Lý thuyết Lực từ. Cảm ứng từ (mới 2023 + Bài Tập) - Vật lí 11

Lý thuyết Vật lí 11 Bài 20: Lực từ. Cảm ứng từ

Bài giảng Vật lí 11 Bài 20: Lực từ. Cảm ứng từ

1. Lực từ

a. Từ trường đều

- Từ trường đều là từ trường mà đặc tính của nó giống nhau tại mọi điểm; các đường sức từ là những đường thẳng song song, cùng chiều và cách đều nhau.

- Từ trường đều có thể được tạo thành giữa hai cực của một nam châm hình chữ U.

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

- Khi cho dòng điện có cường độ I chạy qua dây dẫn M₁M₂ trong từ trường đều có $\overrightarrow{B}$ thì xuất hiện lực từ $\overrightarrow{F}$ tác dụng lên dây dẫn M₁M₂.

- $\overrightarrow{F}$ có:

+ Điểm đặt: Trung điểm dây M₁M_2.

+ Phương: Vuông góc với mặt phẳng $\left(\overrightarrow{B,}l\right)$.

+ Chiều: Xác định bằng quy tắc bàn tay trái.

+ Độ lớn:  F = mgtan$\theta$

2. Cảm ứng từ

a. Cảm ứng từ

- Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của từ trường và được tính bằng biểu thức:

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

b. Đơn vị

- Trong hệ SI, đơn vị cảm ứng từ là tesla (T).

c. Vec-tơ cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ tại một điểm

Tại mỗi điểm trong không gian có từ trường xác định một vectơ cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$.

- Có hướng trùng với hướng của từ trường tại điểm đó.

- Có độ lớn là:

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

d. Biểu thức tổng quát của lực từ $\overrightarrow{F}$ theo $\overrightarrow{B}$.

- Lực từ $\overrightarrow{F}$ tác dụng lên đoạn dây dẫn l mang dòng điện I đặt trong từ trường đều, tại đó có cảm ứng từ là $\overrightarrow{B}$ có:

+ Điểm đặt: tại trung điểm của l.

+ Phương: vuông góc với $\overrightarrow{l}$và  $\overrightarrow{B}$.

+ Chiều: tuân theo quy tắc bàn tay trái.

+ Độ lớn:

F = BIlsinα (với α là góc tạo bởi $\overrightarrow{B}$ và $\overrightarrow{l}$)

Trắc nghiệm Vật lí 11 Bài 20: Lực từ. Cảm ứng từ

Câu 1. Phát biểu nào sau đây là đúng? Một dòng điện đặt trong từ trường vuông góc với đường sức từ, chiều của lực từ tác dụng vào dòng điện sẽ không thay đổi khi

A. đổi chiều dòng điện ngược lại.

B. đổi chiều cảm ứng từ ngược lại.

C. đồng thời đổi chiều dòng điện và đổi chiều cảm ứng từ.

D. quay dòng điện một góc 90⁰ xung quanh đường sức từ.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

Một dòng điện đặt trong từ trường vuông góc với đường sức từ, chiều của lực từ tác dụng vào dòng điện sẽ không thay đổi khi thay đổi đồng thời chiều của dòng điện và chiều của cảm ứng từ.

Câu 2. Chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện, thường được xác định bằng quy tắc:

A. vặn đinh ốc.

B. nắm tay phải.

C. bàn tay trái.

D. bàn tay phải.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

Chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện, thường được xác định bằng quy tắc bàn tay trái.

Câu 3. Một đoạn dây dẫn có dòng điện I nằm ngang đặt trong từ trường có các đường sức từ thẳng đứng từ trên xuống như hình vẽ. Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có chiều

A. thẳng đứng hướng từ trên xuống.

B. thẳng đứng hướng từ dưới lên.

C. nằm ngang hướng từ trái sang phải.

D. nằm ngang hướng từ phải sang trái.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích:

Chiều của lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái, ta thu được chiều của lực từ nằm trên mặt phẳng chứa dòng điện, vuông góc với dòng điện và hướng từ phải sang trái.

Câu 4. Chọn đáp án sai?

A. Khi một dây dẫn có dòng điện đặt song song với đường cảm ứng từ thì không chịu tác dụng bởi lực từ.

B. Khi dây dẫn có dòng điện đặt vuông góc với đường cảm ứng từ thì lực từ tác dụng lên dây dẫn là cực đại.

C. Giá trị cực đại của lực từ tác dụng lên dây dẫn dài ℓ có dòng điện I đặt trong từ trường đều B là F_max = IBℓ.

D. Khi dây dẫn có dòng điện đặt song song với đường cảm ứng từ thì lực từ tác dụng lên dây là F_max = IBℓ.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích:

Độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có chiều dài  mang dòng điện I đặt trong từ trường cảm ứng từ B là: $F=BI\mathcal{l}\sin \alpha ,$  với $\alpha =\left(\overrightarrow{B},I\overrightarrow{\mathcal{l}}\right)$ .

⇒ Lực từ cực đại tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện là:

 $F_{\max }=BI\mathcal{l}$ khi $\alpha ={90}^0$ , tức dây dẫn mang dòng điện vuông góc với cảm ứng từ $\overrightarrow{B}.$

⇒ Lực từ cực tiểu tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện là

 $F_{\min }=0$ khi $\alpha =0^0$  hoặc $\alpha ={180}^0$,

tức dây dẫn mang dòng điện song song với cảm ứng từ $\overrightarrow{B}.$

Câu 5. Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. Lực từ tác dụng lên dòng điện có phương vuông góc với dòng điện.

B. Lực từ tác dụng lên dòng điện có phương vuông góc với đường cảm ứng từ.

C. Lực từ tác dụng lên dòng điện có phương vuông góc với mặt phẳng chứa dòng điện và đường cảm ứng từ.

D. Lực từ tác dụng lên dòng điện có phương tiếp tuyến với các đường cảm ứng từ.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: D

Giải thích:

Ví dụ một trường hợp dưới đây:

Lực từ tác dụng lên dòng điện có phương vuông góc với mặt phẳng chứa dòng điện và đường cảm ứng từ tức là lực từ vuông góc cả với dòng điện và đường cảm ứng từ.

Câu 6. Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. Lực từ tác dụng lên dòng điện đổi chiều khi đổi chiều dòng điện.

B. Lực từ tác dụng lên dòng điện đổi chiều khi đổi chiều cảm ứng từ.

C. Lực từ tác dụng lên dòng điện đổi chiều khi tăng cường độ dòng điện.

D. Lực từ tác dụng lên dòng điện không đổi chiều khi đồng thời đổi chiều dòng điện và cảm ứng từ.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

A – đúng

B – đúng

C – sai, chiều của lực từ không phụ thuộc vào độ lớn cường độ dòng điện.

D – đúng

Câu 7. Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. Cảm ứng từ là đại lượng đặc trưng cho từ trường về mặt tác dụng lực.

B. Độ lớn của cảm ứng từ được xác định theo công thức $B=\frac{F}{I\mathcal{l}\sin \alpha }$  phụ thuộc vào cường độ dòng điện I và chiều dài đoạn dây dẫn đặt trong từ trường.

C. Độ lớn của cảm ứng từ được xác định theo công thức$B=\frac{F}{I\mathcal{l}\sin \alpha }$  không phụ thuộc vào cường độ dòng điện I và chiều dài đoạn dây dẫn đặt trong từ trường.

D. Cảm ứng từ là đại lượng vectơ.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

A – đúng

B – đúng

C – sai, độ lớn của cảm ứng từ được xác định theo công thức $B=\frac{F}{I\mathcal{l}\sin \alpha }$  phụ thuộc vào cường độ dòng điện I và chiều dài đoạn dây dẫn đặt trong từ trường.

D – đúng

Câu 8. Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện trong đoạn dây.

B. Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều tỉ lệ thuận với chiều dài của đoạn dây.

C. Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều tỉ lệ thuận với góc hợp bởi đoạn dây và đường sức từ.

D. Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều tỉ lệ thuận với cảm ứng từ tại điểm đặt đoạn dây.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: C

Giải thích:

Độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có chiều dài ℓ mang dòng điện I đặt trong từ trường cảm ứng từ B là: $F=BI\mathcal{l}\sin \alpha ,$ với $\alpha =\left(\overrightarrow{B},\overrightarrow{\mathcal{l}}\right)$ .

A – đúng.

B – đúng.

C – sai, lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều tỉ lệ thuận với sin của góc hợp bởi đoạn dây và đường sức từ.

D – đúng.

Câu 9. Phát biểu nào dưới đây là đúng? Cho một đoạn dây dẫn mang dòng điện I đặt song song với đường sức từ, chiều của dòng điện ngược chiều với chiều của đường sức từ.

A. Lực từ luôn bằng không khi tăng cường độ dòng điện.

B. Lực từ tăng khi tăng cường độ dòng điện.

C. Lực từ giảm khi tăng cường độ dòng điện.

D. Lực từ đổi chiều khi ta đổi chiều dòng điện.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: A

Giải thích:

Vì dây dẫn mang dòng điện đặt song song với đường sức từ, chiều của dòng điện ngược chiều với chiều của đường sức từ

⇒ $\alpha ={180}^0\Rightarrow F=0$

⇒ Lực từ tác dụng lên dòng điện lúc này bằng 0, ngay cả khi tăng hay giảm cường độ dòng điện hoặc đổi chiều dòng điện.

Câu 10. Phát biểu nào sau đây là không đúng? Một đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện I đặt trong từ trường đều thì

A. lực từ tác dụng lên mọi phần của đoạn dây.

B. lực từ chỉ tác dụng vào trung điểm của đoạn dây.

C. lực từ chỉ tác dụng lên đoạn dây khi nó không song song với đường sức từ.

D. lực từ tác dụng lên đoạn dây có điểm đặt là trung điểm của đoạn dây.

Hiển thị đáp án  

Đáp án: B

Giải thích:

A – đúng

B – sai, lực từ tác dụng lên mọi điểm của đoạn dây.

C – đúng

D – đúng

Xem thêm các bài tổng hợp lý thuyết Vật lí lớp 11 đầy đủ, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 21: Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt

Lý thuyết Bài 22: Lực Lo-ren-xơ

Lý thuyết Bài 23: Từ thông. Cảm ứng điện từ

Lý thuyết Bài 24: Suất điện động cảm ứng

Lý thuyết Bài 25: Tự cảm