Câu hỏi tự luận vật lí 7 chân trời Bài 21: Nam châm điện

CHỦ ĐỀ VI: TỪ

BÀI 21 - NAM CHÂM ĐIỆN

I. NHẬN BIẾT (3 câu)

Câu 1: Nêu cấu tạo nam châm điện.

Trả lời:

Nam châm điện gồm một ống dây dẫn bên trong có lõi sắt.

Câu 2: Nêu cách hoạt động của nam châm điện.

Trả lời:

Khi có dòng điện đi qua, lõi sắt trở thành nam châm và có khả năng hút các vật bằng sắt, thép, …

Câu 3: Nêu ảnh hưởng của dòng điện đến từ trường của nam châm điện.

Trả lời:

• Khi tăng (giảm) độ lớn dòng điện, thì độ lớn lực từ nam châm điện cũng tăng (giảm).
• Khi đổi chiều dòng điện thì từ trường của nam châm điện cũng đổi chiều và độ lớn lực từ không đổi.

II. THÔNG HIỂU (4 câu)

Câu 1: Lấy ví dụ về ảnh hưởng của dòng điện đến từ trường của nam châm điện.

Trả lời:

Ví dụ: Khi lắp 2 pin, nam châm điện hút được nhiều ghim giấy hơn so với khi lắp 1 pin.

Câu 2: Khi nam châm điện hoạt động thì từ trường thay đổi như thế nào?

Trả lời:

Từ trường của nam châm điện chỉ tồn tại trong thời gian dòng điện chạy qua ống dây; dòng điện thay đổi thì từ trường của nam châm điện thay đổi.

Câu 3: Làm thế nào để chế tạo nam châm điện đơn giản?

Trả lời:

• Dụng cụ: Đoạn dây đồng (được sơn cách điện bên ngoài) đường kính 0,2 mm, 1 đinh sắt, dây dẫn, nguồn điện (5 – 6 quả pin), 1 công tắc.
• Các bước:
• Bước 1. Dùng đoạn dây đồng quấn xung quanh đinh sắt, nối hai đầu dây với nguồn điện qua một công tắc như hình vẽ.
• Bước 2. Lần lượt thực hiện các động tác:
• Đóng/ngắt công tắc điện, kiểm tra xung quanh nam châm điện có từ trường không? Bằng cách để các vật có từ tính gần nam châm điện, nếu nam châm điện hút được các vật có từ tính, tức là có từ trường và ngược lại.
• Thay đổi nguồn điện (bằng cách tăng số pin), đóng công tắt điện để kiểm tra độ lớn của lực từ của nam châm điện có thay đổi không?
• Thay đổi cực của nguồn điện; dùng kim nam châm thử để kiểm tra xem chiều của từ trường có thay đổi không?

Câu 4: So sánh nam châm điện và nam châm vĩnh cửu.

Trả lời:

• Giống nhau: đều có khả năng tạo ra từ trường.
• Khác nhau:
• Về tính từ: Tính từ của nam châm điện chỉ xuất hiện khi có dòng điện chạy, còn đối với nam châm vĩnh cửu, từ tính của chúng đã tồn tại ngay bên trong và không tự nhiên mất đi.
• Về sức mạnh từ: Nam châm điện có thể thay đổi bằng ách điều chỉnh cường độ dòng điện, còn nam châm vĩnh cửu thì sức mạnh từ phụ thuộc vào chất liệu làm ra chúng.
• Về ưu điểm: Từ trường của nam châm điện có thể thao tác nhanh chóng trên phạm vị rộng còn từ trường của nam châm vĩnh cửu tồn tại vĩnh cửu trong điều kiện môi trường bình thường, bảo đảm sự ổn định.
• Khi mất tính từ: Từ tính của nam châm điện sẽ bị mất đi khi ngắt nguồn điện còn nam châm vĩnh cửu chỉ mất đi từ tính khi nung nóng chúng đến nhiệt độ tối đa.

III. VẬN DỤNG (4 câu)

Câu 1: Em biết ứng dụng của nam châm điện trong thực tiễn.

Trả lời:

Ứng dụng của nam châm điện trong thực tiễn: Xe cẩu hút vật liệu từ tính, chuông điện, máy phát điện,...

Câu 2: Nam châm điện hoạt động theo nguyên lý nào?

Trả lời:

• Khi mắc một cuộn dây với nhiều vòng quấn vào nguồn điện, dòng điện sản sinh ra một điện trường E trong các vòng quấn. Khi dòng điện chạy qua các vòng quấn biến đổi của điện trường trong các vòng quấn sinh ra một từ trường B vuông góc với điện trường E. Từ trường của một nam châm điện có thể hút hoặc đẩy các vật liệu từ
• Khi ngắt dòng điện thì từ trường này biến mất, vậy chỉ khi có dòng điện thì cuộn dây mới trở thanh một nam châm điện
• Từ trường của cuộn dây tùy thuộc vào số từ cảm cuộn dây và dòng điện trong cuộn dây. Từ cảm cuộn dây tỉ lệ thuận với chiều dài, số vòng quấn và tỉ lệ nghịch với diện tích của cuộn dây đó
• Khi đặt lõi sắt hoặc lõi thép vào trong một ống dây và cho dòng điện chạy qua ống dây, lõi sắt hoặc lõi thép bị nhiễm từ trở thành một nam châm và làm tăng tác dụng từ của ống dây

Câu 3: Nam châm điện được ứng dụng như thế nào trong công việc hàng ngày?

Trả lời:

• Thẻ tín dụng, thẻ ghi nợ và máy rút tiền tự động: trên các thẻ này đều có thẻ từ bên dưới, dải từ này được làm từ nam châm điện.
• Các màn hình ti vi và máy tính: màn hình TV và máy tính có một ống tia âm cực sử dụng một nam châm điện để hướng dẫn điện tử để màn hình.
• Động cơ điện: dựa vào sự kết hợp của một nam châm điện và một nam châm vĩnh cửu.
• Y học: Bệnh viện sử dụng hình ảnh cộng hưởng từ để xem xét tại chỗ các vấn đề trong bộ phận cơ thể của bệnh nhân mà không cần phẫu thuật xâm lấn.
• Nam châm điện còn được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và tiêu dùng như động cơ điện, xe bán tải điện, micro, bộ cảm biến, loa phóng thanh, ống sóng đi du lịch, đồ trang sức,… Nam châm điện còn được sử dụng rộng rãi trong các dụng cụ đồng hồ, cảm biến, thiết bị lò vi sóng, thiết bị điều khiển tự động, hàng không, vũ trụ, công nghệ quân sự,…

Câu 4: Nêu một số ứng dụng của nam châm điện.

Trả lời:

Nhờ ưu điểm có thể thay đổi từ trường một cách nhanh chóng mà nam châm điện được ứng dụng rộng rãi trong đời sống, sản xuất cũng như các lĩnh vực nghiên cứu.

IV. VẬN DỤNG CAO (3 câu)

Câu 1: Trong lĩnh vực năng lượng và vận tải, nam châm điện được sử dụng như thế nào để tăng cường hiệu suất và tiết kiệm năng lượng?

Trả lời:

• Động cơ điện từ hiệu suất cao: Nam châm điện được sử dụng trong động cơ điện từ để tạo ra từ trường cần thiết, giúp tăng hiệu suất hoạt động của động cơ và giảm tổn thất năng lượng do ma sát.
• Tăng cường hiệu suất truyền động: Trong hệ thống truyền động và hệ thống động lực, nam châm điện được sử dụng để tạo ra từ trường cần thiết để truyền động cơ cơ khí, từ đó giúp tăng hiệu suất và giảm tiêu hao năng lượng.
• Máy phát điện: Trong máy phát điện, việc sử dụng nam châm điện có thể giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.
• Tàu điện từ: Trong vận tải, nam châm điện được sử dụng trong công nghệ tàu điện từ để tạo ra lực từ giảm ma sát và tăng hiệu suất của hệ thống.

Câu 2: Nam châm điện được áp dụng như thế nào trong việc tạo ra và kiểm soát tự động hóa trong các hệ thống công nghiệp?

Trả lời:

Nam châm điện được sử dụng trong việc tạo ra và kiểm soát tự động hóa trong các hệ thống công nghiệp thông qua sự kiểm soát cường độ và hướng của lực từ từ nam châm. Điều này có thể được thực hiện bằng cách điều chỉnh dòng điện đi qua nam châm điện để tạo ra lực từ cần thiết và thay đổi hướng của lực từ bằng cách thay đổi hướng dòng điện. Công nghệ này được áp dụng rộng rãi trong các ứng dụng như robot công nghiệp, cơ điện tử tự động hóa, và các hệ thống sản xuất công nghiệp khác.

Câu 3: Điều gì làm cho nam châm điện trở thành một lựa chọn hấp dẫn trong thiết kế các hệ thống tự động hóa?

Trả lời:

Nam châm điện trở thành một lựa chọn hấp dẫn trong thiết kế các hệ thống tự động hóa vì khả năng kiểm soát cường độ và hướng của lực từ, đồng thời chúng cũng có kích thước nhỏ và có thể được tích hợp dễ dàng vào các thiết bị tự động hóa khác nhau. Công nghệ nam châm điện cung cấp sự linh hoạt và hiệu suất cao, giúp tăng cường khả năng điều khiển và tự động hóa trong các ứng dụng công nghiệp.