Đáp án Vật lí 12 cánh diều Chủ đề 3 Bài 1: Từ trường

BÀI 1. TỪ TRƯỜNG

Mở đầu: Ta đã biết vùng không gian xung quanh nam châm (hoặc dây dẫn mang dòng điện) có từ trường. Từ trường do nam châm điện tạo ra có nhiều ứng dụng. Ở tàu đệm từ (Hình 1.1), từ trường do các nam châm điện ở đường ray và thân tàu làm cho tàu chuyển động với tốc độ cao mà không tiếp xúc với đường ray như tàu hoả hoặc tàu điện thông thường.

Bằng các giác quan, ta không thể nhận biết được từ trường. Làm thế nào để hình dung ra từ trường? 

Hướng dẫn chi tiết:

Một số cách có thể nhận biết được từ trường:

* Sử dụng dây dẫn mang dòng điện: 

+ Cho một đoạn dây dẫn mang dòng điện và đặt các cảm biến từ (ví dụ như la bàn) xung quanh dây dẫn đó.

+  Khi dòng điện chạy qua dây, thấy kim la bàn chuyển động, khi đó có một từ trường được tạo ra xung quanh dây dẫn đó.

* Sử dụng nam châm và mạt sắt:

+ Bước 1: Đặt một tảng nam châm dưới một tấm giấy và rải bột sắt lên trên tấm giấy. 

+ Bước 2: Khi bạn đưa một nam châm khác gần tấm giấy, bạn sẽ thấy bột sắt sắp xếp lại thành các đường cong, cho thấy cấu trúc và hình dạng của từ trường.

* Sử dụng lưới từ: 

+ Lưới từ là một thiết bị mà khi đưa vào trong một từ trường sẽ hiển thị các đường của từ trường. Bằng cách này, bạn có thể quan sát mẫu từ trường và hình dung được cấu trúc của nó.

* Sử dụng phương trình và biểu đồ: Các biểu đồ vector có thể minh họa hướng và độ mạnh của từ trường tại các điểm khác nhau trong không gian.

* Hình dung từ trường thông qua các thí nghiệm: chẳng hạn như thí nghiệm lực tác dụng lên kim nam châm, thí nghiệm tác dụng của từ trường lên dòng điện, thí nghiệm cảm ứng điện từ,…

I. KHÁI NIỆM TỪ TRƯỜNG

Câu 1: Đề xuất và thực hiện phương án thí nghiệm để chứng tỏ: Khi ở gần nhau, một đoạn dây dẫn có dòng điện và một nam châm tác dụng lực lên nhau.

Hướng dẫn chi tiết:

Chuẩn bị:

+ 1 đoạn dây dẫn (khoảng 30cm)

+ 1 nam châm: 

+ Nguồn điện

+ Dụng cụ kẹp hoặc treo

+ Giá đỡ

Thực hiện thí nghiệm:

Bước 1: Kết nối dây dẫn với nguồn điện: Kết nối một đầu của đoạn dây dẫn với nguồn điện, đảm bảo rằng dòng điện có thể chảy qua dây dẫn.

Bước 2: Trẻo dây dẫn và nam châm: Treo dây dẫn lên sao cho nó không chạm đất và có thể tự do di chuyển. Đặt nam châm gần đoạn dây dẫn nhưng không để chúng tiếp xúc trực tiếp.

Bước 3: Kích hoạt nguồn điện: Bật nguồn điện để tạo ra dòng điện trong dây dẫn.

Bước 4: Quan sát hiệu ứng: Quan sát xem nam châm có bắt đầu di chuyển hoặc có biểu hiện của tác động lực không. Bạn có thể thấy nam châm chuyển động hoặc reo lên trong một hướng nhất định.

Giải thích: Hiện tượng này được giải thích bằng luật Ampère và luật Lorentz. Dòng điện trong dây dẫn tạo ra một từ trường quanh nó. Khi nam châm được đặt gần đoạn dây dẫn, từ trường này tác động lên nam châm, gây ra một lực tương tác giữa hai vật. Điều này làm cho nam châm chuyển động hoặc biến dạng trong một hướng nhất định.

Luyện tập 1: Treo một thanh nam châm như Hình 1.2.

Dùng một thanh nam châm khác, không chạm vào thanh nam châm ở dây treo, làm thế nào để thanh nam châm ở dây treo có thể quay xung quanh trục trùng với dây treo?

Hướng dẫn chi tiết:

Để tạo ra lực từ trường để làm quay thanh nam châm treo xung quanh trục trùng với dây treo mà không chạm vào thanh nam châm phụ, ta treo thanh nam châm phụ một cách sao cho nó tạo ra một từ trường có hướng tác động thích hợp lên thanh nam châm treo. 

Một số cách đặt thanh nam châm phụ:

* Dọc theo trục treo: đặt thanh nam châm phụ sao cho đoạn dài của nó song song với dây treo. Điều này đảm bảo rằng từ trường tạo ra từ thanh nam châm phụ sẽ có hướng vuông góc với mặt của thanh nam châm treo, tạo ra một lực xoắn lên thanh nam châm treo và khiến nó quay.

* Nằm ngang: đặt thanh nam châm phụ sao cho đoạn dài của nó nằm vuông góc với dây treo. Trong trường hợp này, bạn cần chắc chắn rằng từ trường tạo ra từ thanh nam châm phụ vẫn có hướng tác động vuông góc với mặt của thanh nam châm treo.

* Đưa thanh nam châm thứ hai đến gần một cực của thanh nam châm treo. Giữ thanh nam châm thứ hai sao cho hai cực cùng dấu hướng đối diện nhau. Di chuyển thanh nam châm thứ hai từ từ ra xa thanh nam châm treo.

+ Lực đẩy giữa hai cực cùng dấu sẽ khiến thanh nam châm treo quay theo hướng vuông góc với thanh nam châm thứ hai. 

+ Khi thanh nam châm thứ hai di chuyển ra xa, lực đẩy sẽ làm cho thanh nam châm treo quay theo chuyển động tròn xung quanh trục trùng với dây treo

* Đưa thanh nam châm thứ hai đến gần một cực của thanh nam châm treo. Giữ thanh nam châm thứ hai sao cho hai cực khác dấu hướng đối diện nhau. Di chuyển thanh nam châm thứ hai từ từ ra xa thanh nam châm treo.

+ Lực hút giữa hai cực khác dấu sẽ khiến thanh nam châm treo quay theo hướng vuông góc với thanh nam châm thứ hai. 

+ Khi thanh nam châm thứ hai di chuyển ra xa, lực hút sẽ làm cho thanh nam châm treo quay theo chuyển động tròn xung quanh trục trùng với dây treo

Câu 2: Vì sao mạt sắt trong Hình 1.5 lại được sắp xếp theo hình dạng nhất định?

Hướng dẫn chi tiết: