nhiên, chiều dòng điện được quy ước là chiều chuyển động của các điện tích dương. Còn ở đây các hạt mang điện chuyển động có thể là điện tích dương cũng có thể là điện tích âm. Vì vậy, có thể nói lực Lo-ren-xơ tác dụng lên điện tích dương thì cùng chiều. Với lực từ tác dụng lên dòng điện (Hình 32.2a); còn lực Lo-ren-xơ tác dụng lên điện tích âm thì có chiều ngược lại (Hình 32.2b). c) Độ lớn của lực Lo-ren-xơ Độ lớn của lực Lo-ren-xơ tác dụng lên hạt chuyển động trong từ trường theo phương vuông góc với đường sức từ là : f= |q| UB (32.1) Nếu vectơ vận tốc của hạt không vuông góc mà hợp thành với vectơ cảm ứng từ một góc C, thì người ta chứng minh rằng, độ lớn của lực Lo-ren-xơ được xác định theo công thức sau :f= q v Bsino (32.2)Giải thích hiện tượng cực quang : Từ Mặt Trời, luôn luôn có dòng hạt mang điện, chủ yếu là electron và prôtôn, bay đến Trái Đất. Dưới tác dụng của lực Lo-ren-xơ, các hạt mang điện này chuyển động theo quỹ đạo xoáy ốc quanh các đường sức từ của Trái Đất tạo thành vành đai Van Ai-len (Van Allen). Khi có Trời, thìcủa Trái Đ Ở đó các ẽlectrom ày va chạm với các phân tửCác hạt n khí làm cho chúng phát quang.Hình 32.2 Quy tắc bàn tay trải xác định Chiều Của lực LO-ren-xơ a) Chiều của lực Lo-ren-xơ tác dụng lên hạt mang điện dương, b) Chiều của lực Lo-ren-xơ tác dụng lên hạt mang điện âm. ren-xơ là nguyên nhân gây ra lực từ tác dụng lên dòng điện. Vì vậy ta có thể tìm biểu thức độ lớn của lực Lo-ren-xơ bề xuát phát từ biểu thức độ lớn của lực từ tác dụng lên một đoạn dòng điện. Ta hãy xét đoạn dòng điện MM” có dạng hình trụ, đặt vuông góc với sức từ. Độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện đó là: F = IBI | là chiều dài của đoạn dòng điện. ác hạt mang điệ diện M trong thời gian \ chứa trong hình trụ MM” như trên159 Hình 32.3. Nếu mật độ hạt mang điện tự do (tạo thành dòng điện) trong dây dẫn là N và tiết diện của dây là S thì số hạt trong hình trụ đó là NSI. Coi rằng vận tốc định hướng của các hạt tạo thành dòng điện là U thì | = UAf. Vì vậy có thể nói cứ mỗi giây số hạt đi qua tiết diện M là NSU.Coi điện tích mỗi hạt tạo thành dòng điện có độ lớn là |q| thì I = jS = NSUql.Vậy F = (N. S. U lại) B | = |q| U B (NSI). Trong đó (NST) là tổng số các hạt tạo thành dòng điện chứa trong hình trụ ”. Độ lớn của lực từ tác dụng lên mỗi hạt mang điện là f= INSI lại UB. Đó chính là biểu thức cần tìm.ܝܘܚ ܐ ܚHình 324. Sự lái chùm tia điện tử trong ống phóng điện tử bằng từ trường. 1, 1′. Hai cuộn dây tạo ra từ trường năm ngang : 2, 2°. Hai Cuộn dây tạo ra từ trường thẳng đứng 3. Sợi đốt.|2|| CÂU HÖI3. Ứng dụng của lực Lo-ren-xơ Những ứng dụng của lực Lo-ren-xơ hết sức phong phú. Ở đây ta chỉ nói đến một ứng dụng trong vô tuyến truyền hình. Giả sử một electron được phóng ra từ sợi đốt (súng điện tử) trong ống phóng điện tử. Bình thường nó bay theo đường nằm ngang và đến đập vào màn hình tại điểm M như trên Hình 324. Nhưng nếu có tác dụng của từ trường thì lực Lo-ren-xơ sẽ làm cho quỹ đạo êlectron bị uốn cong, không đến điểm M mà đi lệch đến một điểm khác, chẳng hạn điểm N. Hiện tượng đó gọi là sự lái chùm tia electron (tia catôt) và được ứng dụng trong máy thu hình. Từ trường nằm ngang lái chùm tia catôt theo phương thẳng đứng. Từ trường thẳng đứng lái chùm tia theo phương nằm ngang. Dưới tác dụng của cả hai từ trường, chùm tia điện tử sẽ quét toàn bộ màn hình.1. Lực LO-ren-xơ là gì ?2. Hãy nêu quy tắc. Xác định Chiều Của lực LO-ren-xơ. 3. Hãy Viết biểu thức tính độ lớn của lực Lo-ren-xơ.4. Hãy kể vài ứng dụng của lực LO-ren-xơ.57. BÂI TÂP1. Chọn Câu đúng. Phương của lực LO-ren-xơA. trùng Với phương của Vectơ Cảm Ứng từ.B. trùng Với phương của Vectơ vận tốc của hạt. C. VuÔng gỐC Với đường SỨC từ nhưng trùng Với phương Của Vận tốc của hạt. D. VuÔng góc. Với cả đường SỨC từ và Vectơ vận tốc của hạt.160 Chọn Câu đúng. Chiều của lực Lo-ren-xơ tác dụng lên một điện tích q chuyển động tròn trong từ trường A hướng về tâm của đường tròn quỹ đạo Chỉ khi q > 0, B. hướng về tâm của đường trÔn quỹ đạo Chỉ khi q < 0. C. luÔn luÔn hướng Về tâm của đường tròn quỹ đạo. D. Chưa kết luận được Vì chưa biết dấu của điện tích và Chiều của Vectơ B. Mộtêlectron bay vào trong từ trường đều B với Vận tốc ban đầu to Vuông góc với B.a) Coi to nằm trong mặt phẳng hình Vẽ, B VuÔng góc. Với mặt phẳng hình vẽ. Hãy Vẽ chiều của3.VeClơ lựCLO-ren-xơ f tác dụng lên êlectron. b) Tinh độ lớn của f nếu v = 2.105 m/s và B = 02 T. C) So sánh giá trị tính được Với trọng lượng của êlectron. Nêu nhận xét Cho biết: khối lượng của êlectron bằng 9, 1.10-31kg.4. Một prôtÔn bay Vào trong từ trường đều theo phương hợp với đường sức từ một góc 309. Vận tốc ban đầu của prôtÔn bằng V = 3.107 m|s và từ trường có cảm ứng từ B = 1,5 T. Tỉnh độ lớn của lực LO-ren-XO.Em Có biết 2 HIÊU ỨNG HÔN (HALL) Có thể nói hiệu ứng Hôn là một ví dụ rất hay về sự hiện hữu Của lực LO-ren-xơ tác dụng lên các hạt tải điện trong vật dẫn. Cho dòng điện chạy dọc theo khối kim loại hình hộp chữ nhật như trên Hình 32.5a. Phép đo cho biết hiệu điện thế giữa hai điểm M N bằng không. Đặt khối kim loại có dòng điện nói trên trong từ trường. Đường sức từ vuông góc với hai mặt trước-sau và hướng từ mặt sau ra mặt trước của khối kim loại như trên Hình 325b. Phép đo chứng tỏ khi đó hiệu điện thế giữa hai điểm M N khác không. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Hôn, Hiệu ứng Hôn có thể giải thích như sau : Dòng điện chạy trong tấm kim loại có chiều từ trái sang phải, thì êlectron dẫn di Chuyển theo chiều từ phải sang trái. Vì vậy lực Lo-ren-xơ f tác dụng lên êlectron dẫn hướng xuống dưới. Kết quả là mặt dưới Hình 32,5 Hiệu ứng Hôn, của tấm kim loại tích điện âm, mặt trên tích điện dương. Vì hai mặt này tích điện trái dấu nhau nên hiệu điện thế giữa hai điểm M. N'khác khôngHiệu ứng Hôn trong bán dẫn mạnh hơn trong kim loại.Nhờ hiệu ứng Hôn, người ta xác định được dấu, mật độ và tốc độ của các hạt tải điện tạo thành dòng điện trong một vật liệu. Hiệu ứng Hôn cũng được áp dụng trong việc chế tạo các Cảm biến đo cảm ứng từ của từ trường.11- WL11 - NC - A 161

     

    Print Friendly, PDF & Email

    Bài giải này có hữu ích với bạn không?

    Bấm vào một ngôi sao để đánh giá!

    Đánh giá trung bình / 5. Số lượt đánh giá:

    Bình luận