Logo Thư Viện Vật Lý
Banner Thư Viện Vật Lý

> > > Tìm hiểu về lực LORENTZ - lớp 11 NC

Tìm hiểu về lực LORENTZ - lớp 11 NC

* Dinh Trung Nguyen - 1,367 lượt tải

Chuyên mục: Lớp 11

Để download tài liệu Tìm hiểu về lực LORENTZ - lớp 11 NC các bạn click vào nút download bên dưới.

Mời bạn truy cập vào kho download tài nguyên với thư viện giáo án điện tử, thư viện đề kiểm tra - trắc nghiệm và nhiều tài nguyên quý giá khác nữa.

Nếu bạn thích tài liệu Tìm hiểu về lực LORENTZ - lớp 11 NC , click nút "Cảm ơn" hoặc "Thích" và chia sẻ cho bạn bè mình.

Hãy Đăng kí để nhận file mới qua email
Download reader Hướng dẫn

 Tìm hiểu về lực Lorentz trong sách Vật lý 11


► Like TVVL trên Facebook nhé!
Luong tu thu vi
Hỗ trợ  Upload
Thêm vào bộ sưu tập

Mã nhúng hiện file trên blog của bạn:

* Bạn muốn Viết công thức toán tại comment Facebook này, hãy đọc bài hướng dẫn tại đây: Cách gõ công thức toán trong Facebook
15 Đang tải...
Chia sẻ bởi: Dinh Trung Nguyen
Ngày cập nhật: 12/01/2013
Tags: Tìm hiểu, về lực LORENTZ, lớp 11 NC
Ngày chia sẻ:
Tác giả Dinh Trung Nguyen
Phiên bản 1.0
Kích thước: 2,689.71 Kb
Kiểu file: docx
Hãy đăng kí hoặc đăng nhập để tham gia bình luận

  • Tài liệu Tìm hiểu về lực LORENTZ - lớp 11 NC là file được upload bởi thành viên của Thư Viện Vật Lý như đã trình bày trên. Cộng đồng Thư Viện Vật Lý hết sức cảm ơn tác giả đã chia sẻ tài liệu này.

    Rất mong các bạn đóng góp bằng cách upload file để kho tài liệu của chúng ta thêm phong phú.

Dưới đây là phần văn bản trích từ tài liệu

Chú ý:

- Có thể font chữ sẽ không hiển thị đúng, bạn nên click nút download để tải về máy đọc cho hoàn thiện.

- Download bộ font .VnTimes, VNI-Times đầy đủ nếu máy bạn chưa có đủ font tiếng Việt.

LỰC LORENTZ

Như ta đã biết, từ trường tác dụng lực lên dòng điện đặt trong nó – Lực từ (lực Ampere). Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích tự do bên trong nó. Vậy các điện tích tự do có chịu tác dụng của từ trường không và nếu có thì các lực này có đặc điểm như thế nào?

http://youtu.be/MssrQHZnZuo

Thực nghiệm chứng minh, các hạt điện tích chuyển động có chịu tác dụng của lực từ. Điển hình là khi ta đưa nam châm đến gần dòng catot, (dòng này chỉ bao gồm các hạt điện tử chuyển động trong khí áp suất thấp), ta thấy dòng catot bị lệch đi, chứng tỏ các điện tử chịu lực tác dụng của từ trường.

Thí nghiệm dòng catot chịu tác dụng của từ trường: TN1, TN2, TN3, TN4.

http://youtu.be/RT_GkkBqFHQhttp://youtu.be/FejqcW7WYPc

http://youtu.be/cMoYcumxp9ohttp://youtu.be/y9ufqY8WyaA

28968703238500Tuy nhiên, qua thí nghiệm đó chúng ta mới chỉ thấy được các điện tích chịu lực tác dụng, chứ không thể xét được các lực tác dụng lên điện tích như thế nào. Để rõ ràng hơn, người ta xét thí nghiệm vòng dây Hem-hôn (Helmholtz).

59055167767000Vòng dây Helholtz là thiết bị gồm 2 vòng dây đặt cách nhau 1 khoảng bằng bán kính vòng dây. Trong khoảng đó, chúng ta đặt một bóng đèn áp suất thấp (bơm khí trơ: Ar, Kr, …, có thể xoay được) với đèn sợi đốt (dây tóc phủ BaO nhằm phát xạ nhiều electron hơn).

5835657048500

Khi cấp điện vào đèn sợi đốt, dây tóc đèn nóng sát sẽ phát ra các electron (phát xạ nhiệt), trong quả cầu sẽ có tia sáng – tia catot. Khi chỉ có dòng điện vào đèn sợi đốt thì tia sáng sẽ có dạng đường thẳng, khi ta cấp điện cho cuộn dây Helholtz thì trong dây sẽ sinh ra từ trường, , khoảng không gian hình trụ nằm tại tâm đối xứng có kích thước khoảng 1/5 đường kính vòng tròn có từ trường khá đều, khi đó tia sáng sẽ có dạng 1 vòng tròn sáng khi xoay bóng đèn thì tia catot sẽ có dạng 1 vòng xoắn ốc.

Thí nghiệm Helholtzhttp://youtu.be/evrdtbvBRh8

332359047498000Hình dạng tia sáng cho ta biết quỹ đạo của các electron trong từ trường, electron không chuyển động thẳng mà chuyển động tròn chứng tỏ electron chịu lực tác dụng của từ trường. Ngoài ra, không chỉ có electron mà bất kì hạt mang điện nào chuyển động trong từ trường cũng chịu lực tác dụng của từ trường.

Lực mà từ trường tác dụng lên các hạt mang điện chuyển động trong nó được nhà bác học Lorentz xác định được giá trị độ lớn nên còn được gọi là lực Lorentz.

Vậy, hạt mang điện chuyển động trong từ trường chịu tác dụng của lực gọi là lực Lorentz, được xác định bởi công thức:

F=q.[v.B]

Trong đó:

q : là điện tích của hạt.

v : là véc-tơ vận tốc của hạt.

B : là véc-tơ cảm ứng từ

22796513589000Ta có nhận xét :

Các hạt điện tích chuyển động tạo thành dòng (dòng điện), như vậy lực từ - lực Ampere tác dụng lên dòng điện là tổng hợp các lực Lorentz tác dụng lên các electron chuyển động.

Do đó, phương và chiều của lực Lorenz được xác định theo quy tắc bàn tay trái như xác định lực từ.

36385512827000

Lực Lorentz được xác định bằng thực nghiệm có đặc điểm :

Độ lớn của lực Lorentz : f= q.v.B.sinα

Với α là góc hợp bởi v và B

Phương : vuông góc với mặt phẳng chứa véc-tơ vận tốc của hạt mang điện và véc-tơ cảm ứng từ tại điểm khảo sát.

Chiều : được xác định theo quy tắc bàn tay trái : Đặt bàn tay trái duỗi thẳng để cho các đường cảm ứng từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay chỉ chiều chuyển động thì chiều ngón tay cái choãi ra 900 chỉ chiều lực Lorentz nếu hạt mang điện dương (q>0) và chỉ chiều ngược lại nếu hạt mang điện âm .

Ở đây ta lưu ý:

Trong kim loại, dòng điện là dòng dịch chuyển của các electron tự do, mà chiều dòng điện được quy ước là chiều dịch chuyển của các điện tích dương. Do đó, chiều dòng điện sẽ ngược lại với chiều chuyển động của các electron.

Trong trường hợp q >0 quy tắc này trùng với quy tắc xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện. Và thực chất quy tắc này cũng có thể hiểu là quy tắc bàn tay trái với chú ý chiều dòng điện theo quy ước là chiều chuyển động của các điện tích dương.

Ngoài ra, ta có thể đi xây dựng biểu thức lực Lorentz dựa vào công thức lực Ampere.

Xét lực tác dụng lên một đoạn dây dẫn thẳng dài l, có cường độ dòng điện I chạy qua. Theo công thức Am-pe, lực này có biểu thức f=I.∆l.B=B.I.∆l.sinα Trong đó I.∆l=S.∆l.i=S.∆l.n0.q.v với i là vec tơ mật độ dòng điện, S là tiết diện vật dẫn, n0 là mật độ hạt mang điện tự do trong vật dẫn, v là vận tốc của chuyển động của các hạt mang điện tích dương (nếu hạt mang điện tích âm thì hướng ngược lại – trong kim loại), q là điện tích của hạt.

Lực tác dụng viết lại ∆f=S.∆l.n0.q.[v.B], với S.∆l=V là thể tích đoạn dây dẫn. Mặt khác, N=S.∆l.n0 là số hạt mang điện tự dòng điện trong đoạn dây dẫn đó. Vì đoạn dây dẫn ta xét rất nhỏ, đồng chất nên các hạt mang điện trong đoạn dây dẫn là hoàn toàn tương đương nhau. Từ đó, lực từ tác dụng lên một hạt mang điện có điện tích q chuyển động với v trong từ trường có cảm ứng từ B là :

f= ∆fN=S.∆l.n0.q.[v.B]S.∆l.n0= q[v.B]

Như vậy công thức lực Lorentz có thể xây dựng từ công thức lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua đứng yên trong từ trường, khi đó v là vận tốc trung bình của chuyển động định hướng của điện tích. Tuy nhiên, biểu thức mà tác dụng thu được của lực Lo-ren-xơ đúng cho mọi điện tích chuyển động và v là vận tốc riêng của chuyển động đó.

Lưu ý rằng, trên đây chỉ là mô hình để từ công thức Am-pe dẫn đến công thức lực Lorentz, còn lực Lorentz áp dụng được với từng điện tích riêng lẻ chuyển động trong từ trường. Ngay cả khi trong vật dẫn không có dòng điện thì những hạt mang điện trong vật dẫn chuyển động nhiệt hỗn loạn vẫn có lực Lorentz tác dụng lên chúng. Thế nhưng do chuyển động nhiệt không ưu tiên theo hướng nào nên lực tác dụng lên từng điện tích riêng biệt cũng không có phương ưu tiên. Kết quả là lực tác dụng tổng hợp lên vật dẫn cũng bằng không.

Khi các điện tích chuyển động hỗn loạn, tuy không có dòng điện nhưng vẫn có lực Lorentz tác dụng lên từng điện tích đặt trong từ trường.

Mô phỏng lực Lorentz http://lectureonline.cl.msu.edu/~mmp/kap21/cd533capp.htm

QUỸ ĐẠO CỦA HẠT CHUYỂN ĐỘNG TRONG TỪ TRƯỜNG.

Videohttp://youtu.be/jygpNifpyokhttp://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Meca/Charges/q_dans_B2.html

Xét một hạt khối lượng m mang điện tích q>0, có vận tốc ban đầu là v đi vào khoảng không gian có từ trường đều với cảm ứng từ B; bỏ qua tác dụng của trọng lực (vì khối lượng của hạt m rất nhỏ). Theo định luật II Niutơn và công thức định luật lực Lorentz, phương trình chuyển động của hạt có dạng:

ma = q.[v.B].

Lực Lorentz luôn luôn vuông góc với vectơ vận tốc v nên công của lực Lorentz luôn bằng không ( = 0). Theo định lý động năng thì động năng của hạt không đổi, do đó độ lớn của vận tốc v không đổi trong quá trình hạt chuyển động. Như vậy có thể thấy hạt mang điện chuyển động trong từ trường đều thì chỉ bị thay đổi hướng của vận tốc mà không tăng tốc hạt. Điều này khác với điện tích chuyển động trong điện trường đều thì có thể tăng tốc.

421894018161000a. Trường hợp vận tốc v vuông góc với B

Lực Lorentz có phương chiều như hình vẽ và có độ lớn F = qvB. Vì lực Lorentz vuông góc với phương chuyển động nên nó đóng vai trò lực hướng tâm. Dưới tác dụng của lực đó hạt chuyển động tròn đều theo một đường tròn bán kính r

mv2r=qvB

Từ đó, bán kính r của quỹ đạo chuyển động của hạt

r= mvqB= vqBm

3527425146050046583609525000Biểu thức trên cho thấy bán kính quỹ đạo phụ thuộc vào vận tốc v của hạt mang điện, vào độ lớn cảm ứng từ B và tỉ số qm (gọi là điện tích riêng của hạt).

Chu kì T của chuyển động của hạt

T= 2πrv= 2πqm.1B

Tốc độ góc của hạt

ω= 2πT= qmB

Tốc độ góc được gọi tần số xiclôtrôn.

Chu kì T và tần số xiclôtrôn của hạt chỉ phụ thuộc vào điện tích riêng qm và cảm ứng từ B, mà không phụ thuộc vào vận tốc v.

Hạt mang điện chuyển động trong từ trường đều có vận tốc v vuông góc với B sẽ chuyển động tròn đều.

b. Trường hợp vận tốc ban đầu v hợp với cảm ứng từ B

một góc bất kì

http://d.violet.vn/uploads/resources/607/part_EB.swf

http://d.violet.vn/uploads/resources/607/mouvt_charge.swf

720725523240

l

00

l

Có thể xem chuyển động của hạt gồm hai thành phần:

Chuyển động tròn đều trong mặt phẳng vuông góc với B, với vận tốc dài bằng vn=v.sin, bán kính quỹ đạo r, chu kì T và tần số góc xác định bằng các công thức ở trên trong đó thay v bởi vn.

(xem cliphttp://youtu.be/Vow_t0mcIZs)

Chuyển động thẳng đều với vận tốc vt =v.cos dọc theo phương B

Vì vậy, quỹ đạo của hạt là một đường xoắn ốc hình trụ, có trục trùng với phương của vectơ cảm ứng từ B. Bước của đường xoắn ốc là

l=vtT= 2πvcosαqm.1B

244030510223500Cực quang

(clip http://youtu.be/juY5fXgsNJI)

Cực quang xuất hiện là do các hạt mang điện (electron; proton) trong luồng vật chất từ Mặt Trời phóng tới các hành tinh xung quanh. Khi các hạt này tiếp xúc với từ trường của các hành tinh (Mặt đất...) thì chúng bị đổi hướng do tác dụng của lực Lorentz. Lực này làm cho các hạt chuyển động theo quỹ đạo xoắn ốc dọc theo các đường cảm ứng từ của hành tinh (Trái đất). Tại hai từ cực các đường cảm ứng từ hội tụ lại và làm cho các hạt mang điện theo đó đi sâu vào khí quyển của hành tinh tạo thành vành đai (belts) bức xạ Van Allen trên tầng cao khí quyển của trái đất. Khi đi sâu vào khí quyển các hạt mang điện va chạm với các phân tử, nguyên tử trong khí quyển hành tinh và kích thích các phân tử này phát sáng. Do thành phần khí quyển hành tinh chứa nhiều khí khác nhau, khi bị kích thích mỗi loại khí phát ra ánh sáng có bước sóng khác nhau, tức là nhiều màu sắc khác nhau do đó tạo ra nhiều dải sáng với nhiều màu sắc trên bầu trời ở hai cực. (Nguyên tử oxi phát ra anh sáng xanh lục, nguyên tử nitơ phát ra anh sáng mầu hồng).

http://youtu.be/jQahAcYQUo0

3679825-88011000Mô phỏng và giải thích: http://d.violet.vn/uploads/resources/607/Luctu_Lorentz_Mancucquang_BacCuc.swf, Van-Alen

074231500http://youtu.be/er3O3B-ZrIg

315277546101000

10668033464500Điều khiển đèn hình CRT

2273300348234000

Đèn hình CRT là một bộ phận dùng để hiển thị hình ảnh trên TV, máy vi tính, dao động kí. Một chùm tia điện tử mảnh được phóng ra từ cathode nung nóng, tia điện tử này được gia tốc bởi điện trường của anode thứ nhất (slits). Nếu không được làm lệch trong điện trường và từ trường thì các electron bay thẳng và đập vào một vị trí trên màn huỳnh quang, do đó chỉ có một chấm sáng trên màn. Để hiển thị được hình ảnh; chùm tia điện tử cần được điều khiển quét khắp màn huỳnh quang. Cơ cấu thực hiện nhiệm vụ này là các cuộn dây và các cặp bản tụ điện. Chùm tia điện tử bị lệch trong từ trường cuộn dây do lực Lorentz và lệch trong điện trường của tụ điện do lực điện. Việc làm lệch chùm tia điện tử được điều khiển nhờ tín hiệu đưa vào các cặp bản tụ và cuộn dây. Tín hiệu điều khiển sự lệch chùm tia theo cả phương dọc và ngang. Vì điện tử có khối lương rất bé nên quán tính nhỏ, do đó sự thay đổi hướng vận tốc thực hiện dễ dàng. Chùm tia điện tử quét rất nhanh tạo ra sự phát sáng các điểm trên màn hình. Tập hợp các điểm sáng khác nhau trên màn hình tạo thành hình ảnh hiển thị.

Clip: http://youtu.be/NVIqsEOjCUQ,http://youtu.be/x-A9X84e2rQ, http://youtu.be/udths3b65LE, đưa nam châm lại gần màn hình CRT và quan sát hiện tượng

3404870-36830000Hiệu ứng Hôn (Hall Effect)

Hiệu ứng Hall là một ví dụ cụ thể về sự hiện hữu của lực Lorentz tác dụng lên các hạt tải điện trong vật dẫn.

Xét khối vật dẫn có dạng hình hộp chữ nhật, có dòng điện với mật độ dòng i chạy qua, đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B vuông góc với dòng điện. Giữa 2 mặt của vật dẫn, song song với dòng điện và từ trường xuất hiện một hiệu điện thế UMN = V1 – V2

Hiện tượng này gọi là hiệu ứng Hall, hiệu điện thế đó gọi là hiệu điện thế Hall.

Thực nghiệm cho thấy, độ lớn của hiệu điện thế Hall tỉ lệ với mật độ dòng điện i, cảm ứng từ B và chiều rộng d của hình hộp theo phương vuông góc với B: U = R.d.i.B

Trong đó R là hệ số tỉ lệ, tùy thuộc vào bản chất của vật dẫn, gọi là hằng số Hall.

275463031051500Hiệu ứng Hôn có thể giải thích một cách đơn giản theo thuyết electron và lực Lorentz:

Giả thiết rằng tất cả các hạt mang điện chuyển động với vận tốc như nhau, bằng vận tốc trung bình v của chuyển động định hướng. Mỗi hạt mang điện chịu tác dụng của lực Lorentz, hướng vuông góc với dòng điện và từ trường, tức là dọc theo cạnh d, có giá trị F = v.B.e.

Dưới tác dụng của lực này, những hạt mang điện có thêm chuyển động phụ về mặt bên của vật dẫn (mặt trên hoặc dưới của hình vẽ tùy theo hạt mang điện tích âm hay dương) làm cho một mặt mang điện âm, một mặt mang điện dương. Bên trong vật dẫn xuất hiện một điện trường ngang E. Khi trạng thái cân bằng đã đạt được lực của điện trường này cân bằng với lực Lo-ren-xơ tác dụng lên hạt nên e.E = e.v.B. Vì thế, hiệu điện thế Hall có giá trị: U = E.d = v.d.B,mặt khác, mật độ dòng điện i = n0.e.v nên: U= 1n0e.d.i.B

42589453924300045351702300605

Cảm biến dùng hiệu ứng Hall

Cảm biến dùng hiệu ứng Hall

Từ đó ta có hằng số Hall R= 1n0e. Hằng số Hall phụ thuộc vào mật độ hạt mang điện trong vật dẫn n0. Cần nói thêm rằng, trên đây chỉ là mô hình cổ điển dùng để giải thích hiệu ứng Hall. Hiệu ứng Hall trên thực tế đối với các kim loại như sắt, bismut, cadimi hoặc các chất bán dẫn không thể giải thích theo mô hình trên. Trong trường hợp này, hiệu ứng Hall chỉ được giải thích bằng các tính chất lượng tử của vật liệu. Nhờ hiệu ứng này, người ta xác định dấu, mật độ và tốc độ hạt tải điện tạo thành dòng điện trong một vật liệu. Hiệu ứng này cũng được áp dụng cho việc chế tạo các cảm biến đo cảm ứng của từ trường.

http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/java/halleffect/index.html#mainnavbottomtext1

http://www.d.violet.vn/uploads/resources/607/EngHall_effect.swfhttp://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Meca/Charges/hall.html

Máy gia tốc

2181860138430000Máy gia tốc hạt là dụng cụ tạo ra các chùm ion hay electron năng lượng tính sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, là một kính hiển vi cực kì chính xác. Như đã biết, các vật có kích thước dưới kích thước của một tế bào sống được nghiên cứu bằng kính hiển vi quang học và các vật có kích thước dưới kích thước nguyên tử được nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử. Các chi tiết vật thể có thể nhìn thấy (phân giải) được cho bởi bước sóng của ánh sáng rọi vào. Để thâm nhập phần bên trong của nguyên tử và hạt nhân, người ta cần phải sử dụng các bức xạ có bước sóng nhỏ hơn nhiều so với kích thước nguyên tử. Các nucleon (proton và neutron) bên trong hạt nhân nguyên tử có kích thước chừng 10-15 m và cách nhau những khoảng cách vào cùng bậc độ lớn đó. Các electron quay xung quanh hạt nhân nguyên tử cũng như các quark bên trong nucleon có kích thước, nếu có, nhỏ hơn 10-18 m; chúng có vẻ giống như chất điểm.

Ngoài việc cần thiết cho kính hiển vi hạ nguyên tử cực kì chính xác, các hạt phát ra từ máy gia tốc hạt va chạm với các hạt bia có thể dẫn tới sự hình thành của những hạt mới, chúng thu lấy khối lượng của chúng từ năng lượng va chạm theo công thức E = mc2. Như vậy, bằng sự chuyển hóa sang khối lượng của động năng dư thừa trong một va chạm mà các hạt, phản hạt và những hạt kì lạ có thể được tạo ra.

Các máy gia tốc hạt không chỉ là công cụ dùng cho khảo sát thế giới hạ nguyên tử, mà còn được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác như phân tích và biến tính vật liệu và quang phổ học, nhất là trong khoa học môi trường. Các máy gia tốc còn tạo ra các nguyên tố phóng xạ dùng làm chất đánh dấu trong y khoa, sinh học và khoa học vật liệu. Có tầm quan trọng đang tăng lên trong khoa học vật liệu là các máy gia tốc ion và electron tạo ra số lượng phong phú neutron và photon trong một ngưỡng năng lượng rộng. Các chùm photon hoàn toàn xác định chẳng hạn đang được tăng cường sử dụng cho kĩ thuật in khắc để chế tạo các chi tiết rất nhỏ cần thiết trong điện tử học.

Chi tiết hơn về các máy gia tốc hạt có thể tìm được trong một cuốn sách xuất bản gần đây, Giới thiệu các máy gia tốc hạt, của Edmund Wilson và do Nhà xuấn bản Đại học Oxford ấn hành năm 2001.

Trong các máy gia tốc hạt đầu tiên, các hạt được gia tốc bằng một hiệu điện thế cao đặt vào khe giữa cathode và anode (các điện cực). Những dụng cụ này gọi là ống tia cathode và được nghĩ ra vào cuối thế kỉ 19.

2687955126365000Các loại máy gia tốc khác nhau hiện có đã được phát minh ra trong khoảng thời gian gần bốn thập kỉ. Các đề xuất gia tốc các hạt theo kiểu lặp đi lặp lại đã thúc đẩy Ernest Orlando Lawrence đi tới một quan niệm mới cho việc gia tốc các hạt. Trong cyclotron do ông phát minh, các hạt được làm cho quay tròn trong một từ trường và đi qua đi lại cùng một khe gia tốc nhiều lần. Thay cho hiệu điện thế một chiều, người ta thiết đặt một hiệu điện thế cao vào khe sao cho các hạt được gia tốc trong một quỹ đạo xoắn ốc theo kiểu lặp đi lặp lại. Sau phát minh ra nguyên lí cân bằng pha vào giữa những năm 1940, hai loại máy gia tốc mới đã hình thành: máy gia tốc thẳng và synchrotron.

Máy gia tốc tuần tự: Cyclotron, Synchrocylotron

Nguyên tắc hoạt động máy gia tốc cyclôtrôn

Bài toán điện tích chuyển động trong từ trường đều vuông góc với vận tốc ban đầu của nó cho thấy quỹ đạo điện tích là đường tròn. Chu kì quay của điện tích không phụ thuộc vào vận tốc của nó. Tính chất này được ứng dụng trong máy gia tốc xiclôtrôn. Đây là một thiết bị quan trong trong nghiên cứu vật lý hạt nhân và các hạt cơ bản.

Tuy nhiên với các loại máy gia tốc cyclotron do bán kính quỹ đạo của hạt:

r= mvqB

Theo đó bán kính phụ thuộc vào khối lượng của hạt nên không thích hợp gia tốc với các hạt khối lượng nhẹ như electron. Người ta đã phát triển loại máy gia tốc synchrocyclotron.

2458085122364500Cấu tạo máy gia tốc gồm hai điện cực, có dạng hai nửa hình hộp hình chữ D (D1, D2) đặt trong một buồng chân không. Hai hộp chữ D đặt cách nhau một khe hẹp. Đặt một hiệu điện thế thay đổi tuần hoàn vào hai hộp, hai hộp D1và D2 trở thành hai điện cực (đổi chiều nhưng không đổi cường độ). Khoảng giữa khe hẹp có một điện trường thay đổi tuần hoàn. Toàn bộ hai hộp đặt trong một từ trường đều của một nam châm điện cực mạnh có cảm ứng từ

vuông góc với mặt hộp.

Những hạt mang điện được cung cấp từ nguồn P, đặt ở khe giữa khe hở của hai cực. Quá trình gia tốc các hạt mang điện được thực hiện làm nhiều bước. Giả sử, khi hiệu điện thế giữa hai cực là lớn nhất, ở khe giữa hai cực có một hạt mang điện dương (proton); khi đó hạt sẽ chịu tác dụng của điện trường và bị hút vào giữa điện cực âm (D), đươc gia tốc bởi điện trường. Khoảng không gian trong điện cực là đẳng thế, ở đó hạt chỉ chịu tác dụng của từ trường. Với vận tốc vừa thu được dưới tác dụng của từ trường, hạt sẽ chuyển động tròn, có bán kính tỷ lệ với vận tốc:

r= mvqB

Người ta chọn tần số của hiệu điện thế xoay chiều bằng tần số cyclôtrôn của hạt ω= 2πT= qmB

(Điều kiện cộng hưởng)

1948180139255500Sau khi hạt chuyển động được nửa vòng tròn và đến khe hở giữa hai điện cực, thì lúc đó hiệu điện thế đã đổi dấu (sau một nửa chu kỳ) và đạt giá trị cực đại. Hạt lại được điện trường giữa hai khe tăng tốc thêm, rồi bay vào trong cực thứ hai, với vận tốc lớn hơn, do đó quỹ đạo của hạt có bán kính lớn hơn trước trong khi thời gian chuyển động của hạt trong điện cực D1, D2 thì không đổi (bằng nửa chu kỳ). Quá trình tăng tốc cứ tiếp tục mãi. Quỹ đạo của hạt có dạng gần như một đường xoắn ốc (tròn trong vùng hộp D và thẳng ở giữa 2 khe – tổng hợp lại là quỹ đạo hình gần xoắn ốc). http://youtu.be/QhjRcUon0dQ

Năng lượng cực đại Wmax có thể cung cấp cho hạt phụ thuộc vào cảm ứng từ của nam châm điện, vào bán kính quỹ đạo cực đại rmax của hạt rmax bằng bán kính các hộp).

Ta có:

do đó:

381889091757500Đối với máy gia tốc cyclotron, Wmax chỉ có thể đạt tới vài chục MeV. Bởi vì khi hạt thu được năng lượng lớn tới mức nào đó thì khối lượng m của hạt tăng lên do hiệu ứng tương đối tính dẫn đến điện tích riêng giảm. Theo đó tần số xiclôtrôn giảm, sự đồng bộ giữa tần xiclôtrôn và tần số điện trường không còn vì vậy hạt không được tăng tốc nữa. Khi đó, muốn cho năng lượng của hạt lớn, cần phải là thay đổi tần số của hiệu điện thế tăng tốc (trong máy gia tốc phazôtrôn) hoặc là thay đổi từ trường sao cho tỷ số

không đổi (trong máy synchrocylotron) hoặc cả tần số của hiệu điện thế tăng tốc lẫn từ trường đều biến đổi. Lúc đó hạt có thể gia tốc tới năng lượng hàng chục GeV.[4]

Hoạt động của Cyclotron: http://jol.liljenzin.se/CYCLOTR/CYCLOANI.HTMhttp://youtu.be/cNnNM2ZqIsc

http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Meca/Charges/cyclotron.html

Khối phổ kế

Khối phổ kế là một thiết bị dùng để đo đạc tỉ lệ khối lượng-trên-điện tích của ion. Kĩ thuật này có nhiều ứng dụng, bao gồm:

Xác định các hợp chất chưa biết bằng cách dựa vào khối lượng của phân tử hợp chất hay từng phần tách riêng của nó.

Xác định kết cấu chất đồng vị của các thành phần trong hợp chất.

Xác định cấu trúc của một hợp chất bằng cách quan sát từng phần tách riêng của nó.

Định lượng lượng hợp chất trong một mẫu dùng các phương pháp khác (phương pháp phổ khối vốn không phải là định lượng).

Nghiên cứu cơ sở của hóa học ion thể khí (ngành hóa học về ion và chất trung tính trong chân không).

Xác định các thuộc tính vật lí, hóa học hay ngay cả sinh học của hợp chất với nhiều hướng tiếp cận khác nhau.

26644608826500Khối phổ kế bao gồm các bộ phận:

Bộ tạo ra các hạt ion

Bộ phận gia tốc các hạt.

Bộ lọc tốc độ

Máy đo (detector)

3564890178181000Các hạt được tạo ra từ bộ tạo các ion có cùng điện tích sẽ được đưa qua bộ phận gia tốc – đó là bộ phận gia tốc bằng điện trường E1 qua đó hạt sẽ thu được vận tốc v, sau bộ phận này chùm các hạt có sẽ bay qua bộ lọc tốc độ, trong đó sẽ có 1 vùng từ trường B1 và điện trường E2 được đặt vuông góc với nhau. Khi đó các hạt đồng thời chịu tác dụng của 2 lực: lực điện Coulomb và lực từ Lorentz, khi 2 lực này cân bằng nhau hạt sẽ bay thẳng.

Khi đó:

qE2 = qvB

3680460516255

Bộ lọc vận tốc

Bộ lọc vận tốc

Vậy chỉ có những hạt nào có cùng vận tốc nhóm thoả mãn

v= E2B1

Thì mới đi qua được bộ lọc tốc độ.

Sau đó, hạt sẽ đi vào vùng từ trường B2, tại đó dưới tác dụng của từ trường, hạt sẽ chuyển động tròn với bán kính

2387600-109664500r= mvqB

212852057340500Các hạt có khối lượng khác nhau sẽ chuyển động theo các quỹ đạo khác nhau với bán kính khác nhau. Người ta có thể tách riêng các hạt có cùng điện tích có khối lượng khác nhau.

http://youtu.be/jY98qgV7gwI

http://youtu.be/zKv02CHPsWk

37020525654000

14960603282315

Ứng dụng của lực Lorentz

Ứng dụng của lực Lorentz

1496060-3556000Ngoài các ứng dụng kể trên, lực Lorentz còn có rất nhiều ứng dụng khác: thiết bị Tokamak ...Ở đây ta không đề cập đến.

http://youtu.be/Hmiz-EQX4JA

Kết luận

Về bài giảng này, đây là một bài nêu lên 1 loại lực mới, bản chất hơn, rõ ràng hơn về tác động của từ trường lên hạt điện tích chuyển động. Trong bài cũng nêu ra những kiến thức thường thức cho học sinh. Ở 2 SGK cũng có khác biệt đôi chút, trong SGK cơ bản, chỉ đi tìm hiểu về những khái niệm chung nhất, mang tính giới thiệu cho học sinh, các công thức sẽ được xây dựng cụ thể. Trong SGK nâng cao, bài này chỉ ra chi tiết về lực Lorentz, các phần tính toán sẽ được hướng dẫn để học sinh có thể tự làm.

Khó khăn lớn nhất trong bài này là làm sao cho học sinh hình dung ra lực Lorentz tác dụng lên hạt điện tích chuyển động, với đặc điểm đó làm chúng ta rất khó để có được sự trực quan sinh động. Giúp học sinh liên hệ giữa lực Lorentz và lực Am-pe nhằm tìm ra đặc điểm lực Lorentz nhưng phải phân biệt rõ cho học sinh về 2 loại lực này, tránh nhầm lẫn.

Khắc phục: để bài học sinh động hơn, hấp dẫn với học sinh chúng ta có thể tăng cường sử dụng thí nghiệm, hay các video để học sinh dễ hiểu vấn đề. Chú ý phân tích kĩ càng hiện tượng, làm nổi bật bản chất của hiện tượng để học sinh dễ nắm bắt hơn.

Video thí nghiệm thực tế:

http://youtu.be/e4g4Jb8vqiU http://youtu.be/VaKNwDxcdrY

MỤC LỤC

TOC \o "1-3" \h \z \u LỰC LORENTZ PAGEREF _Toc342924900 \h 1

QUỸ ĐẠO CỦA HẠT CHUYỂN ĐỘNG TRONG TỪ TRƯỜNG. PAGEREF _Toc342924901 \h 5

a. Trường hợp vận tốc v vuông góc với B PAGEREF _Toc342924902 \h 6

b. Trường hợp vận tốc ban đầu v hợp với cảm ứng từ B

một góc bất kì PAGEREF _Toc342924903 \h 7

Cực quang PAGEREF _Toc342924904 \h 8

Điều khiển đèn hình CRT PAGEREF _Toc342924905 \h 9

Hiệu ứng Hôn (Hall Effect) PAGEREF _Toc342924906 \h 10

Máy gia tốc PAGEREF _Toc342924907 \h 11

Máy gia tốc tuần tự: Cyclotron, Synchrocylotron PAGEREF _Toc342924908 \h 12

Khối phổ kế PAGEREF _Toc342924909 \h 15

Kết luận PAGEREF _Toc342924910 \h 18

MỤC LỤC PAGEREF _Toc342924911 \h 19

Extension Thuvienvatly.com cho Chrome

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

File mới nhất

* ĐỀ KIỂM TRA CHƯƠNG DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA
Ngày 15/09/2019
* Bài Giảng Power Point Vật Lý 11
Ngày 15/09/2019
* FULL TOÀN BỘ TRẮC NGHIỆM CHƯƠNG I VẬT LÝ 10
Ngày 15/09/2019
* FULL TOÀN BỘ TRẮC NGHIỆM CHƯƠNG I VẬT LÝ 11
Ngày 15/09/2019
* ĐỀ KHẢO SÁT ĐẦU NĂM VẬT LÍ 12
Ngày 14/09/2019
File mới upload

Ngày này hằng năm

* Template viết luận văn bằng LaTeX
Ngày 22/09/2016
* Đề thi HSG môn Vật Lý TP Hà Nội 2017 (trang 2)
Ngày 16/09/2017
* 8 Vấn Đề Cốt Lỏi Giao Thoa Sóng Cơ 2019 - Giải Chi Tiết
Ngày 16/09/2018
* Các Dạng Toán Cốt Lỏi Cực Trị Liên Quan Đến Cộng Hưởng 2019. Giải Chi Tiết.
Ngày 16/09/2018
* Bài tập Giao Thoa Sóng. Phân loại theo Tốt Nghiệp và Đại Học
Ngày 16/09/2018
File mới upload

Được tải nhiều nhất tháng trước

File icon Đề THPT Chuyên Hà Tĩnh lần 5 năm 2016 (Có lời giải chi tiết)
3,401 lượt tải - 3,395 trong tháng
File icon ĐỀ THI THỬ THPTQG 2016 (SÁT CẤU TRÚC CỦA BỘ + ĐÁP ÁN)
2,100 lượt tải - 2,090 trong tháng
File icon Đề có cấu trúc 60%CB - 40%NC số 15 - có lời giải
2,333 lượt tải - 2,068 trong tháng
File icon THI THỬ THPT QUỐC GIA BÁM SÁT VỚI BỘ
1,895 lượt tải - 1,895 trong tháng
File icon ĐỀ THI THỬ THPT QUỐC GIA SÁT VỚI BỘ (CÓ ĐÁP ÁN)
1,879 lượt tải - 1,878 trong tháng
File download nhiều

ABC Trắc Nghiệm Vật Lý
Cầu vồng   |   Đăng nhập Đăng nhậpnew
Đang online (53)