Lý thuyết Lực từ. Cảm ứng từ - Vật lí 12 Chân trời sáng tạo

Lý thuyết Vật lí 12 Bài 10: Lực từ. Cảm ứng từ

1. Thí nghiệm khảo sát phương và chiều của lực từ tác dụng lên dòng điện

Bước 1: Bố trí thí nghiệm như Hình 10.2.

Bước 2: Điều chỉnh cho mặt phẳng khung dây song song với mặt phẳng (Oxz). Điều chỉnh để đòn cân nằm ngang và thước đo góc chỉ vạch số 0.

Bước 3: Bật công tắc của nguồn điện để cho dòng điện chạy qua cuộn dây của nam châm điện.

Bước 4: Bật công tắc để cho dòng điện qua khung dây, quan sát chiều dịch chuyển của khung dây.

Bước 5: Ngắt dòng điện qua khung dây, điều chỉnh cho đòn cân nằm ngang. Sau đó đóng công tắc để đổi chiều dòng điện qua khung dây, quan sát chiều dịch chuyển của khung dây.

Bước 6: Đổi chiều từ trường bằng cách đổi chiều dòng điện qua cuộn dây của nam châm điện, quan sát chiều dịch chuyển của khung dây.

Hình 10.3 biểu diễn trường hợp lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn nằm trong từ trường của nam châm, làm khung dây đi xuống.

Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều có:

- Điểm đặt là tại trung điểm của đoạn dây.

- Phương vuông góc với mặt phẳng chứa đoạn dây dẫn mang dòng điện và vectơ cảm ứng từ.

- Chiều được xác định bằng quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện, khi đó ngón cái choãi ra 90° chỉ chiều của lực từ tác dụng lên dòng điện (Hình 10.4).

2. Độ lớn cảm ứng từ

Cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ là một đại lượng vectơ, đặc trưng cho từ trường về phương diện tác dụng lực. Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường có:

- Phương trùng với phương của nam châm thử nằm cân bằng tại điểm đó.

- Chiều từ cực Nam sang cực Bắc của nam châm thử.

- Độ lớn được xác định bằng biểu thức:

$B=\frac{F}{IL\sin \theta }$

Trong hệ SI, cảm ứng từ có đơn vị là tesla (T). Đơn vị tesla là đơn vị dẫn xuất.

1 T là độ lớn của cảm ứng từ của một từ trường đều mà khi đặt một dây dẫn có chiều dài 1 m mang dòng điện có cường độ 1 A vào trong từ trường đó và vuông góc với vectơ cảm ứng từ thì dây dẫn sẽ chịu một lực từ có độ lớn 1 N.

$1T=1\frac{N}{A.m}$

Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều được tính bởi biểu thức:

$F=BIL\sin \theta$

Trắc nghiệm: Lực từ. Cảm ứng từ

PHẦN I. Câu trắc nghiệm nhiều phương án lựa chọn. Thí sinh trả lời từ câu 1 đến câu 7. Mỗi câu hỏi thí sinh chỉ lựa chọn một phương án.

Câu 1: Đặt một dây dẫn có chiều dài là ℓ, mang dòng điện I trong từ trường có độ lớn cảm ứng từ B và tạo với cảm ứng từ góc q. Lực do từ trường tác dụng lên dây dẫn có độ lớn là

A. I.

B. B.

C. BIℓsinq.

D. sinq.

Câu 2: Lực tác dụng lên một dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường có hướng

A. vuông góc với hướng dòng điện.

B. vuông góc với hướng cảm ứng từ.

C. vuông góc với cả hướng cảm ứng từ và hướng dòng điện.

D. vuông góc với hướng cảm ứng từ, không vuông góc với hướng dòng điện.

Câu 3: Khi sét đánh, có dòng điện tích âm chuyển động từ đám mây xuống mặt đất. Từ trường của Trái Đất hướng về phía bắc. Tia sét bị từ trường Trái Đất làm chệch hướng theo hướng nào?

A. Bắc.

B. Nam.

C. Đông.

D. Tây.

Câu 4: Một tesla bằng

A. 50 N.A^-1.m^-1.

B. 100 N.A^-1.m^-1.

C. 1 N.A^-1.m^-1.

D. 1 000 N.A^-1.m^-1.

Câu 5: Một dây dẫn được đặt nằm ngang theo hướng nam bắc trong một từ trường đều có cảm ứng từ nằm ngang hướng về phía đông. Trong dây dẫn có dòng electron chuyển động theo chiều về phía nam. Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Lực tác dụng lên dây có hướng là hướng đông.

B. Lực tác dụng lên dây có hướng vuông góc và đi vào trang giấy.

C. Lực tác dụng lên dây có hướng vuông góc và ra khỏi trang.

D. Không có lực từ tác dụng lên dây.

Câu 6: Một đoạn dây dài 2,0 m mang dòng điện 0,60 A được đặt trong vùng từ trường đều có độ lớn cảm ứng từ là 0,50 T, theo phương song song với phương của cảm ứng từ. Lực từ tác dụng lên dây có độ lớn là

A. 6,7 N.

B. 0,30 N.

C. 0,15 N.

D. 0 N.

Câu 7: Một dây dẫn thẳng có chiều dài 3,0 m mang dòng điện 6,0 A được đặt nằm ngang, hướng của dòng điện tạo với hướng bắc một góc 50° lệch về phía tây. Tại điểm này, cảm ứng từ của từ trường Trái Đất có độ lớn là 0,14.10^-4 T và hướng bắc. Lực tác dụng lên dây có độ lớn là

A. 0,28.10^-4 N.

B. 2,5.10^-4 N.

C. 1,9.10^-4 N.

D. 1,6.10^-4 N.

PHẦN II. Câu trắc nghiệm đúng sai. Trong mỗi ý a), b), c), d) ở mỗi câu, thí sinh chọn đúng hoặc sai

Câu hỏi: Trong các phát biểu sau đây, phát biểu nào đúng, phát biểu nào sai?

a) Hai dây dẫn thẳng, dài sẽ hút nhau khi dòng điện chạy trong chúng ngược chiều nhau.

b) Tại một điểm của từ trường, cảm ứng từ có phương trùng với phương của kim nam châm nằm cân bằng tại điểm đang xét, có chiều từ cực nam sang cực bắc của kim nam châm.

c) Từ trường luôn tác dụng lực lên một dây dẫn thẳng dài mang dòng điện được đặt cố định trong từ trường.

d) Lực từ do từ trường đều tác dụng lên một dây dẫn thẳng dài mang dòng điện có hướng vuông góc với cả hướng của dòng điện và hướng của cảm ứng từ.

PHẦN III. Câu trả lời ngắn

Câu hỏi: Tìm độ lớn của lực tác dụng lên một sợi dây dẫn thẳng dài 0,20 m, mang dòng điện 2,5 A và được đặt trong từ trường đều có B = 50 mT theo hướng vuông góc với cảm ứng từ.