Vật lí 11 Bài 20: LỰC TỪ - CẢM ỨNG TỪ

[Triêu Dươngg]

[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
Chắc suất Đại học top - Giữ chỗ ngay!!

ĐĂNG BÀI NGAY để cùng trao đổi với các thành viên siêu nhiệt tình & dễ thương trên diễn đàn.

Bài 20: LỰC TỪ - CẢM ỨNG TỪ
Phần 1: LÝ THUYẾT SGK VÀ CÁC CÂU HỎI LIÊN QUAN​

I. Lực từ

1, Từ trường đều
+ Từ trường đều là từ trường mà đặc tính của nó giống nhau tại mọi điểm, các đường sức là những đường thẳng song song, cùng chiều và cách đều nhau.
+ Từ trường đều có thể được tạo thành giữa 2 cực của một nam châm hình chữ [imath]U[/imath]

2, Xác định lực từ do từ trường đều tác dụng lên một đoạn dây dẫn có dòng điện.

C1: Hãy thiết lập hệ thức [imath]F=mg\tan\theta[/imath]
Trả lời:
Trả lời:

Khi cân bằng, ta có: [imath]\overrightarrow{P}+m\overrightarrow{g}+\overrightarrow{T}=\overrightarrow{0}\Rightarrow \overrightarrow{P}+m\overrightarrow{g}=-\overrightarrow{T}[/imath] ([imath]\overrightarrow{T}[/imath] là lực căng tổng cộng của 2 dây. [imath]\Rightarrow \overrightarrow{P}+m\overrightarrow{g}[/imath] có phương trùng với phương của dây treo. Gọi [imath]\theta[/imath] là góc lệch giữa dây treo và phương thẳng đứng, ta có: [imath]\dfrac{F}{mg}=\tan\theta \Rightarrow F=mg\tan\theta[/imath]

C2: Nghiệm lại nhận xét: Hướng của dòng điện, từ trường và lực từ của dòng điện, từ trường và lực từ tạo thành một tam diện thuận.

Ba vectơ [imath]\overrightarrow{M_1M_2};\overrightarrow{B};\overrightarrow{F}[/imath] không đồng phẳng tạo nên một tam diện thuận khi chúng thỏa mãn quy tắc bàn tay trái. Để bàn tay trái sao cho [imath]\overrightarrow{B}[/imath] hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa là chiều [imath]\overrightarrow{M_1M_2}[/imath], khi đó chiều ngón cái choãi ra chỉ chiều của [imath]\overrightarrow{F}[/imath]

II. Cảm ứng từ

+ Vecto cảm ứng từ [imath]\overrightarrow{B}[/imath] là đại lượng đặc trưng cho từ trường về mặt tác dụng lực từ.
+ Đặc điểm của vectơ cảm ứng từ [imath]\overrightarrow{B}[/imath] tại một điểm:

• Điểm đặt: tại điểm xét.
• Hướng: trùng với hướng từ trường tại điểm xét.
• Độ lớn: [imath]B=\frac{F}{Il}[/imath]
• Đơn vị cảm ứng điện từ là [imath]Tesla[/imath] ([imath]T[/imath])

III, Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện

Trong một từ trường đều có cảm ứng từ [imath]\overrightarrow{B}[/imath], đặt một đoạn dây dẫn thẳng có chiều dài [imath]l[/imath] mang dòng điện [imath]I[/imath] cắt các đường cảm ứng từ, dây dẫn sẽ bị từ trường tác dụng một lực [imath]\overrightarrow{F}[/imath] có các đặc điểm sau:
+ Điểm đặt: trung điểm của đoạn dây.
+ Phương: vuông góc với mặt phẳng tạo bởi các đường cảm ứng từ và dây dẫn
+ Chiều: Xác định theo quy tắc bàn tay trái.
Quy tắc bàn tay trái: “Đặt bàn tay trái sao cho lòng bàn tay hứng các đường sức từ, chiều từ cổ tay đến các ngón tay giữa là chiều dòng điện chạy qua dây dẫn, ngón tay cái choãi ra [imath]90^0[/imath] chỉ chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây đó”.
+ Độ lớn: [imath]F=BIl\sin\alpha[/imath]
Trong đó: [imath]\alpha =(\overrightarrow{B},I\overrightarrow{l})[/imath] là góc hợp bởi hướng của cảm ứng từ và hướng (chiều) dòng điện.
Trong một từ trường đều có cảm ứng từ [imath]\overrightarrow{B}[/imath], đặt một đoạn dây dẫn thẳng có chiều dài [imath]l[/imath] mang dòng điện [imath]I[/imath] cắt các đường cảm ứng từ, dây dẫn sẽ bị từ trường tác dụng một lực [imath]\overrightarrow{F}[/imath] có các đặc điểm sau:
+ Điểm đặt: trung điểm của đoạn dây.
+ Phương: vuông góc với mặt phẳng tạo bởi các đường cảm ứng từ và dây dẫn
+ Chiều: Xác định theo quy tắc bàn tay trái.
Quy tắc bàn tay trái: “Đặt bàn tay trái sao cho lòng bàn tay hứng các đường sức từ, chiều từ cổ tay đến các ngón tay giữa là chiều dòng điện chạy qua dây dẫn, ngón tay cái choãi ra [imath]90^0[/imath] chỉ chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây đó”.
+ Độ lớn: [imath]F=BIl\sin\alpha[/imath]
Trong đó: [imath]\alpha =(\overrightarrow{B},I\overrightarrow{l})[/imath] là góc hợp bởi hướng của cảm ứng từ và hướng (chiều) dòng điện.

Xem thêm:
Bài 19: TỪ TRƯỜNG
HỆ THỐNG MỤC LỤC CÁC BÀI
[Chuyên đề] Dòng điện không đổi
[Chuyên đề] Điện tích điện trường

 

[Triêu Dươngg]

Phần 2: CHỮA BÀI TẬP SGK​

Câu 1: Phát biểu các định nghĩa:
a) Từ trường đều;
b) Lực từ;
c) Cảm ứng từ.
Lời giải:
a) Từ trường đều
Từ trường đều là từ trường có các đường sức từ là những đường thẳng song song, cùng chiều và cách đều nhau..
b) Lực từ
Trong một từ trường đều có cảm ứng từ [imath]\overrightarrow{B}[/imath], đặt một đoạn dây dẫn thẳng có chiều dài [imath]l[/imath] mang dòng điện [imath]I[/imath] cắt các đường cảm ứng từ, dây dẫn sẽ bị từ trường tác dụng một lực [imath]\overrightarrow{F}[/imath] có các đặc điểm sau:
+ Điểm đặt: trung điểm của đoạn dây.
+ Phương: vuông góc với mặt phẳng tạo bởi các đường cảm ứng từ và dây dẫn
+ Chiều: Xác định theo quy tắc bàn tay trái.
Quy tắc bàn tay trái: “Đặt bàn tay trái sao cho lòng bàn tay hứng các đường sức từ, chiều từ cổ tay đến các ngón tay giữa là chiều dòng điện chạy qua dây dẫn, ngón tay cái choãi ra [imath]90^0[/imath] chỉ chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây đó”.
+ Độ lớn: [imath]F=BIl\sin\alpha[/imath]
Trong đó: [imath]\alpha =(\overrightarrow{B},I\overrightarrow{l})[/imath] là góc hợp bởi hướng của cảm ứng từ và hướng (chiều) dòng điện.
c) Cảm ứng từ.
+ Vecto cảm ứng từ [imath]\overrightarrow{B}[/imath] là đại lượng đặc trưng cho từ trường về mặt tác dụng lực từ.
+ Đặc điểm của vectơ cảm ứng từ [imath]\overrightarrow{B}[/imath] tại một điểm:

• Điểm đặt: tại điểm xét.
• Hướng: trùng với hướng từ trường tại điểm xét.
• Độ lớn: [imath]B=\frac{F}{Il}[/imath]
• Đơn vị cảm ứng điện từ là [imath]Tesla[/imath] ([imath]T[/imath])

Câu 2: Phát biểu định nghĩa đơn vị tesla.
Lời giải:
[imath]Tesla[/imath] là lực từ có độ lớn [imath]1[/imath] Niutơn tác dụng lên một mét dây dẫn mang dòng điện có cường độ [imath]1[/imath] ampe đặt vuông góc với đường sức từ trong từ trường đều.

Câu 3: So sánh lực điện và lực từ.
Lời giải:

So sánh​	Lực từ​	Lực điện​
Điều kiện xuất hiện	Lực từ [imath]\overrightarrow{F}[/imath] tác dụng lên phần tử dòng điện [imath]I \overrightarrow{l}[/imath] đặt trong từ trường đều [imath]\overrightarrow{B}[/imath]	Lực điện [imath]\overrightarrow{F}[/imath] tác dụng lên điện tích [imath]q[/imath] đặt trong điện trường đều [imath]\overrightarrow{E}[/imath]
Điểm đặt	Trung điểm của đoạn dây	Tâm điện tích [imath]q[/imath]
Hướng	+ Phương: vuông góc với mặt phẳng tạo bởi các đường cảm ứng từ và dây dẫn + Chiều: Xác định theo quy tắc bàn tay trái.	Cùng phương với [imath]\overrightarrow{E}[/imath]: + Cùng chiều với [imath]\overrightarrow{E}[/imath] nếu [imath]q>0[/imath] + Ngược chiều với [imath]\overrightarrow{E}[/imath] nếu [imath]q<0[/imath]
Độ lớn	[imath]F=BIl\sin\alpha[/imath]	[imath]F=|q|E[/imath]

Câu 4: Phát biểu nào dưới đây sai?
Lực từ tác dụng nên phần tử dòng điện
A. vuông góc với phần tử dòng điện.
B. cùng hướng với từ trương.
C. tỉ lệ với cường độ dòng điện.
D. tỉ lệ với cảm ứng từ.
Lời giải: Chọn [imath]B[/imath].
Lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện luôn vuông góc với [imath]\overrightarrow{B}[/imath] và [imath]I \overrightarrow{l}[/imath]

Câu 5: Phát biểu nào dưới đây là đúng?
Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường
A. vuông góc với đường sức từ.
B. nằm theo hướng của đường sức từ.
C. nằm theo hướng của lực từ.
D. không có hướng xác định.
Lời giải: Chọn [imath]B[/imath].
Cảm ứng từ [imath]\overrightarrow{B}[/imath] tại một điểm trong từ trường cùng hướng với đường sức từ tại điểm đó.

Câu 6: Phần tử dòng điện [imath]I \overrightarrow{l}[/imath] nằm trong từ trường đều có các đường sức từ thẳng đứng. Phải đặt [imath]I \overrightarrow{l}[/imath] như nào để cho lực từ:
a) nằm ngang.
b) bằng không.
Lời giải:

a)
b)

Câu 7: Phần tử dòng điện [imath]I \overrightarrow{l}[/imath] được treo nằm ngang trong một từ trường đều. Hướng và độ lớn của cảm ứng từ [imath] \overrightarrow{B}[/imath] phải như thế nào để cân bằng với trọng lực [imath]m \overrightarrow{g}[/imath] của phần tử dòng điện?
Lời giải:

Lực từ cân bằng với trọng lực của phần tử dòng điện có nghĩa là lực từ có phương thẳng đứng và hướng lên như hình vẽ. Cảm ứng từ [imath] \overrightarrow{B}[/imath] phải có: + Phương: nằm ngang + Chiều: sao cho chiều quay từ [imath]I \overrightarrow{l}[/imath] sang [imath] \overrightarrow{B}[/imath] thuận đối với chiều thẳng đứng đi lên + Độ lớn: [imath]BIl\sin\alpha =mg\Rightarrow B=\dfrac{mg}{Il\sin\alpha }[/imath]

Xem thêm:
Bài 19: TỪ TRƯỜNG
HỆ THỐNG MỤC LỤC CÁC BÀI
[Chuyên đề] Dòng điện không đổi
[Chuyên đề] Điện tích điện trường

 

[Triêu Dươngg]

Phần 3: CHỮA BÀI TẬP SBT​

19-20.1: Câu nào dưới đây nói về từ trường là không đúng ?
A. Xung quanh mỗi nam châm đều tồn tại một từ trường.
B. Xung quanh mỗi dòng điện cũng tồn tại một từ trường.
C. Hướng của từ trường tại một điểm là hướng Nam ([imath]S[/imath]) - Bắc ([imath]N[/imath]) của một kim nam châm nhỏ nằm cân bằng tại điểm đó.
D. Kim nam châm đặt ở gần một nam châm hoặc một dòng điện luôn quay theo hướng Nam ([imath]S[/imath]) - Bắc ([imath]N[/imath]) của từ trường Trái Đất.
Lời giải: Chọn [imath]D[/imath]
Sai vì khi kim nam châm đặt ở gần một nam châm hoặc một dòng điện sẽ chịu tác dụng của một từ trường. Kim nam châm sẽ quay đến một vị trí cân bằng xác định.

19-20.2: Câu nào dưới đây nói về đường sức từ là không đúng ?
A. Đường sức từ là những đường vẽ trong không gian sao cho tiếp tuyến với nó tại mỗi điểm đều có phương trùng phương của từ trường tại điểm đó.
B. Có thể quan sát sự phân bố các đường sức từ bằng thí nghiệm từ phổ khi rắc nhẹ các mạt sắt nhỏ lên mặt tấm nhựa phẳng đặt trong từ trường, nếu mặt phẳng của tấm nhựa trùng với mặt phẳng chứa các đường sức.
C. Các đường sức từ của dòng điện thẳng dài là các đường tròn nằm trong các mặt phẳng vuông góc với dòng điện thẳng, có tâm nằm trên đòng điện và có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái.
D. Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc vô hạn ở hai đầu và được quy ước vẽ sao cho chỗ nào từ trường càng mạnh thì các đường sức từ càng mau (hoặc xít nhau) hơn.
Lời giải: Chọn [imath]C[/imath]
Sai vì Các đường sức từ của dòng điện thẳng dài là các đường tròn nằm trong các mặt phẳng vuông góc với dòng điện thẳng, có tâm nằm trên đòng điện và có chiều xác định theo quy tắc nắm tay phải.

19-20.3: Câu nào dưới đây nói về lực từ là không đúng ?
A. Lực từ tương tác giữa hai thanh nam châm có các cực cùng tên đặt thẳng hàng đối diện sát nhau là các lực đẩy cùng phương ngược chiều.
B. Lực từ tương tác giữa hai dây dẫn thẳng song song đặt gần nhau có dòng điện không đổi cùng chiều chạy qua là các lực đẩy vuông góc với hai dây.
C. Lực từ do nam châm tác dụng lên dây dẫn thẳng có dòng điện không đổi chạy qua có thể là lực đẩy hoặc hút tuỳ thuộc chiều dòng điện và chiều từ trường.
D. Lực từ tác dụng lên hai dây dẫn thẳng song song đặt gần nhau có dòng điện không đổi ngược chiều chạy qua là các lực đẩy vuông góc với hai dây.
Lời giải: Chọn [imath]B[/imath]
Sai vì lực từ tương tác giữa hai dây dẫn thẳng song song đặt gần nhau có dòng điện không đổi cùng chiều chạy qua là các lực Hút vuông góc với hai dây.

19-20.4: Câu nào dưới đây nói về cảm ứng từ là không đúng ?
A. Cảm ứng từ là một đại lượng vật lí đặc trưng cho từ trường về mặt tác dụng lực tại mỗi điểm trong từ trường.
B. Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường được biểu diễn bằng một vectơ trùng với hướng của từ trường tại điểm đó.
C. Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường có độ lớn tỉ lệ với lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng đặt vuông góc với hướng của từ trường tại điểm đó, tỉ lệ với cường độ dòng điện và độ dài của đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua.
D. Trong hệ đơn vị quốc tế [imath]SI[/imath], cảm ứng từ được đo bằng đơn vị [imath]tesla (T)[/imath].
Lời giải: Chọn [imath]C[/imath]
Sai vì Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường có độ lớn tỉ lệ thuận với lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng đặt vuông góc với hướng của từ trường tại điểm đó, tỉ lệ nghịch với cường độ dòng điện và độ dài của đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua.

19-20.5:

Trong miền nào giữa hai dây dẫn thẳng đặt vuông góc với nhau trong cùng một mặt phẳng thẳng đứng và có các dòng điện không đổi [imath]I_1, I_2[/imath] chạy qua như Hình [imath]19-20.1[/imath] sẽ tạo ra các từ trường cùng hướng ? A. 1 và 3. B. 1 và 4. C. 2 và 3. D. 1 và 2.

Lời giải: Chọn [imath]A[/imath]
Sử dụng quy tắc nắm tay phải để xác định chiều của từ trường.

19-20.6:

Tại điểm nào có kí hiệu không đúng với chiều của từ trường tạo bởi dòng điện không đổi [imath]I[/imath] chạy trong một vòng dây dẫn hình tròn nằm trên mặt phẳng Hình [imath]19-20.2[/imath] ? A. Điểm 1. B. Điểm 2. C. Điểm 3. D. Điểm 4.

Lời giải: Chọn [imath]C[/imath]
Sử dụng quy tắc vào nam ra bắc để xác định chiều của từ trường.

19-20.7: Một đoạn dây dẫn thẳng dài [imath]128 cm[/imath] được đặt vuông góc với các đường sức từ trong một từ trường đểu có cảm ứng từ [imath]0,83 T[/imath]. Xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn khi dòng điện chạy qua đoạn dây dẫn này có cường độ [imath]18 A[/imath].
A. [imath]19 N[/imath].
B. [imath]1,9 N[/imath].
C. [imath]191 N[/imath].
D. [imath]1910[/imath] N.
Lời giải: Chọn [imath]A[/imath]
Vì dòng điện thẳng đặt vuông góc với các đường sức từ trong từ trường đều, nên [imath]\alpha =\dfrac{\pi}{2}; \sin\alpha =1\Rightarrow F=BIl\sin\alpha=0,83.18.128.10^{-2}=19(N)[/imath]

19-20.8: Một đoạn dây dẫn thẳng dài [imath]89 cm[/imath] được đặt vuông góc với các đường sức từ trong một từ trựờng đều. Cho biết khi dòng điện chạy qua đoạn dây dẫn có cường độ [imath]23 A[/imath], thì đoạn dây dẫn này bị tác dụng một lực từ bằng [imath]1,6N[/imath]. Xác định cảm ứng từ của từ trường đều.
A. [imath]78.10^{-5}T[/imath]
B. [imath]78.10^{-3}T[/imath]
C. [imath]78T[/imath]
D. [imath]7,8.10^{-3}T[/imath]
Lời giải: Chọn [imath]B[/imath]
Vì dòng điện thẳng đặt vuông góc với các đường sức từ trong từ trường đều, nên [imath]\alpha =\dfrac{\pi}{2}; \sin\alpha =1[/imath]
Ta có : [imath]F=BIl\sin\alpha\Rightarrow B=\dfrac{F}{Il}=\dfrac{1,6}{23.89.10^{-2}}=78.10^{-3}T[/imath]

19-20.12: Một thanh kim loại [imath]MN[/imath] dài [imath]l=4cm[/imath] và khối lượng [imath]m=4g[/imath] được treo thẳng ngang bằng hai dây kim loại cứng song song cùng độ dài [imath]AM, CN[/imath] trong từ trường đều. Cảm ứng từ của từ trường này có độ lớn [imath]B=0,1T[/imath],hướng vuông góc với thanh [imath]MN[/imath] và chếch lên phía trên hợp với phương thẳng đứng một góc [imath]\alpha[/imath]. Lúc đầum hai dây treo [imath]MN,CN[/imath] nằm trong mặt phẳng thẳng đứng. Sau đó, cho dòng điện cường độ [imath]I=10A[/imath] chạy qua thanh [imath]MN[/imath]. Lấy [imath]g=10m/s^2[/imath]. Xác định góc lệch [imath]\gamma[/imath] của mặt phẳng chứa hai dây treo [imath]AM,CN[/imath] cới mặt phẳng đứng trong hai trường hợp:
a) góc [imath]\alpha =90^0[/imath]
b) góc [imath]\alpha =60^0[/imath]
Lời giải:

Nếu cảm ứng từ [imath]\overrightarrow{B}[/imath] hướng vuông góc với dòng điện [imath]I[/imath] và chếch lên phía trên hợp với phương thẳng đứng góc [imath]\alpha[/imath] thì theo nguyên tắc bàn tay trái lực từ do từ trường tác dụng lên dòng điện [imath]I[/imath] sẽ hướng vuông góc với [imath]\overrightarrow{B}[/imath] và hợp với phương thẳng đứng góc [imath]\beta=\dfrac{\pi}{2}-\alpha[/imath] trong cùng mặt phẳng vuông góc với dòng điện [imath]I[/imath] như hình vẽ bên.

Khi đó, hợp lực [imath]\overrightarrow{R}[/imath] của lực từ [imath]\overrightarrow{F}[/imath] và trọng lực [imath]\overrightarrow{P}[/imath] của thanh [imath]MN[/imath] sẽ hợp với phương thẳng đứng một góc [imath]\gamma[/imath] đúng bằng góc lệch của mặt phẳng chứa hai dây treo [imath]AM,CN[/imath] so với mặt phẳng thẳng đứng của chúng sao cho [imath]\overrightarrow{R}[/imath] thỏa mãn:
[imath]\left\{\begin{matrix} R^2=F^2+P^2-2FP\cos\beta=F^2+P^2-2FP\sin\alpha\\ \dfrac{F}{\sin\gamma}=\dfrac{R}{\sin\beta}=\dfrac{R}{\cos\alpha} \end{matrix}\right.[/imath]
[imath]\Rightarrow \sin\gamma=\dfrac{F\cos\alpha}{R}=\dfrac{F\cos\alpha}{F^2+P^2-2FP\sin\alpha}(*)[/imath]
a) Khi [imath]\alpha=90^0[/imath] thì [imath]\cos90^0=0[/imath] nên [imath]\sin\gamma=0[/imath] và [imath]\gamma=0[/imath]
b) Khi [imath]\alpha=60^0[/imath] ta có: [imath]\left\{\begin{matrix} F=BIl=40.10^{-3}N\\ P=mg\approx 40.10^{-3}N \end{matrix}\right.\Rightarrow F=P[/imath]
Thay vào công thức [imath](*)[/imath] ta có: [imath]\sin\gamma=\dfrac{\cos60^0}{\sqrt{2(1-\sin60^0)}}\approx 0,96\Rightarrow \gamma\approx 74^0[/imath]

Xem thêm:
Bài 19: TỪ TRƯỜNG
HỆ THỐNG MỤC LỤC CÁC BÀI
[Chuyên đề] Dòng điện không đổi
[Chuyên đề] Điện tích điện trường