BÀI 15 : LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN DÂY DẪN MANG DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG TỪ

(15 CÂU)

1. NHẬN BIẾT (4 CÂU)

Câu 1: Lực từ xuất hiện khi nào? Em hãy nêu điểm đặt, phương, chiều của lực từ?

Trả lời:

Lực từ xuất hiện khi có dòng điện có cường độ I chạy qua đoạn dây dẫn đặt trong từ trường.

Phương: vuông góc với I và

Chiều: tuân theo quy tắc bàn tay trái.

Điểm đặt: tại trung điểm của đoạn dây mang dòng điện.

Câu 2: Em hãy viết biểu thức tính độ lớn của lực từ và giải thích các đại lượng?

Trả lời:

Biểu thức:

Trong đó:

B là cảm ứng từ (T)

I là cường độ dòng điện (A)

L là chiều dài đoạn dây mang dòng điện đặt trong từ trường (m)

là góc hợp bởi đoạn dây mang dòng điện và vecto cảm ứng từ .

Câu 3: Để xác định được chiều của lực từ, em dùng quy tắc nào. Hãy trình bày nội dung của quy tắc đó?

Trả lời:

Để xác định chiều của lực từ, em dùng quy tắc bàn tay trái.

Nội dung: Đặt bàn tay trái sao cho vecto cảm ứng từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện, thì ngón tay cái choãi ra 90º chỉ chiều của lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện.

Câu 4: Em hãy trình bày phương, chiều của vecto cảm ứng từ của từ trường tại một điểm? Nêu công thức tính độ lớn và giải thích các đại lượng?

Trả lời:

* Vecto cảm ứng từ của từ trường tại một điểm:

- Phương: trùng với phương của nam châm thử đặt tại điểm đó.

- Chiều: đi từ cực Nam sang cực Bắc của nam châm thử đặt tại điểm đó.

* Độ lớn:

Trong đó: B là cảm ứng từ (T)

I là cường độ dòng điện (A)

L là chiều dài đoạn dây mang dòng điện đặt trong từ trường (m)

là góc hợp bởi đoạn dây mang dòng điện và vecto cảm ứng từ .

2. THÔNG HIỂU (4 CÂU)

Câu 1: Hãy áp dụng quy tắc bàn tay trái để xác định chiều (của một trong ba đại lượng còn thiếu trong các hình vẽ sau đây:

Trả lời:

Quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái xòe rộng, sao cho lòng bàn tay hứng các đường sức từ, chiều từ cổ tay đến các ngón tay giữa chỉ chiều dòng điện, khi đó ngón cái choãi ra 90° chỉ chiều của lực từ.

Câu 2: Hãy xác định chiều của lực từ, chiều của dòng điện, chiều của đường sức từ và tên các cực từ ở các hình vẽ dưới đây ?

Trả lời:

Sử dụng quy tắc bàn tay trái ta đã xác định được chiều của dòng điện, chiều của lực điện từ, chiều của đường sức từ và tên các cực từ như hình vẽ:

Câu 3: Hình 30.3 mô tả một khung dây dẫn ABCD (có thể quay xung quanh trục OO’) có dòng điện chạy qua đặt ở trong từ trường, tên các cực của nam châm và chiều của dòng điện đã chỉ rõ trên hình.

a) Hãy vẽ lực F1 tác dụng vào đoạn dây dẫn AB và lực F2 tác dụng vào đoạn dây CD.

b) Cặp lực F1 và F2 khiến cho khung dây quay theo chiều nào?

c) Để cho khung dây dẫn ABCD quay theo chiều ngược lại thì cần phải làm thế nào?

Trả lời:

a) Theo quy tắc bàn tay trái ta xác định được hai lực tác dụng vào khung dây dẫn ABCD như hình sau:

b) Cặp lực F1 và F2 làm khung dây chuyển động ngược với chiều kim đồng hồ.

c) Để cho khung dây dẫn ABCD quay theo chiều ngược lại thì cần phải chuyển chiều dòng điện ngược lại có nghĩa là dòng điện sẽ đi từ D.

Câu 4: Một đoạn dây dẫn thẳng AB được đặt cạnh gần đầu của một thanh nam châm thẳng theo hình 30.2. Hãy biểu diễn lực điện từ tác dụng vào dây dẫn, biết rằng dòng điện chạy qua dây dẫn có chiều từ B đến A.

Trả lời:

Vận dụng quy tắc bàn tay trái, ta có lực điện từ tác dụng lên AB sẽ có chiều như trên hình 30.2 biểu diễn:

3. VẬN DỤNG (5 CÂU)

Câu 1: Một dây dẫn có chiều dài 10 m được đặt trong từ trường đều có B = 5.10^-2 T. Cho dòng điện có cường độ 10 A chạy qua dây dẫn.

a) Xác định lực từ tác dụng lên dây dẫn khi dây dẫn đặt vuông góc với

b) Nếu lực từ tác dụng có độ lớn bằng N. Hãy xác định góc giữa và chiều dòng điện ?

Trả lời:

a) Lực từ có đặc điểm:

+ Điểm đặt tại trung điểm đoạn dây mang dòng điện

+ Có phương vuông góc với I và , có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái

+ Độ lớn: F = B.I.l.sin α = (5.10^-2).10.10.sin 90° = 5 (N)

b) Ta có:

Câu 2: Một dây dẫn có chiều dài l = 5m, được đặt trong từ trường đều có độ lớn B = 3.10^-2 T. Cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn có giá trị 6A. Hãy xác đinh độ lớn của lực từ tác dụng lên dây dẫn trong trường hợp dây dẫn đặt vuông góc với các đường sức từ.

Trả lời:

Khi dây đặt vuông góc với các đường sức từ thì α = 90°

Lực từ tác dụng lên đoạn dây lúc này có độ lớn: F = B.I.l.sin 90° = 0,9 (N)

Câu 3: Một đoạn dây MN dài 6cm có dòng điện 5A đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ 0,5T. Lực từ tác dụng lên đoạn dây có độ lớn F = 7,5.10^-2N. Góc hợp bởi dây MN và đường cảm ứng từ là bao nhiêu?

Trả lời:

Ta có góc hợp bởi dây MN và đường cảm ứng từ là :

F = BIL.sinα => α = 30^o

Câu 4: Cho dòng điện I = 10A chay trong dây dẫn, đặt dây dẫn vuông góc với các đường cảm ứng từ có B = 5mT. Lực điện tác dụng lên dây dẫn là 0,01N. Xác định chiều dài của dây dẫn.

Trả lời:

Đổi B = 5mT = 5.10^-3 T

Chiều dài của dây dẫn là: F = BI.Lsin90^o => L = 0,2m

Câu 5: Giữa hai cực nam châm có nằm ngang, B = 0,01T người ta đặt một dây dẫn có chiều dài L nằm ngang vuông góc với B. Khối lượng một đơn vị chiều dài là d = 0,01kg/m. Tìm cường độ dòng điện I qua dây để dây nằm lơ lửng không rơi. Cho g = 10m/s²

Trả lời:

Ta có hình vẽ sau:

Để dây lơ lửng => F = P => BI.L.sin90^o = mg = d.L.g => I = 10A

4. VẬN DỤNG CAO (2 CÂU)

Câu 1: Thanh kim loại CD chiều dài L = 20cm khối lượng m = 100g đặt vuông góc với 2 thanh ray song song nằm ngang và nối với nguồn điện như hình. Hệ thống đặt trong từ trường đều có B = 0,2T phương chiều như hình vẽ. Biết hệ số ma sát giữa CD và thanh ray là µ = 0,1. Bỏ qua điện trở của các thanh ray, điện trợ tại nơi tiếp xúc và dòng điện cảm ứng trong mạch. Biết thanh ray trượt sang trái với gia tốc a = 3m/s². Xác định chiều và độ lớn của dòng điện qua CD.

Trả lời:

Áp dụng quy tắc bàn tay trái suy ra được chiều I là chiều từ D đến C.

Áp dụng đinh luật II Newton: (*)

Chọn hệ trục Oxy như hình.

Chiếu (*) lên Ox và Oy ta có:

Mà:

Lại có:

Câu 2: Một thanh dẫn điện khối lượng 5g được treo nằm ngang trên hai dây dẫn nhẹ thẳng đứng. Thanh đặt trong một từ trường đều, véc tơ cảm ứng từ thẳng đứng hướng xuống và có độ lớn B = 1T. Thanh có chiều dài l₁ = 0,1m. Mắc vào các điểm giữ các dây dẫn một tụ điện C = 100µF được tích điện tới hiệu điện thế U = 100V. Cho tụ phóng điện. Coi rằng quá trình phóng điện xảy ra trong thời gian rất ngắn, thanh chưa kịp rời vị trí cân bằng mà chỉ nhận được theo phương ngang một động lượng p nào đó. Tính vận tốc của thanh khi rời khỏi vị trí cânbằng và góc lệch cực đại của dây khỏi vị trí cân bằng. Cho g = 10m/s².

Trả lời:

Vì thời gian xảy ra rất ngắn, nên ta có :

Mà :

Bảo toàn năng lượng ta có :