Đáp án Vật lí 12 kết nối Bài 15: Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. Cảm ứng từ

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

KHỞI ĐỘNG

Tính chất cơ bản của từ trường là gây ra lực từ tác dụng lên một nam châm hay một dòng điện đặt trong từ trường đó. Vậy lực từ có đặc điểm như thế nào?

Hướng dẫn chi tiết:

Đặc điểm của lực từ:

- Lực từ là một lực tương tác: lực từ chỉ xuất hiện khi có hai vật liệu từ (nam châm, sắt, thép) hoặc giữa nam châm và dòng điện tương tác với nhau.

- Lực từ có thể là lực đẩy hoặc lực hút: hai cực cùng tên của nam châm sẽ đẩy nhau và khác tên sẽ hút nhau. Dòng điện và nam châm cũng có thể hút hoặc đẩy nhau tuỳ thuộc vào chiều của dòng điện và chiều của từ trường.

- Lực từ có phương vuông góc với đường sức từ. Điểm đặt của lực từ tại trung điểm của đoạn dây mang dòng điện. Xác định lực từ bằng quy tắc bàn tay trái.

- Lực từ phụ thuộc vào:

+ Cường độ dòng diện: lực từ tăng khi cường độ dòng điện tăng

+ Độ dài của đoạn dây dẫn: lực từ tăng khi độ dài của đoạn dây dẫn tăng.

+ Cảm ứng từ: lực từ tăng khi cảm ứng từ tăng.

+ Góc giữa đoạn dây dẫn và đường sức từ.

- Công thức tính: F=BILsin.

I. THÍ NGHIỆM VỀ LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN ĐOẠN DÂY DẪN MANG DÒNG ĐIỆN

Hoạt động 1:Thí nghiệm

Chuẩn bị: Thiết bị thí nghiệm gồm:

- Hộp gõ có gắn các thiết bị dưới đây:

+ Nam cham điện có gắn hai tâm thép (1).

+ Đòn cân (2) có gắn gia trọng (3) và khớp nối với khung dây dẫn (4).

+ Hai ampe kế có giới hạn đo 2A (5),(6).

+ Hai biến trở oay 100 - 2A (7).

+ Hai công tắc dùng để đảo chiều dòng điện qua nam châm điện và khung dây (8), (9).

- Khung dây n=200 vòng có chiều dài một cạnh l=10cm (10).

- Lực kế có giới hạn đo 0,5 N (11).

- Đèn chỉ hướng từ trường trong lòng nam châm điện (12).

- Nguồn điện một chiều, điện áp 12V (13) và các dây nối.

Tiến hành:

- Nối hai cực của nguồn điện DC với hai chốt cắm trên hộp gỗ. Cắm khung dây vào khớp nối trên đòn cân, sao cho cạnh dưới của khung dây nằm trong từ trường của nam châm.

- Đóng công tắc điện.

Thực hiện các yêu cầu sau:

1. Quan sát và giải thích hiện tượng xảy ra với khung dây.

2. Quan sát đèn chỉ hướng từ trường trong lòng nam châm điện, các cực của nguồn điện nối với khung dây, chiều chuyển động của khung dây, từ đó xác định chiều của cảm ứng từ bên trong lòng nam châm điện, chiều dòng điện và chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện I trong từ trường.

3. Dự đoán hiện tượng xảy ra nếu đổi chiều dòng điện chạy qua nam châm điện hoặc khung dây.

4. Đề xuất cách xác định chiều của lực từ.

Hướng dẫn chi tiết:

1. Quan sát ta thấy:

- Khi đóng công tắc, khung dây sẽ bị quay

- Khi mở công tắc, khung dây sẽ quay về vị trí ban đầu

Bởi vì: 

+ Khi dòng điện chạy qua khung dây nó sẽ tạo ra một từ trường.

+ Từ trường này tương tác với từ trường của nam châm điện, tạo ra lực từ tác dụng lên khung dây. 

+ Lực từ này làm cho khung dây quay.

+ Khi ngắt khoá K thì dòng điện cũng sẽ bị ngắt, từ trường không còn. Lực từ tác dụng lên khung dây mất đi, khung dây quay trở lại vị trí ban đầu.

2. Xác định chiều bằng cách:

- Cảm ứng từ: Chiều của cảm ứng từ bên trong lòng nam châm điện được xác định bằng quy tắc bàn tay phải.

Quy tắc bàn tay phải: Giơ ngón cái của bàn tay phải hướng theo chiều dòng điện, khum bốn ngón tay kia xung quanh dây dẫn thì chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay đó là chiều của đường sức từ.

- Dòng điện: Chiều của dòng điện được xác định bằng quy tắc nắm bàn tay phải

Quy tắc bàn tay phải: Giơ ngón cái của bàn tay phải hướng theo chiều dòng điện, khum bốn ngón tay kia xung quanh dây dẫn thì chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay đó là chiều của đường sức từ.

- Lực từ: Chiều của lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái.

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 ngón tay giữa theo chiều dòng điện thì ngón tay cái choãi ra 90 độ chỉ chiều lực điện từ.

3. Dự đoán hiện tượng:

- Đổi chiều dòng điện chạy qua nam châm điện: 

+ chiều của cảm ứng từ bên trong lòng nam châm và chiều của lực từ đều sẽ bị đổi

=> từ đó thì chiều khung dây sẽ quay theo chiều ngược lại.

- Đồi chiều dòng điện chạy qua khung dây: 

+ chiều của từ trường do khung dây tạo và chiều của lực từ sẽ bị đổi 

=> từ đó chiều khung dây sẽ quay theo chiều ngược lại.

4. Cách xác định chiều của lực từ: Quy tắc bàn tay trái:Dùng bàn tay trái đặt sao cho, ngón cái choãi ra vuông góc với lòng bàn tay biểu diễn chiều của lực từ.Các đường sức từ đi vào lòng bàn tay.Chiều của dòng điện song song với ngón trỏ.

Hoạt động 2: Sử dụng quy tắc bàn tay trái để kiểm chứng chiều của lực từ tác dụng lên thanh kim loại M₁M₂ trong Hình 15.2.

Hướng dẫn chi tiết:

Quy tắc bàn tay trái:Dùng bàn tay trái đặt sao cho, ngón cái choãi ra vuông góc với lòng bàn tay biểu diễn chiều của lực từ.Các đường sức từ đi vào lòng bàn tay.Chiều của dòng điện song song với ngón trỏ.

Kiểm chứng chiều của lực từ tác dụng lên thanh kim loại M₁M₂ trong Hình 15.2 là chính xác.

Câu hỏi: Ba dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường như Hình 15.4

1. Hãy xác định phương và chiều của lực từ tác dụng lên dây dẫn ở Hình 15.4a, 15.4b.

2. Trong trường hợp Hình 15.4c, có lực từ tác dụng lên dây dẫn không? Dự đoán lực từ còn phụ thuộc vào yếu tố nào khác?

Hướng dẫn chi tiết:

1. Ta sử dụng quy tắc nắm bàn tay trái để xác định lực từ.

Hình 15.4a, lực từ hướng vào trong

Hình 15.4b, lực từ hướng từ trên xuống dưới

2. Trong trường hợp Hình 15.4c, có lực từ không tác dụng lên dây dẫn.

Lực từ phụ thuộc vào cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn.

II. ĐỘ LỚN CẢM ỨNG TỪ

Câu hỏi 1: Xét một đoạn dây dẫn thằng có chiều dài L=1m, có dòng điện I = 3A chạy qua được đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ T. Hãy xác định độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện nếu phương của dây dẫn hợp với vecto cảm ứng từ một góc .

Hướng dẫn chi tiết:

Theo đề bài ta có: L=1m; I = 3A; T;

Độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện là: 

Vậy độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện là 0,13 N

Câu hỏi 2: Một dây dẫn dài 50 cm có dòng điện chạy qua được đặt vuông góc với từ trường có độ lớn cảm ứng từ là 5 m T.

a) Nếu có electron chạy qua dây dẫn trong mỗi giây thì cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn bằng bao nhiêu? (Cho biết độ lớn diện tích electron là C).

b) Tính độ lớn của lực từ tác dụng lên dây dẫn.

Hướng dẫn chi tiết: