Đáp án Vật lí 12 cánh diều Chủ đề 3 Bài 2: Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện. Cảm ứng từ

BÀI 2. LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN ĐOẠN DÂY DẪN MANG DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG TỪ

Mở đầu: Ta đã biết, đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của điện trường là cường độ điện trường. Đại lượng nào đặc trưng cho tác dụng lực của từ trường?

Hướng dẫn chi tiết:

Để đặc trưng cho từ trường tại một điểm về mặt tác dụng lực, người ta đưa ra một đại lượng được gọi là cảm ứng từ, kí hiệu . Đó là một đại lượng vectơ:

+ Có phương trùng với phương của kim nam châm cân bằng tại điểm đang xét, có chiều từ cực nam sang cực bắc của kim nam châm;

+ Có độ lớn là:  

+ Đơn vị: tesla (T)

Trong đó:  F là độ lớn của lực từ do từ trường tác dụng lên đoạn dây dẫn có chiều dài l mang dòng điện có cường độ I, B là độ lớn cảm ứng từ, là góc hợp bởi chiều dòng điện và chiều cảm ứng từ.

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

Câu 1: Mô tả chiều của lực điện tác dụng lên điện tích trong điện trường

Hướng dẫn chi tiết:

Chiều của lực điện tác dụng lên điện tích dương khi đặt trong từ trường được mô tả theo hình vẽ:

Câu 2: Làm thế nào để xác định hướng của lực từ do từ trường tác dụng lên một đoạn dòng điện?

Hướng dẫn chi tiết:

Chuẩn bị: Khung dây dẫn (1); Nam châm (2); Lò xo (3); Giá treo (4); Dây dẫn được nói đến nguồn điện (5).

Phương án thí nghiệm

+ Tìm hiểu công dụng của từng dụng cụ đã cho

+ Thiết kế phương án thí nghiệm để tìm phương của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện bằng các dụng cụ này

Tiến hành

Bước 1: Lắp đặt các dụng cụ như Hình 2.1. 

Bước 2: Treo khung dây để mặt phẳng khung dây vuông góc với đường sức từ của nam châm: cạnh AB của khung nằm ngang trong vùng từ trường đều ở khoảng không gian giữa hai cực của nam châm.

Bước 3: Cho dòng điện có cường độ / chạy qua khung dây với chiều từ A đến B và quan sát hiện tượng xảy ra với khung dây.

Bước 4: Đối chiếu cường độ dòng điện chạy qua khung dây và quan sát hiện tượng xảy ra với khung dây

Kết quả

- Khi có dòng điện chạy qua khung dây theo chiều từ A đến B, khung dây bị kéo thẳng đứng xuống dưới. Điều này cho thấy, lực từ tác dụng lên AB có phương thẳng đứng, vuông góc với cả đoạn dòng điện AB và đường sức từ (Hình 2.2).

Câu 3: Trường hợp nào trong Hình 2.4 có lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện? Tìm phương và chiều của lực từ trong trường hợp đó.

Hình 2.4:

Hướng dẫn chi tiết:

Áp dụng quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ đâm xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện, chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện, ngón cái choãi ra 90º chỉ chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện.

Trường hợp a) chiều của đường sức từ hợp với dòng điện một góc 0^o do đó không có lực từ tác dụng lên dây trong trường hợp này hay lực tác dụng lên dây: F = 0N.

Trường hợp b) chiều của lực từ như hình vẽ: chiều của lực từ hướng vào trong

Trường hợp c) chiều của lực từ như hình vẽ: chiều của lực từ hướng xuống dưới

Câu 4: Dùng quy tắc bàn tay trái nghiệm lại chiều của lực từ giữa 2 dòng điện thẳng như Hình 2.5.

Hướng dẫn chi tiết:

Quy tắc bàn tay phải: đặt bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc dây dẫn và chỉ theo chiều dòng điện, khi đó các ngón tay kia khum lại chỉ chiều của đường sức từ.

- Xét 2 dòng điện cùng chiều:

+ Áp dụng quy tắc nắm tay phải ta xác định được chiều của cảm ứng từ do dòng điện I₁ gây ra tại vị trí đặt dòng điện I₂ là thẳng đứng hướng xuống. 

+ Khi đó áp dụng quy tắc bàn tay trái ta xác định được chiều của lực từ do cảm ứng từ của dòng I₁ gây ra tại dòng I₂ đúng như hình vẽ, áp dụng tương tự với lực từ của dòng I₂ tác dụng lên I₁.

+ Áp dụng quy tắc nắm tay phải ta xác định được chiều của cảm ứng từ do dòng điện I₂ gây ra tại vị trí đặt dòng điện I₁ là thẳng đứng hướng lên

+ Khi đó áp dụng quy tắc bàn tay trái ta xác định được chiều của lực từ do cảm ứng từ của dòng I₂ gây ra tại dòng I₁ đúng như hình vẽ

- Xét 2 dòng điện ngược chiều:

+ Dùng quy tắc nắm tay phải ta xác định được chiều của cảm ứng từ của dòng I₁ gây ra tại vị trí đặt dòng I₂ là đi xuống, ta thấy dòng điện I₂ lúc này ngược chiều với dòng I₂ lúc trước

+ Khi đó áp dụng quy tắc bàn tay trái ta thấy chiều của lực từ lúc này ngược chiều so với trường hợp trên, áp dụng tương tự với lực từ của dòng I₂ tác dụng lên I₂.

II. CẢM ỨNG TỪ

Câu 5: Trong sơ đồ thí nghiệm ở Hình 2.6, dòng điện đi qua đoạn dây dẫn nằm trong từ trường có thể từ trái sang phải hoặc từ phải sang trái.

Dòng điện đi theo chiều nào thì số chỉ của cân tăng lên so với khi chưa có dòng điện trong khung dây? 

Hướng dẫn chi tiết:

Ta thấy nam châm đang đặt trên cân, khối lượng của nam châm không đổi, để số chỉ của cân tăng lên thì:

+ Lực tác dụng của dây dẫn có điện lên thanh nam châm phải có hướng đi xuống

+ Mà lực mà dây dẫn có dòng điện tác dụng lên nam châm sẽ có chiều ngược lại so với lực mà nam châm tác dụng lên dây dẫn mang điện. 

=> lực mà nam châm tác dụng lên dây dẫn phải có chiều đi lên, 

Ta thấy chiều của cảm ứng từ có chiều từ ngoài vào trong do bên ngoài là cực Bắc, bên trong cực Nam.

Áp dụng quy tắc bàn tay trái: 

+ chiều cảm ứng từ của nam châm là hướng từ ngoài vào

+ chiều của lực từ là hướng từ dưới lên 

=> chiều của dòng điện là từ trái qua phải.

Vậy chiều của dòng điện từ trái qua phải.

Câu 6: Tại sao thông qua số chỉ của cân có thể biết độ lớn của lực từ?

Hướng dẫn chi tiết: