Các chuyên đề bồi dưỡng Học sinh giỏi Vật lí Lớp 11 - Tập 2 - Phần 1: Điện từ - Chuyên đề 2: Điện tích chuyển động

Nội dung text: Các chuyên đề bồi dưỡng Học sinh giỏi Vật lí Lớp 11 - Tập 2 - Phần 1: Điện từ - Chuyên đề 2: Điện tích chuyển động

1. Chuyên đề 2: ĐIỆN TÍCH CHUYỂN ĐỘNG A. TĨM TẮT KIẾN THỨC I. LỰC LO-REN-XƠ Lực Lo-ren-xơ là lực từ tác dụng lên hạt mang điện chuyển động trong từ trường. Lực Lo-ren-xơ cĩ: - Điểm đặt: Trên hạt mang điện chuyển động. r uur - Phương: Vuơng gĩc với mặt phẳng chứa vectơ vận tốc v của điện tích và cảm ứng từ B . - Chiều: Với hạt mang điện dương: Tuân theo quy tắc “Bàn tay trái”: Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ hướng vào lịng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngĩn tay là chiều chuyển động của hạt mang điện, chiều ngĩn cái chỗi ra 90o là chiều của lực từ. Với hạt mang điện âm: Lực từ cĩ chiều ngược lại. - Độ lớn: f q vB sin 2.1 r ur ( là gĩc hợp bởi vectơ vận tốc v và vectơ cảm ứng từ B ) II. CHUYỂN ĐỘNG CỦA HẠT MANG ĐIỆN TRONG ĐIỆN TRƯỜNG VÀ TỪ TRƯỜNG 1. Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường đều r ur - Trường hợp 90o v  B : Quỹ đạo chuyển động của hạt mang điện là đường trịn, với: mv Bán kính: r (2.2) q B 2 r 2 m Chu kì: T (2.3) v q B 2 q B Tốc độ gĩc (tần số xi-clơ-trơn):  (2.4) T m - Trường hợp 0 90o : Quỹ đạo chuyển động của hạt mang điện là đường xoắn ốc, với: r ur Bán kính, chu kì, tốc độ gĩc: Như trường hợp 90o v  B . 2 v cos .m Bước xoắn: l (2.5) q B
2. 2. Sự lệch của hạt mang điện chuyển động trong điện trường và từ trường - Sự lệch của hạt mang điện chuyển động trong điện trường: Giả sử hạt mang điện cĩ điện tích q, khối r lượng m chuyển động với vận tốc v đi vào vùng điện trường giữa hai bản tụ điện đặt nằm ngang theo hướng vuơng gĩc với các đường sức điện (hình a). Ta cĩ: Độ lệch (theo phương thẳng đứng) của hạt mang điện khi đi trong điện trường: q E l 2 l y 1 1 (2.6) 1 2 tan 2m v 0 2 Độ lệch (theo phương thẳng đứng) của hạt mang điện khi đi ra khỏi điện trường: q E l l y 1 2 l (2.7) 2 2 2 tan m v 0 Độ lệch tổng cộng của hạt mang điện trong quá trình chuyển động: q E l 2 q E l l q E l l y y y 1 1 2 1 1 l 1 2 m 2 m 2 m 2 2 2 v 0 v 0 v 0 2 l1 l2 tan (2.8) 2 v q E l Với: y 1 , là gĩc lệch chuyển động của hạt so với phương ban đầu. tan 2 v 0 m v 0
3. - Sự lệch của hạt mang điện chuyển động trong từ trường: ur Xét hạt mang điện chuyển động đi vào vùng từ trường B (hình b). Ta cĩ: Độ lệch (theo phương thẳng đứng) của hạt mang điện khi đi trong từ trường: 2 q B 2 l1 l1 l1 y 1 tan  (2.9) 2R 2m v 0 2 Độ lệch (theo phương thẳng đứng) của hạt mang điện khi đi ra khỏi từ trường: q B l1l2 y 2 l2 tan  (2.10) m v 0 Độ lệch tổng cộng của hạt mang điện trong quá trình chuyển động: q B 2 q B q B l1 l1l2 l1 l1 y y 1 y 2 l2 2m v 0 m v 0 m v 0 2 l1 l2 tan  (2.11) 2 y 2y q Bl Với: tan  1 1 1 ,  là gĩc lệch chuyển động của hạt so với phương ban đầu. l1 l1 mv 0 2 III. HIỆU ỨNG HƠN (HALL) - Hiệu ứng Hơn là sự xuất hiện hiệu điện thế giữa hai mặt của tấm kim loại khi cĩ dịng điện chạy qua và được đặt trong từ trường. IB - Hiệu điện thế Hơn: V V k (2.12) A C b 1 (b là bề dày của tấm kim loại; k : hằng số Hơn, n0 là mật độ electron trong kim loại) n0e
4. 2 1 - Chú ý: Thực nghiệm cho thấy, với kết quả chính xác thì: k . . 3 n0e B. NHỮNG CHÚ Ý KHI GIẢI BÀI TẬP VỀ KIẾN THỨC VÀ KĨ NĂNG 1. Trong quá trình chuyển động của hạt mang điện trong điện từ trường thì năng lượng của hạt được bảo tồn. Do đĩ ta cĩ thể kết hợp sử dụng định lí động năng hoặc định luật bảo tồn năng lượng để giải bài tốn về chuyển động của hạt trong điện từ trường. Cụ thể: - Định lí động năng: 1 2 1 2 W đ A12 mv 2 mv 1 q v 1 v 2 qU . 2 2 - Định luật bảo tồn năng lượng: 1 1 W W m 2 qU mv 2 qU const. 1 2 2 1 1 2 2 2 ur 2. Trường hợp hạt bay vào điện trường dưới gĩc so với E thì hạt sẽ chuyển động trong điện trường theo quỹ đạo là một pa-ra-bol với: 1 qE - Phương trình: y x 2 x 2 2 .cot . 2 mv 0 sin 1 mv sin 2 1 mv2 sin2 - Đỉnh: x 0 ; y 0 . M 2 qE M 2 qE ur 3. Trường hợp hạt bay vào từ trường dưới gĩc so với B thì hạt sẽ chuyển động trong từ trường theo quỹ đạo là đường xoắn ốc với: mv sin 2 m - Bán kính: R 0 ; chu kì: T v cos . q B q B 0 - Bước xoắn: l v 0 . VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI 1. Với dạng bài tập về chuyển động của hạt mang điện trong điện từ trường. Phương pháp giải là: - Xác định các lực tác dụng vào hạt mang điện. Cụ thể: Cĩ thể bỏ qua trọng lực tác dụng vào hạt (nếu m rất nhỏ). Lực Lo-ren-xơ: độ lớn f q vB sin , chiều được xác định theo quy tắc “Bàn tay trái”. - Viết phương trình chuyển động của hạt theo định luật II Niu-tơn: Fhl ma. - Trường hợp 90o , lúc đĩ quỹ đạo của hạt là đường trịn, với:
5. mv Bán kính R . q B 2 r 2 m Chu kì: T . v q B 2 q B Tốc độ gĩc (tần số xi-clơ-trơn):  . T m - Trường hợp 0 90o , lúc đĩ quỹ đạo của hạt là đường xoắn ốc, với: r ur Bán kính, chu kì, tốc độ gĩc như trường hợp 90o v  B . 2 v cos .m Bước xoắn: l . q B - Chú ý: Các trường hợp phức tạp cần sử dụng kiến thức ở mục chú ý Về kiến thức và kĩ năng ở trên. 2. Với dạng bài tập về hiệu ứng Hơn. Phương pháp giải là: - Sử dụng các cơng thức xác định hiệu điện thế Hơn, hằng số Hơn: IB 1 V A V C k ;k , b là bề dày của tấm kim loại b n0e 2 1 - Một số chú ý: Chú ý đến giá trị chính xác của hằng số Hơn: k nếu đề bài yêu cầu. 3 n0e C. CÁC BÀI TẬP VẬN DỤNG 1. CHUYỂN ĐỘNG CỦA HẠT MANG ĐIỆN TRONG ĐIỆN TỪ TRƯỜNG 2.1. Hạt chuyển động trong từ trường cĩ cảm ứng từ B 1,2T theo quỹ đạo trịn cĩ bán kính 0,45m. Tính vận tốc v, chu kì quay T, động năng W của hạt trong từ trường và hiệu điện thế U cần thiết đã dùng để tăng tốc cho hạt trước khi đi vào từ trường. Biết hạt là hạt nhân nguyên tử heli cĩ khối lượng bằng 4 lần khối lượng prơtơn, cĩ điện tích +2e, khối lượng prơtơn gấp 1840 lần khối lượng êlectrơn. Bài giải - Lực từ tác dụng lên hạt : F q vB .sin q vB (vì 90o ) - Vì hạt chuyển động theo quỹ đạo trịn nên lực F đĩng vai trị là lực hướng tâm: v 2 v 2 q BR F ma m q vB m v R R m 19 19 Trong đĩ: q 2e 2.1,6.10 3,2.10 C ; m 4m p 4,1840me m 4,1840.9,1.10 31 6,6976.10 27 kg.
6. 3,2.10 19.1,2.0,45 v 2,6.107. 6,6976.10 27 2 R 2.3,14.0,45 - Chu kì: T 1,1.10 7 s. v 2,6.107 - Động năng: 1 1 2 W mv 2 .6,6976.10 27. 2,6.107 2,26.10 12 J 14.106 eV 14 MeV. 2 2 (Lưu ý: 1eV 1,6.10 19 J ) - Áp dụng định lí động năng ta cĩ: W đ A . W 14.106 eV W 0 qU U 7.106 V. q 2.e 2.2. Êlectrơn chuyển động trong một từ trường đều cĩ cảm ứng từ B. Tại thời điểm ban đầu êlectrơn ở điểm ur O và vận tốc của nĩ vuơng gĩc B . Tìm khoảng cách từ O đến êlectrơn tại thời điểm t. Khối lượng m, điện tích e và vận tốc v của êlectrơn coi như đã biết. Bài giải r ur - Vì vận tốc v vuơng gĩc với B nên hạt chuyển động theo quỹ mv v eB đạo trịn với bán kính: R và tần số gĩc:  . eB R m - Từ đĩ, gĩc mà bán kính nối từ tâm đến hạt quay được trong thời gian t là: eB t t m 2mv eB Ta cĩ: OH 2OI 2R.sin .sin .t 2 eB 2m 2mv eB Vậy: Khoảng cách từ O đến êlectrơn tại thời điểm t là: l .sin .t . eB 2m 2.3. Máy phát điện từ thuỷ động (MHD). Tụ phẳng diện tích mỗi bản là S, khoảng cách giữa hai bản là d r được đặt trong một dịng plasma dẫn điện cĩ điện trở suất . Plasma chảy với vận tốc v khơng đổi song ur r song hai bản. Hệ thống được đặt trong từ trường cĩ B song song hai bản và vuơng gĩc v . Hai bản tụ điện nối với một điện trở R. a) Giải thích tại sao tụ điện lại cĩ tác dụng như một nguồn điện cung cấp dịng điện khơng đổi cho R? Tính cơng suất tiêu thụ của R.
