Để xác định các chất trong một mẫu, người ta dùng một máy được gọi là máy quang phổ khối (khối phổ kế, hình bên). Khi cho mẫu vào máy này, hạt có khối lượng \(m\) bị ion hóa sẽ mang điện tích q. Sau đó, hạt được tăng tốc đến tốc độ \(v\) nhờ hiệu điện thế q. Sau đó, hạt được tăng tốc đến tốc độ \(v\) nhờ hiệu điện thế \(U\). Tiếp theo, hạt sẽ chuyển động vào vùng từ trường theo phương vuông góc với cảm ứng từ \(\vec B\). Lực từ tác dụng lên hạt có độ lớn \(F = Bv|q|\), có phương vuông góc với cảm ứng từ \(\vec B\) và với vận tốc \(\vec v\) của hạt. Bán kính quỹ đạo tròn của hạt trong vùng có từ trường là \(r\). Dựa trên tỉ số \(\frac{{|q|}}{m}\), có thể xác định được các chất trong mẫu.
a. Tốc độ của hạt bị thay đổi do tác dụng của từ trường trong máy.
b. Bỏ qua tốc độ ban đầu của hạt. Sau khi được tăng tốc bởi hiệu điện thế \(U\), tốc độ của hạt là: \(v = \sqrt {\frac{{2|q|U}}{m}} .\)
c. Tỉ số giữa độ lớn điện tích và khối lượng của hạt là \(\frac{{|q|}}{m} = \frac{{2U}}{{B{r^2}}}\).
d. Biết \(U = 3,00{\rm{kV}};B = 3,00\;{\rm{T}};1{\rm{amu}} = 1,{66.10^{ - 27}}\;{\rm{kg}};|e| = 1,{60.10^{ - 19}}{\rm{C}}\). Bán kính quỹ đạo của ion âm \(^{35}{\rm{C}}{{\rm{l}}^ - }\)trong vùng có trường là \(r = 0,0156\;{\rm{m}}\).
a. Tốc độ của hạt bị thay đổi do tác dụng của từ trường trong máy.
b. Bỏ qua tốc độ ban đầu của hạt. Sau khi được tăng tốc bởi hiệu điện thế \(U\), tốc độ của hạt là: \(v = \sqrt {\frac{{2|q|U}}{m}} .\)
c. Tỉ số giữa độ lớn điện tích và khối lượng của hạt là \(\frac{{|q|}}{m} = \frac{{2U}}{{B{r^2}}}\).
d. Biết \(U = 3,00{\rm{kV}};B = 3,00\;{\rm{T}};1{\rm{amu}} = 1,{66.10^{ - 27}}\;{\rm{kg}};|e| = 1,{60.10^{ - 19}}{\rm{C}}\). Bán kính quỹ đạo của ion âm \(^{35}{\rm{C}}{{\rm{l}}^ - }\)trong vùng có trường là \(r = 0,0156\;{\rm{m}}\).
Phân tích bài đọc.
+ Lực từ tác dụng lên hạt có phương vuông góc với vận tốc \(\overrightarrow v \) của hạt nên không sinh công. Do đó, theo định lí động năng, lực từ không làm thay đổi tốc độ của hạt \( \to \) a sai.
+ Định lý động năng: \(\Delta {W_d} = A\)
\(\begin{array}{*{20}{l}}{ \Rightarrow {W_{d2}} - {W_{{d_1}}} = A}\\{ \Rightarrow \frac{1}{2}m{v^2} - 0 = \left| q \right|Ed}\\{ \Rightarrow v = \sqrt {\frac{{2\left| q \right|U}}{m}} }\end{array}\)
\( \to \) b đúng.
+ Lực từ đóng vai trò là lực hướng tâm, ta có:
\({F_{ht}} = F \Leftrightarrow m{a_{ht}} = Bv\left| q \right|\)
\( \Rightarrow m.\frac{{{v^2}}}{r} = Bv\left| q \right| \Rightarrow \frac{{\left| q \right|}}{m} = \frac{{{v^2}}}{{Bvr}} = \frac{v}{{Br}}\) (1)
Lại có: \(v = \sqrt {\frac{{2\left| q \right|U}}{m}} \Rightarrow \frac{{\left| q \right|}}{m} = \frac{{{v^2}}}{{2U}}\) (2)
Từ (1) và (2) suy ra: \(\frac{v}{{Br}} = \frac{{{v^2}}}{{2U}} \Rightarrow v = \frac{{2U}}{{Br}}\)
\( \Rightarrow \) Tỉ số giữa độ lớn điện tích và khối lượng của hạt là:
\(\frac{{\left| q \right|}}{m} = \frac{{2U}}{{{B^2}{r^2}}}\)
\( \to \) c sai.
+ Ta có: \(m.\frac{{{v^2}}}{r} = Bv\left| q \right| \Rightarrow \frac{{\left| q \right|}}{m} = \frac{{{v^2}}}{{Bvr}} = \frac{v}{{Br}}\)
\(v = \sqrt {\frac{{2\left| q \right|U}}{m}} = \sqrt {\frac{{2.1,{{6.10}^{ - 19}}{{.3.10}^3}}}{{35.1,{{66.10}^{ - 27}}}}} = 128543\left( {m/s} \right)\)
Bán kính quỹ đạo:
\(r = \frac{{mv}}{{B\left| q \right|}} = \frac{{35.1,{{66.10}^{ - 27}}.128543}}{{3.1,{{6.10}^{ - 19}}}} = 0,0156m\)
\( \to \) d đúng.
