Sách bài tập Vật lí 12 Bài 15 (Kết nối tri thức): Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. Cảm ứng từ

Giải SBT Vật lí 12 Bài 15: Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. Cảm ứng từ

Câu 15.1 trang 45 Sách bài tập Vật Lí 12: Tìm phát biểu đúng trong các phát biểu sau.

Một dòng điện đặt vuông góc với đường sức từ trong từ trường, 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 90° xung quanh đường sức từ.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Nếu chỉ đổi chiểu cảm ứng từ hoặc đổi chiều dòng điện thì chiều của lực từ thay đổi.

Câu 15.2 trang 45 Sách bài tập Vật Lí 12: Chỉ ra phát biểu sai.

A. Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện có phương vuông góc với dòng điện.

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

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

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

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Câu 15.3 trang 45 Sách bài tập Vật Lí 12: Phát biểu nào sau đây 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 chạy qua đoạn dây dẫn.

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 dẫn.

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 dẫn 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 dẫn.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

C – Sai vì $F=BI\mathcal{l}\sin \alpha$

Câu 15.4 trang 46 Sách bài tập Vật Lí 12: Phát biểu nào dưới đây 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.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Chiều dòng điện và chiều cảm ứng từ hợp với nhau góc 180^o nên lực từ luôn bằng không.

Câu 15.5 trang 46 Sách bài tập Vật Lí 12: Một đoạn dây dẫn dài l = 0,8 m đặt trong từ trường đều sao cho dây dẫn hợp với vectơ cảm ứng từ một góc 60°. Biết dòng điện I = 20 A và dây dẫn chịu một lực là F = 2.10^-2 N. Độ lớn của cảm ứng từ là

A. 0,8.10^-3 T.

B. 10^-3 T.

C. 1,4.10^-3 T.

D. 1,6.10^-3 T.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

$F=BI\mathcal{l}\sin \alpha \Rightarrow B=\frac{F}{I\mathcal{l}sin\alpha }=\frac{{2.10}^{-2}}{20.0,8.\sin 60°}=1,{44.10}^{-3}T.$

Câu 15.6 trang 46 Sách bài tập Vật Lí 12: Chọn phương án đúng.

Một đoạn dòng điện nằm song song với đường sức từ và có chiều ngược với chiều của đường sức từ. Gọi F là lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện đó thì

A. F > 0.

B. F < 0.

C. F = 0.

D. Chưa kết luận được.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Vì $\alpha$ = 0 nên sin$\alpha$ = 0 → F = BIlsin$\alpha$ = 0.

Câu 15.7 trang 46 Sách bài tập Vật Lí 12: Một đoạn dây dẫn dài 2 cm nằm trong từ trường, dòng điện chạy qua có cường độ 1 A. Một nam châm tạo từ trường có cường độ cảm ứng từ 0,5 T và hợp với dây dẫn một góc 30°. Lực từ tác dụng lên dây dẫn có độ lớn là

A. 10.10^-2 N.

B. 0,5.10^-2 N.

C. 1,0.10^-2 N.

D. 50.10^-2 N.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

$\text{F}=\text{BIL}\sin \alpha =0,5\cdot 1\cdot 2\cdot {10}^{-2}\cdot \frac{1}{2}=0,5\cdot {10}^{-2} \text{N}$

Câu 15.8 trang 46 Sách bài tập Vật Lí 12: Khi góc hợp bởi vectơ cảm ứng từ với đoạn dây dẫn có dòng điện là α = 90° thì lực từ tác dụng có giá trị là 0,4 N. Nếu thay đổi góc α nhỏ dần đến 0°, thì lực tác dụng thay đổi như thế nào?

A. Lực cũng giảm dần đến 0.

B. Lực không đổi.

C. Lực tăng lên đến 0,8 N.

D. Lực giảm xuống 0,2 N.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

F = BILsinα, khi a giảm thì sinα giảm nên F sẽ giảm dần. Nếu α = 0 thì sinα = 0 và F sẽ bằng 0.

Câu 15.9 trang 46 Sách bài tập Vật Lí 12: Xét dây dẫn có chiều dài L, có dòng điện I chạy qua đặt tại điểm M trong từ trường, chịu tác dụng của lực điện từ F. Khi thay đổi L hoặc I thì F thay đổi nhưng tỉ số nào sau đây luôn không đổi?

A. $\frac{\text{FI}}{2 \text{L}}.$

B. $\frac{\text{FI}}{2 \text{L}}.$

C. $\frac{\text{FI}}{2\text{IL}}.$

D. $\frac{\text{FI}}{2\text{IL}}.$

Lời giải:

Đáp án đúng là C

$F=BIL\sin \alpha \Rightarrow B\sin \alpha =\frac{F}{IL}.$ Theo đề bài thì cảm ứng từ và góc α không đổi.

Câu 15.10 trang 47 Sách bài tập Vật Lí 12: Một đoạn dây dẫn đặt trong từ trường đều. Nếu chiều dài dây dẫn và cường độ dòng điện qua dây dẫn tăng 2 lần thì độ lớn lực từ tác dụng lên dây dẫn

A. tăng 2 lần.

B. giảm 2 lần.

C. tăng 4 lần.

D. không đổi.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

F = BILsinα, nếu I và L đồng thời tăng 2 lần thì F tăng 4 lần.

Câu 15.11 trang 47 Sách bài tập Vật Lí 12: Chỉ ra đáp án đúng, đáp án sai.

Lời giải:

Câu 15.12 trang 47 Sách bài tập Vật Lí 12: Chỉ ra đáp án đúng, đáp án sai.

Biểu thức định nghĩa và đơn vị cảm ứng từ của từ trường là

Lời giải:

Câu 15.13 trang 47 Sách bài tập Vật Lí 12: Một dây dẫn có chiều dài L = 1,2 m, được đặt trong từ trường đều có độ lớn B = 5.10^-2 T. Cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn có giá trị 3 A. Hãy xác định độ lớn của lực từ tác dụng lên dây dẫn trong các trường hợp sau đây:

a) Dây dẫn đặt vuông góc với các đường sức từ.

b) Dây dẫn đặt song song với các đường sức từ.

c) Dây dẫn hợp với các đường sức từ một góc 45°.

Lời giải:

Lực từ $F=BIL\sin \alpha$

a) 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 = 5.10^-2.3.1,2.sin90° = 0,18 N.

b) Khi dây đặt song song với các đường sức từ thì α = 0.

Lực từ tác dụng lên đoạn dây lúc này có độ lớn: F = 5.10^-2.3.1,2.sin0° = 0.

c) Khi dây đặt tạo với các đường sức từ thì α = 45°.

Lực từ tác dụng lên đoạn dây lúc này có độ lớn: F = 5.10^-2.3.1,2.sin45° = 0,13 N.

Câu 15.14 trang 48 Sách bài tập Vật Lí 12: Một đoạn dây dẫn dài 5 cm đặt trong từ trường đều và vuông góc với vectơ cảm ứng từ. Dòng điện chạy qua dây có cường độ 0,75 A. Lực từ tác dụng lên đoạn dây đó là 3.10^-2 N. Tính độ lớn cảm ứng từ.

Lời giải:

$B=\frac{F}{IL\sin \alpha }=\frac{3\cdot {10}^{-2}}{0,75\cdot 0,05\cdot \sin {90}^{°}}=0,8 \text{T}.$

Câu 15.15 trang 48 Sách bài tập Vật Lí 12: Một đoạn dây dẫn dài 10 cm đặt trong từ trường đều, hợp với với vectơ cảm ứng từ một góc 30°. Dòng điện có cường độ 2 A chạy qua dây dẫn thì lực từ tác dụng lên đoạn dây có độ lớn là 4.10^-2 N. Tính độ lớn của cảm ứng từ.

Lời giải:

Ta có: $\alpha ={30}^{°}\Rightarrow \sin \alpha =\frac{1}{2}.$

Cảm ứng từ của từ trường có độ lớn: $\text{B}=\frac{\text{F}}{\text{IL}\sin \alpha }=\frac{4\cdot {10}^{-2}}{2\cdot 0,1.0,5}=0,4 \text{T}.$

Câu 15.16 trang 48 Sách bài tập Vật Lí 12: Một đoạn dây dẫn thẳng MN có chiều dài 6 cm, có cường độ dòng điện I = 5 A chạy qua đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,5 T. Lực từ tác dụng lên đoạn dây có độ lớn F = 7,5.10^-2 N. Tính góc a hợp bởi dây MN và vectơ cảm ứng từ.

Lời giải:

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:

$\text{F}=\text{BIL}\sin \alpha \Rightarrow 7,5\cdot {10}^{-2}=0,5\cdot 5\cdot 0,06.\sin \alpha$$\Rightarrow \sin \alpha =0,5\Rightarrow \alpha ={30}^{°}.$

Câu 15.17 trang 48 Sách bài tập Vật Lí 12: Một đoạn dây dài L đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,5 T hợp với đường cảm ứng từ một góc 30°. Dòng điện qua dây có cường độ 0,5 A, thì lực từ tác dụng lên đoạn dây là 4.10^-2 N. Tính chiều dài đoạn dây dẫn.

Lời giải:

Chiều dài đoạn dây dẫn là: $\text{L}=\frac{\text{F}}{\text{BI}\sin \alpha }=\frac{4\cdot {10}^{-2}}{0,5\cdot 0,5\cdot \sin {30}^{°}}=0,32 \text{m}=32 \text{cm}.$

Câu 15.18 trang 48 Sách bài tập Vật Lí 12: Một đoạn dây dẫn dài L = 0,5 m đặt trong từ trường đều sao cho dây dẫn hợp với vectơ cảm ứng từ một góc 45°. Biết cảm ứng từ B = 0,2 T và dây dẫn chịu lực từ F = 4.10^-2 N. Tính cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn.

Lời giải:

$\text{I}=\frac{\text{F}}{\text{BL}\sin \alpha }=\frac{4\cdot {10}^{-2}}{0,2\cdot 0,5\cdot \sin {45}^{°}}=0,4\sqrt{2} \text{A}.$

Câu 15.19 trang 48 Sách bài tập Vật Lí 12: Treo một đoạn dây dẫn có chiều dài L = 5 cm, khối lượng m = 5 g bằng hai dây mảnh, nhẹ sao cho dây dẫn nằm ngang. Biết cảm ứng từ của từ trường hướng thẳng đứng xuống dưới, có độ lớn B = 0,5 T và dòng điện chạy qua dây dẫn là I = 2 A. Lấy g = 10 m/s. Tính góc lệch của dây treo so với phương thẳng đứng.

Lời giải:

Gọi góc lệch của dây treo so với phương thẳng đứng là β.

Lực từ có phương nằm ngang, hợp với trọng lực góc β.

$\tan \beta =\frac{F}{P}=\frac{BIL\sin \alpha }{mg}=\frac{0,5\cdot 2\cdot 0,05.\sin 90°}{0,005\cdot 10}=1\Rightarrow \beta ={45}^{°}.$

Câu 15.20 trang 48 Sách bài tập Vật Lí 12: Một đoạn dây dẫn thẳng MN có chiều dài L = 6 cm, có dòng điện cường độ I = 5 A chạy qua đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,5 T. Lực từ tác dụng lên đoạn dây có độ lớn F = 7,5.10^-2 N. Tính góc a hợp bởi dây MN và vectơ cảm ứng từ.

Lời giải:

Áp dụng công thức $\text{F}=\text{BIL}\sin \alpha$ với $\text{L}=6 \text{cm}=0,06 \text{m},\text{I}=5 \text{A}, \text{F}=7,5\cdot {10}^{-2} \text{N}$ và $\text{B}=0,5 \text{T}$, ta tính được $\alpha ={30}^{°}.$

Lý thuyết Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. Cảm ứng từ

I. Thí nghiệm về lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện

Để khảo sát lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện người ta sử dụng thiết bị sau:

Từ kết quả thí nghiệm và nhiều thí nghiệm khác cũng cho thấy:

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

- Lực từ $\overrightarrow{F}$ có phương vuông góc với đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường và vuông góc với đường sức từ.

Chiều của lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho vectơ cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện, thì ngón tay cái choãi ra 90° chỉ chiều của lực từ $\overrightarrow{F}$ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện.

II. Độ lớn cảm ứng từ

1. Biểu thức

Cảm ứng từ: $B=\frac{F}{Il\sin \alpha }$

Lực từ: $F=BIl\sin \alpha$

Trong đó:

B là cảm ứng từ;

I là cường độ dòng điện;

$l$ chiều dài đoạn dây mang dòng điện đặt trong từ trường;

α là góc hợp bởi đoạn dây mang dòng điện và vectơ cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$

2. Đơn vị

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

Một tesla (1 T) là độ lớn cảm ứng từ của một từ trường đều mà khi ta đặt vào trong nó một dòng điện thẳng có cường độ 1 ampe vuông góc với các đường sức từ thì mỗi mét dài của dòng điện chịu tác dụng của một lực từ bằng 1 niutơn.

Trong công thức, F đo bằng niutơn (N), I đo bằng ampe (A) và L đo bằng mét (m).