7. b) Với giá trị nào của R, cơng suất là cực đại? Tính giá trị cực đại này. Áp dụng số: S 1m2; d 1m; B 2T; 102 m; v 1000m/s. Bài giải a) Cơng suất tiêu thụ của R - Giải thích: Vì dịng plasma dẫn điện nên khi chuyển động trong từ ur trường B thì sẽ chịu tác dụng của lực từ. r ur Vì vận tốc v của dịng plasma vuơng gĩc với B nên lực từ tác dụng lên dịng plasma vuơng gĩc với các bản tụ. Dưới tác dụng của lực từ này dẫn đến sự phân bổ điện tích trái dấu trên hai bản của tụ. Khi nối hai bản tụ với điện trở R thì sẽ cĩ dịng điện qua R, khi đĩ tụ điện đĩng vai trị như một nguồn điện. - Tính cơng suất tiêu thụ trên R: Ta cĩ: P I 2R (1) E Với I (2) R Rt ( Rt : là điện trở của phần plasma nằm trong khơng gian giữa hai bản của tụ; E: là suất điện động). d A Ta cĩ: Rt . 3 và E S q (với q là điện tích của dịng plasma; A là cơng của lực điện làm di chuyển q từ bản này sang bản kia của tụ). A Fd qvBd ; E vBd 4 vBd - Thay (4) vào (2), ta được: I 5 d R S v 2B 2d 2 - Thay (5) vào (1), ta được: P R 2 . . d R S v 2B 2d 2 Vậy: Cơng suất tiêu thụ của R là P R 2 . d R S
8. b) Xác định R để cơng suất P đạt cực đại v 2B 2d 2 d Ta cĩ: p R P P khi R . 2 . max d S min R S d d - Theo bất đẳng thức Cơ-si, ta cĩ: R 2 R. . S S d d d R 2 R. khi và chỉ khi R . S min S S v 2B 2d 2 v 2B 2dS Và P P . max d 4 4 S 1 - Áp dụng số: R 10 2. 10 2 . 1 10002.22.1.1 Và P 10.107W 105 kW . max 4.10 2 2 5 Vậy: Để P Pmax thì R 10  và Pmax 10 kW . 2.4. Hai hạt nhỏ giống nhau, cĩ điện tích q và khối lượng m, chuyển động đồng thời từ một điểm theo ur phương vuơng gĩc với vectơ cảm ứng từ B trong một từ trường đều. Hãy biểu diễn khoảng cách giữa hai hạt ur uur theo thời gian, nếu vận tốc đầu của chúng cùng chiều và bằng v 1 và v 2 . Bỏ qua tương tác tĩnh điện giữa hai hạt điện. Bài giải - Giả sử ban đầu hai hạt cùng ở điểm O. Sau thời gian chuyển động hạt thứ nhất đến A, hạt thứ hai đến B. 2mv 1 qB - Ta cĩ: OA sin t ; qB 2m 2mv 2 qB OB sin t . qB 2m qB - Vì vận tốc gĩc của hạt thứ nhất và hạt thứ hai đều bằng nhau và bằng  nên trong cùng thời gian t m thì gĩc quay của hai bán kính đều bằng nhau (hình vẽ), suy ra ba điểm O, A, B nằm trên cùng đường thẳng.
9. 2m qB AB OB OA v 2 v 1 sin .t qB 2m 2m qB Vậy: Khoảng cách giữa hai hạt là: r t v 2 v 1 sin .t , với v 2 v 1. qB 2m r ur 2.5. Một êlectrơn đang bay với vận tốc v thì lọt vào một từ trường đều cĩ vectơ cảm ứng từ B vuơng gĩc r với vectơ vận tốc v . a) Khảo sát chuyển động của êlectrơn nĩi trên. b) Chứng minh rằng vùng từ trường đều trên cĩ thể coi như là một “gương phản xạ” êlectrơn, nghĩa là êlectrơn bay vào vùng từ trường dưới một “gĩc tới” bao nhiêu thì bay ra khỏi vùng từ với “gĩc phản xạ” bấy nhiêu. Coi các điều kiện để hiện tượng xảy ra được thoả. c) Thiết lập mối tương quan giữa bề dày tối thiểu của vùng từ trường với vận tốc của êlectrơn và gĩc tới để cĩ hiện tượng phản xạ. Bài giải a) Khảo sát chuyển động của êlectrơn trong từ trường Cĩ thể xảy ra 3 trường hợp như sau: - Nếu vùng từ trường đủ rộng và êlectrơn bay vào theo phương phù hợp để cho quỹ đạo của êlectrơn nằm hồn tồn trong vùng từ trường đĩ thì êlectrơn sẽ chuyển động theo quỹ đạo trịn (hình a) với mv bán kính: R eB - Nếu vùng từ trường khơng đủ rộng và phương của êlectrơn thì cĩ thể xảy ra hai trường hợp: Êlectrơn sau khi đi một đoạn trong từ trường sẽ “chui” ra ngồi theo hướng “phản xạ” (hình b). Êlectrơn sau khi đi mọt đoạn trong từ trường sẽ “chui” ra ngồi theo hướng hoặc theo hướng “khúc xạ” (hình c). b) Chứng minh vùng từ trường đều cĩ thể xem như một “gương phản xạ” êlectrơn
10. Ta cĩ: Hiện tượng phản xạ ứng với trường hợp thứ hai ở câu a. Lúc đĩ, dưới tác dụng của lực Lorenxơ, mv êlectrơn chuyển động trong vùng từ trường theo quỹ đạo là một cung trịn bán kính R . Nếu gọi i là eB gĩc mà êlectrơn bay vào vùng từ trường, i’ là gĩc mà êlectrơn bay ra khỏi từ trường thì ta dễ dàng chứng minh được i’ = i, nghĩa là “gĩc phản xạ” bằng “gĩc tới”. c) Bề dày tối thiểu của vùng từ trường Ta thấy: Bề dày tối thiểu của vùng từ trường để cĩ hiện tượng phản xạ là: d min HK . d min OK OH R R sini R 1 sini mv dmin 1 sini (i là gĩc tới) eB Chú ý: Nếu bề dày của vùng từ trường d d min thì sẽ cĩ hiện tượng “khúc xạ” như trường hợp c của câu a. 2.6. Một bản kim loại hình trịn rơi thẳng đứng xuống dưới trong một từ trường đều song song với mặt đất. Trong quá trình rơi nĩ luơn song song với các đường cảm ứng từ của từ trường và vuơng gĩc với mặt đất. Cho biết bề dày d của bản kim loại nhỏ hơn bán kính R rất nhiều, khối lượng của nĩ bằng m, gia tốc rơi tự do là g. Xác định gia tốc rơi của bản. (Trích Đề thi học sinh giỏi lần thứ VIII, Nga – 1974) Bài giải ur - Khi bản kim loại rơi thẳng đứng, lực Lo-ren-xơ f l tác dụng lên các êlectrơn trong bản cĩ độ lớn f1 = evB ur và hướng sang phải làm các electron di chuyển sang bên phải của bản và xuất hiện điện trường E hướng ur sang phải. Lúc này các electron chịu tác dụng thêm lực điện trường F cĩ độ lớn F = eE hướng sang trái (độ lớn tăng dần). Khi f1 = F, các electron sẽ dừng di chuyển và: f 1 F evB eE E vB - Hiệu điện thế giữa hai mặt phẳng hai bên của bản kim loại: U Ed vBd - Vì bề dày bản kim loại rất nhỏ so với bản kính của nĩ nên cĩ thể coi điện trường trong bản kim loại là điện trường đều và ta cĩ thể coi bản là một tụ điện phẳng. Điện tích trên bản kim loại:  S q CU 0 vBd  SvB; d 0
11. S R 2 là diện tích của bản - Điện tích này phụ thuộc vào vận tốc rơi của bản. Khi bản chuyển động với gia tốc a, vận tốc của nĩ tăng dần và điện tích trên hai mặt của bản cũng thay đổi, trong bản xuất hiện một dịng điện: q v I  SB  SBa t 0 t 0 - Vì bản cĩ dịng điện I chuyển động trong từ trường B nên chịu tác dụng của lực từ F BId hướng lên. Bản rơi theo phương trình: P F ma mg BId ma g mg  SB 2ad ma mg  R 2B 2ad ma a 0 0  R 2B 2d I 0 m g Vậy: Gia tốc rơi của bản kim loại là a .  R 2B 2d I 0 m 2.7. Xiclơtrơn là máy gia tốc gồm hai hộp rỗng bằng kim loại hình chữ D, cách nhau một khe (hình vẽ). Cĩ một từ trường với cảm ứng ur từ B khơng đổi vuơng gĩc với mặt hộp. Gần tâm của hai hộp đĩ cĩ r ur nguồn phát ra hạt tích điện dương với vận tốc v vuơng gĩc với B . Biết khối lượng m và điện tích q của hạt. a) Chứng minh rằng quỹ đạo của hạt trong từ trường là đường trịn. Tính bán kính đường trịn này. b) Cĩ một hiệu điện thế xoay chiều đặt vào hai hộp D với tần số thích hợp để hạt được tăng tốc mỗi lần đi qua khe. Quỹ đạo của hạt gần giống đường xoắn ốc. Chính xác thì quỹ đạo ấy cĩ dạng như thế nào? c) Tính tần số quay của hạt, cho nhận xét về tần số này. Tần số của điện áp xoay chiều phải bằng bao nhiêu để hạt được tăng tốc mỗi lần qua khe? Trong phần dưới đây, xét trường hợp gia tốc hạt prơtơn cĩ khối 27 19 17 lượng m p 1,66.10 kg và điện tích e 1,6.10 C. Điện áp đặt vào các hộp D cĩ tần số f = 10 Hz. Vịng cuối cùng của prơtơn trước khi ra khỏi xiclơtrơn cĩ bán kính 0,42m. d) Tính cảm ứng từ B và động năng cuối cùng của prơtơn. e) Cực đại của điện áp giữa các hộp D là 20kV. Tính số vịng mà prơtơn đã quay trước khi ra khỏi xiclơtrơn. (Trích Đề thi chọn học sinh giỏi Quốc gia – Năm học 1991 – 1992) Bài giải a) Chứng minh rằng quỹ đạo của hạt trong từ trường là đường trịn - Hạt điện tích chuyển động trong từ trường chịu tác dụng của lực Lo-ren cĩ độ lớn:
12. f 1 qvB sin r ur uur o - Vì v  B nên 90 và f L qvB , f L cĩ phương nằm trong mặt phẳng hộp và cĩ chiều hướng tâm nên quỹ đạo của hạt trong từ trường là đường trịn. mv 2 mv - Bán kính của quỹ đạo: Ta cĩ: f F qvB R 1 ht R qB mv Vậy: Hạt chuyển động theo quỹ đạo trịn với bán kính R . qB b) Quỹ đạo của hạt Trong mỗi nửa hộp thì quỹ đạo của hạt mang điện là cung trịn, cung trịn này chỉ được nới rộng khi hạt mang điện được tăng tốc, lúc nĩ đi qua khe. Quỹ đạo thực của hạt gần như đường xoắn ốc và chính xác là như hình vẽ trên. c) Tần số quay của hạt v qB  qB Ta cĩ:  const f const R m 2 2 m - Như vậy, tần số quay của hạt khơng phụ thuộc vào vận tốc của nĩ nên cứ sau một khoảng thời gian nhất định hạt lại đi qua khe. - Cứ mỗi vịng quay, hạt mang điện qua khe hai lần. Khi qua khe 1, để hạt tăng tốc thì U 1 U max ; để qua khe 2, hạt lại được tăng tốc thì U 2 U max , nghĩa là hiệu điện thế đổi chiều hai lần trong một vịng quay của hạt. Vậy: Tần số dịng điện đặt vào xiclơtrơn đùng bằng tần số quay của hạt. d) Cảm ứng từ B và động năng cuối cùng của prơtơn qB 2 fm 2 .1017.1,66.10 27 - Từ: f B p 0,65155T . 2 m e 1,6.10 19 mv eBRmax Và từ: R v max 2 fRmax . qB mq - Động năng cực đại của hạt khi ra khỏi xiclơtrơn: 1 2 1 2 2 2 2 W đ (max) m pv max . 2 m p f Rmax 2 2 1 2 2 W .4 2 . 1,66.10 27 . 1017 .0,422 5,77.10 13 J 3,6MeV đ (max) 2 Vậy: Cảm ứng từ B và động năng cuối cùng của prơtơn là B = 0,65155T và W đ (max) 3,6MeV. e) Số vịng mà prơtơn đã quay trước khi ra khỏi xiclơtrơn
13. - Mỗi lần qua khe, hạt prơtơn nhận được năng lượng W 0 eU max . Năng lượng này chuyển hố thành động năng của prơtơn. Do đĩ, sau mỗi vịng quay, hạt prơtơn nhận được một động năng: 2W 0 2eU max . - Coi vận tốc ban đầu của prơtơn là khơng đáng kể thì sau n vịng quay, hạt thu được động năng là: W 5,77.10 5 W neU W n max vịng 2 max max 19 3 90 2eU max 2.1,6.10 .20.10 Vậy: Số vịng mà prơtơn đã quay trước khi ra khỏi xiclơtrơn là n = 90 vịng. 2. HIỆU ỨNG HƠN (HALL) 2.8. Dịng điện I = 20A chạy qua một thanh đồng cĩ tiết diện hình chữ nhật, chiều ngang a = 0,5mm, chiều ur cao h = 10mm. Thanh đồng được đặt vào một từ trường cĩ B = 1T, B vuơng gĩc với cạnh h và chiều dịng điện. Khi này, giữa hai mặt trên và dưới của thanh đồng xuất hiện một hiệu điện thế U = 3,1.10-6V. Giải thích hiện tượng, tính mật độ êlectrơn dẫn trong đồng và vận tốc trung bình của chuyển động cĩ hướng của chúng. Bài giải - Giải thích hiện tượng: Trong hình vẽ dịng điện cĩ chiều từ trước ra sau, nên r vận tốc v của êlectrơn dẫn hướng từ sau ra trước (ngược chiều dịng điện). ur Vì êlectrơn chuyển động trong từ trường B nên sẽ chịu tác dụng lực từ. Theo quy tắc “Bàn tay trái” áp dụng uur cho hạt mang điện âm, lực F tác dụng lên êlectrơn sẽ hướng xuống. Do đĩ, sau một thời gian, phần dưới của thanh đồng tích điện âm cịn phần trên tích điện dương, khi này giữa mặt trên và mặt dưới của thanh đồng xuất hiện một điện trường cĩ chiều từ trên xuống. Khi thời gian tăng lên thì cường độ điện trường này cũng tăng, đến lúc lực điện trường tác dụng lên êlectrơn cân bằng với lực từ tác dụng lên êlectrơn thì ta được một hiệu điện thế xác định là U. Theo trên ta cĩ: Fđ Fl q E q vB .sin . U E vB .sin vB .sin h U 3,1.10 6 v 3,1.10 4 m/s hB sin 10.10 3.sin 90o l Mặt khác, ta cĩ: env . S
14. 1 20 n 8,1.1028 m Sev 0,5.10.10.10 3.1,6.10 19.3,1.10 4 Vậy: Mật độ của êlectrơn dẫn là n = 8,1.10 28m, vận tốc trung bình chuyển động cĩ hướng của êlectrơn v 3,1.10 4 m/s .