Sách bài tập Vật lí 12 Bài 9 (Chân trời sáng tạo): Khái niệm từ trường

Giải SBT Vật lí 12 Bài 9: Khái niệm từ trường

A. Trắc nghiệm

Câu 9.1 (B) trang 34 Sách bài tập Vật Lí 12: Trong các phát biểu sau, có bao nhiêu phát biểu đúng?

(1) Mọi nam châm đều có hai cực: cực âm (-) và cực dương (+).

(2) Một số loài vật có thể sử dụng từ trường để tạo ra dòng điện làm tê liệt con mồi.

(3) Khi đặt một kim la bàn gần một dây dẫn có dòng điện chạy qua, kim la bàn sẽ bị lệch so với vị trí ban đầu.

(4) Trái Đất là một nam châm khổng lồ, cực Bắc nam châm Trái Đất chính là cực Bắc địa lí và ngược lại.

(5) Cảm ứng từ là đại lượng đặc trưng cho từ trường về mặt năng lượng.

A. 1.

B. 2.

C. 3.

D. 4.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Phát biểu (1) đúng. Mọi nam châm đều có hai cực: cực âm (-) và cực dương (+).

(2) Sai vì từ trường không phải là nguyên nhân sinh ra dòng điện.

(3) Sai vì từ trường của dòng điện phải đủ lớn mới làm kim la bàn lệch.

(4) Sai vì Trái Đất là một nam châm khổng lồ, cực Bắc nam châm Trái Đất chính là cực Nam địa lí và ngược lại.

(5) Sai vì cảm ứng từ là đại lượng đặc trưng cho từ trường về phương diện tác dụng lực.

Câu 9.2 (H) trang 34 Sách bài tập Vật Lí 12: Một học sinh đặt 4 nam châm thử tại 4 vị trí khác nhau trong từ trường gây ra bởi thanh nam châm thẳng. Một học sinh khác mô tả sự định hướng của các nam châm thử này như Hình 9.1. Trong hình này có bao nhiêu nam châm thử được mô tả đúng sự định hướng?

A. 1.

B. 2.

C. 3.

D. 4.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Dựa vào quy tắc nắm bàn tay phải, xác định chiều đường sức từ bên ngoài thanh nam châm đi ra từ cực bắc, đi vào cực nam. Kim nam châm có có phương tiếp tuyến với đường sức từ tại điểm đó. Kim nam châm mô tả đúng là vị trí 1 và 3.

Câu 9.3 (H) trang 35 Sách bài tập Vật Lí 12: Trong mỗi phát biểu sau, em hãy chọn đúng hoặc sai.

a) Cảm ứng từ là một đại lượng vô hướng.

b) Tiếp tuyến tại bất kì điểm nào trên đường sức từ đều có phương, chiều trùng với phương, chiều của vectơ cảm ứng từ tại điểm đó.

c) Từ trường ở vùng không gian giữa hai cực của nam châm chữ U được xem là từ trường đều.

d) Trong từ trường đều, các đường sức từ song song nhau nhưng vectơ cảm ứng từ tại các điểm khác nhau lại không bằng nhau về độ lớn.

e) Đường sức từ của dòng điện chạy qua dây dẫn tròn là những đường tròn đồng tâm với tâm của dây dẫn.

Lời giải:

a) Sai; vì cảm ứng từ là đại lượng vecto.

b) Đúng;

c) Đúng;

d) Sai; trong từ trường đều, các đường sức từ song song và cách đều nhau, độ lớn cảm ứng từ tại mọi điểm trong từ trường đều bằng nhau.

e) Sai; đường sức từ của dòng điện chạy qua dây dẫn tròn không phải là những đường tròn đồng tâm.

Câu 9.4 (VD) trang 35 Sách bài tập Vật Lí 12: Cho sơ đồ mạch điện và kim nam châm được treo như Hình 9.2. Khi đóng công tắc K thì kim nam châm sẽ

A. bị đẩy sang trái.

B. bị đẩy sang phải.

C. vẫn đứng yên.

D. bị đẩy sang trái rồi bị đẩy sang phải.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Dựa vào chiều dòng điện xác định được các cực của nam châm điện theo quy tắc bàn tay phải. Khi đó cực bắc của nam châm điện ở bên tay phải, cực nam ở bên tay trái, do đó kim nam châm bị đẩy sang phải.

B. Tự luận

• Bài 9.1 (B) trang 35 Sách bài tập Vật Lí 12: Vẽ chiều của các đường sức từ tương ứng với nam châm thẳng, nam châm chữ U và dòng điện thẳng dài vô hạn trong Hình 9.3.

  

  Lời giải:

  

• Bài 9.2 (H) trang 36 Sách bài tập Vật Lí 12: Cho hai dây dẫn thẳng song song, dài vô hạn lần lượt có dòng điện I₁ và I₂ chạy qua như Hình 9.4. Xét mặt phẳng (Oxy) vuông góc với cả hai dòng điện, cắt các dòng điện tại A và B.

  a) Xác định phương, chiều của các vectơ cảm ứng từ do từng dòng điện gây ra tại C (A, B, C thẳng hàng).

  b) Nếu đặt một kim la bàn tại điểm C thì kim la bàn này sẽ định hướng như thế nào? Giải thích.

  

  Lời giải:

  a) Dựa vào quy tắc nắm tay phải, ta xác định được vectơ cảm ứng từ do hai dòng điện I₁ và I₂ gây ra tại điểm C đều nằm trong mặt phẳng (Oxy), phương song song và cùng chiều với trục Oy.

  b) Hai vectơ cảm ứng từ do hai dòng điện I₁ và I₂ gây ra đều cùng hướng với nhau nên kim la bàn khi đặt tại C sẽ có cực Bắc hướng theo chiều dương trục Oy còn cực Nam hướng ngược lại.

• Bài 9.3 (H) trang 36 Sách bài tập Vật Lí 12: Một cuộn dây dẫn được quấn quanh một lõi thép với hai đầu dây nối với nguồn điện không đổi như Hình 9.5. Hãy vẽ chiều dòng điện trong mạch và vẽ phác các đường sức từ tạo bởi cuộn dây.

  

  Lời giải:

  Chiều dòng điện trong mạch được thể hiện như hình bên. Dựa vào quy tắc nắm tay phải, ta xác định được chiều các đường sức từ tạo bởi ống dây.

  

• Bài 9.4 (VD) trang 36 Sách bài tập Vật Lí 12: Hiện nay, tàu đệm từ là một trong những phương tiện di chuyển với tốc độ cao ở các quốc gia phát triển. Xét một tàu đệm từ như Hình 9.6, trong đó tàu được nâng lơ lửng trong không khí bằng hệ thống các nam châm điện. Ngoài ra trên thân tàu và đường ray còn được gắn các nam châm điện khác đóng vai trò tăng tốc và giảm tốc cho tàu trong quá trình chuyển động.

  a) Giả sử tại một thời điểm nào đó, cực từ của các nam châm được mô tả như trong Hình 9.6, khi đó lực từ tổng hợp tác dụng lên tàu đệm từ này đóng vai trò là lực đẩy hay lực cản chuyển động của tàu? Vì sao?

  b) Khi tàu sắp đến nhà ga và bắt đầu chuyển động chậm lại, khi đó chiều dòng điện chạy qua các nam châm điện cần thay đổi như thế nào?

  

  Lời giải:

  a) Xét bộ 3 nam châm liên tiếp nhau như hình bên. Sự tương tác giữa các cặp nam châm diễn ra như sau:

  

  + Nam châm (1) hút nam châm (2).

  + Nam châm (3) đẩy nam châm (2).

  Kết quả làm tàu đệm từ bị đẩy về phía trước. Điều tương tự cũng xảy ra cho các bộ 3 nam châm liên tiếp nhau còn lại. Do đó, lực từ lúc này đóng vai trò là lực đẩy.

  b) Để tàu đệm từ giảm tốc độ, lực từ phải đóng vai trò là lực cản. Muốn vậy, dòng điện chạy qua bộ 3 nam châm điện liên tiếp nhau trong hình vẽ trên phải đổi chiều sao cho: nam châm (1) đẩy nam châm (2); nam châm (3) hút nam châm (2).

• Lý thuyết Khái niệm từ trường

  1. Từ trường

  Khái niệm từ trường

  Từ trường là trường lực gây ra bởi dòng điện hoặc nam châm, là một dạng của vật chất tồn tại xung quanh dòng điện hoặc nam châm mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện của lực từ tác dụng lên một dòng điện hay một nam châm đặt trong đó.

  

  Từ phổ

  

  2. Cảm ứng từ

  Khái niệm cảm ứng từ

  Cảm ứng từ tại $\overrightarrow{B}$ một điểm gây ra bởi một dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài vô hạn là một vectơ nằm trong mặt phẳng (α) vuông góc với dòng điện, có phương tiếp tuyến với đường tròn đi qua điểm đó. Trong đó, tâm đường tròn là giao điểm của dòng điện và mặt phẳng (α), có chiều từ cực Nam sang cực Bắc của kim nam châm tại mỗi điểm đang xét.

  

  Đường sức từ

  Đường sức từ là những đường mô tả từ trường, sao cho tiếp tuyến tại bất kì điểm nào trên đường sức từ đều có phương, chiều trùng với phương, chiều của vectơ cảm ứng từ tại điểm đó.

  

  Tính chất của đường sức từ như sau:

  - Tại mỗi điểm trong từ trường, có một và chỉ một đường sức từ đi qua điểm đó.

  - Các đường sức từ là những đường cong kín. Đối với nam châm, các đường sức từ đi ra từ cực Bắc và đi vào cực Nam.

  - Nơi nào từ trường mạnh hơn thì các đường sức từ ở đó mau (dày) hơn, nơi nào từ trường yếu hơn thì các đường sức từ ở đó thưa hơn.

  Từ trường đều là từ trường có vectơ cảm ứng từ tại mọi điểm đều bằng nhau. Từ trường đều có các đường sức từ song song, cách đều nhau.

  Đường sức từ của một số dây dẫn đặc biệt

  Dòng điện thẳng

  

  Mô hình hoá hình ảnh từ phổ ở Hình 9.6, ta thu được đường sức từ của dòng điện thẳng là những đường tròn đồng tâm với tâm là giao điểm của đoạn dây dẫn và tấm nhựa.

  Quy tắc nắm tay phải: Đặt bàn tay phải sao cho ngón cái hướng theo chiều dòng điện, khum các ngón tay còn lại xung quanh đoạn dây dẫn, khi đó chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều của đường sức từ (Hình 9.7).

  Dòng điện tròn

  

  Mô hình hoá hình ảnh từ phổ ở Hình 9.8, ta thu được đường sức từ tại những điểm nằm trên trục vòng dây của dòng điện tròn là đường thẳng.

  Quy tắc nắm tay phải: Khum bàn tay phải sao cho các ngón tay hướng theo chiều dòng điện trong vòng dây, khi đó ngón tay cái choãi ra chỉ chiều của đường sức từ trên trục vòng dây (Hình 9.9).

  Dòng điện trong ống dây

  

  Mô hình hoá hình ảnh từ phổ ở Hình 9.10, ta thu được đường sức từ tại những điểm nằm trên đường đi qua trục của ống dây là đường thẳng.

  Quy tắc nắm tay phải: Khum bàn tay phải sao cho các ngón tay theo chiều dòng điện chạy qua ống dây, khi đó ngón tay cái choãi ra chỉ chiều của đường sức từ bên trong ống dây (Hình 9.11).