Các bài tập cùng chuyên đề
1. Tại sao dây đàn ghi ta điện cần làm bằng thép?
2. Vì sao đàn ghi ta điện có cấu tạo đặc và không có hộp cộng hưởng mà ta vẫn nghe được âm thanh phát ra từ dây đàn?
3. Vận dụng biểu thức về suất điện động cảm ứng:
\({e_c} = - N\frac{{\Delta \phi }}{{\Delta t}}\)
hãy giải thích vì sao khi gảy dây đàn mạnh hoặc nhẹ thì độ to của âm thay đổi tương ứng.
Nêu một số ứng dụng đơn giản khác của hiện tượng cảm ứng điện từ trong cuộc sống.
Thang sóng điện từ bao gồm rất nhiều vùng như hồng ngoại, tử ngoại, ánh sáng nhìn thấy,...
Sóng điện từ được tạo thành và lan truyền như thế nào?
So sánh sự giống nhau và khác nhau giữa điện trường gây ra bởi điện tích đứng yên và điện trường xoáy.
So sánh điểm khác nhau cơ bản giữa điện từ trường với điện trường, từ trường.
Để giải các bài tập về từ trường thì cần dùng những kiến thức cơ bản nào?
So sánh hình dạng của đường sức điện của điện trường tĩnh và điện trường xoáy
Xác định vectơ cảm ứng từ B của sóng điện từ tại một thời điểm trong Hình 12.10.
Sóng điện từ là gì? Hãy lấy ví dụ về dụng cụ có thể thu và phát sóng điện từ thường được dùng trong cuộc sống.
Trong quá trình lan truyền sóng điện từ, vectơ \(\vec B\) và vectơ \(\vec E\) luôn luôn
A. trùng phương với nhau và vuông góc với phương truyền sóng
B. dao động cùng pha.
C. dao động ngược pha.
D. biến thiên tuần hoàn theo không gian, không tuần hoàn theo thời gian.
Một máy phát sóng điện từ đang phát sóng theo phương thẳng đứng hướng lên. Biết tại điểm M trên phương truyền vào thời điểm t, vectơ cảm ứng từ đang cực đại và hướng về phía Tây. Vào thời điểm đó, vectơ cường độ điện trường đang có
A. độ lớn bằng không.
B. độ lớn cực đại và hướng về phía Đông.
C. độ lớn cực đại và hướng về phía Bắc.
D. độ lớn cực đại và hướng về phía Nam.
Khi nói về quan hệ giữa điện trường và từ trường của điện từ trường thì kết luận nào sau đây là đúng?
A. Vectơ cường độ điện trường và cảm ứng từ cùng phương và cùng độ lớn.
B. Tại mỗi điểm của không gian, điện trường và từ trường luôn dao động ngược pha.
C. Tại mỗi điểm của không gian, điện trường và từ trường luôn dao động lệch pha nhau π2π2
D. Điện trường và từ trường biến thiên theo thời gian với cùng chu kì.
Chọn phương án đúng hoặc sai.
Đối với sự lan truyền sóng điện từ thì
Hình 19.1 mô tả một nguồn phát sóng điện từ làm bằng một đoạn kim loại thẳng. Ở một thời điểm xác định, độ lớn vectơ cường độ điện trường dọc theo kim loại và vectơ cảm ứng từ được biểu diễn bằng các đường tròn đồng tâm.
a) Vectơ cường độ điện trường trong đoạn kim loại có bằng nhau không? Tại sao?
b) Mô tả sóng điện từ phát ra bởi nguồn phát này.
Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về sóng điện từ?
Phát biểu nào sau đây không đúng khi nói về điện từ trường?
Trường hợp nào dưới đây xuất hiện điện từ trường?
Phát biểu nào sau đây sai khi nói về điện từ trường?
Phát biểu nào sau đây sai khi nói về sóng điện từ và sóng cơ?
Trong vùng không gian có từ trường biến thiên theo thời gian thì trong vùng đó xuất hiện
Tại mỗi điểm trong không gian, vecto cảm ứng từ \(\overrightarrow B \) và vecto cường độ điện trường \(\overrightarrow E \) luôn
Sóng điện từ là gì?
Pha dao động của \(\overrightarrow B \) và \(\overrightarrow E \)
Trong thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ, trường hợp nào thì trong ống dây xuất hiện dòng điện cảm ứng?
Trong chân không, bước sóng λ của sóng điện từ có thể được xác định bởi công thức nào?
Một mạch chọn sóng là mạch dao động LC có chu kì T = 5.10-7 s. Mạch trên thu được sóng vô tuyến có bước sóng nào dưới đây khi truyền trong môi trường không khi?
Trong chân không, một máy phát phát ra bước sóng cực ngắn có λ = 4 m. Sóng này có tần số là
Một sóng điện từ đang truyền từ một đài phát sóng ở Hà Nội đến máy thu. Biết cường độ điện trường cực đại là 10 V/m và cảm ứng từ cực đại là 0,15 T. Tại điểm A có sóng truyền về hướng Bắc theo phương nằm ngang, ở một thời điểm nào đó khi cường độ điện trường là 4 V/m và đang có hướng Đông thì vecto cảm ứng từ có hướng và độ lớn lần lượt là
Cho mạch dao động lí tưởng như hình vẽ. Tụ điện có điện dung 20μF, cuộn dây có độ tự cảm 0,2 H, suất điện động của nguồn điện là 5 V. Ban đầu khoá K ở chốt (1), sau khi tụ điện đã tích đầy điện, chuyển khoá K sang chốt (2), trong mạch có dao động điện từ.
Cho mạch điện như hình vẽ bên. Cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L = 4.10-3 H, tụ điện có điện dung C = 0,1 μF, nguồn điện có suất điện động E = 6 mV và điện trở trong r = 2Ω. Ban đầu khoá k đóng, khi dòng điện đã chạy ổn định trong mạch, ngắt khoá K.
