Đáp án Vật lí 12 chân trời Bài 11: Thực hành đo độ lớn cảm ứng từ

BÀI 11. THỰC HÀNH ĐO ĐỘ LỚN CẢM ỨNG TỪ

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Trong đời sống hàng ngày, chúng ta có thể tiếp xúc với từ trường ở mọi nơi (ví dụ Trái Đất cũng có từ trường và được xem như một nam châm khổng lồ, với cực Bắc - Nam địa lí lần lượt là cực Nam - Bắc của nam châm). Đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của từ trường là vectơ cảm ứng từ. Vậy làm thế nào để xác định được độ lớn của cảm ứng từ?

Hướng dẫn chi tiết:

Xác định độ lớn của cảm ứng từ thông qua việc bố trí các thí nghiệm và mối quan hệ giữa cảm ứng từ với lực từ, cường độ dòng điện,...

Ví dụ về cách xác định độ lớn cảm ứng từ:

- Dùng la bàn: la bàn là một dụng cụ có kim nam châm nhỏ có thể quay tự do theo hướng của từ trường Trái Đất. Dựa vào hướng của kim nam châm, ta có thể xác định được hướng của từ trường Trái Đất tại vị trí đó. Từ đó có thể tính toán được cảm ứng từ

- Dùng máy đo cảm ứng từ: máy đo cảm ứng từ là dụng cụ chuyên dụng để đo cảm ứng từ. Các loại đo cảm ứng từ có thể đo được cảm ứng từ của Trái Đất, cảm ứng từ do các thiết bị điện tử tạo ra.

Thảo luận 1: Dựa vào bộ dụng cụ thí nghiệm đã liệt kê trong Bài 10, hãy thiết kế và thực hiện phương án để đo cảm ứng từ của từ trường đều giữa hai cực của nam châm điện hình chữ U.

Hướng dẫn chi tiết:

Thiết kế và thực hiện phương án để đo cảm ứng từ.

* Chuẩn bị:

- Lắp đặt nam châm điện hình chữ U lên giá đỡ

- Nối nam châm điện với nguồn điện một chiều

- Nối dây dẫn điện với vôn kế và ampe kế

- Đặt vôn kế và ampe kế lên giá đỡ sao cho dễ quan sát

- Sử dụng giá đỡ để điều chỉnh vị trí của cuộn dây dẫn sao cho nó nằm giữa hai cực của nam châm điện.

- Vẽ một đường thẳng trên mặt bàn sao cho đường thẳng này đi qua hai cực của nam châm điện.

* Tiến hành

- Bật nguồn điện cho nam châm điện

- Điều chỉnh cường độ dòng điện qua nam châm điện đến một giá trị nhất định.

- Ghi lại giá trị cường độ dòng điện trên ampe kế

- Đặt dây dẫn điện tại một điểm trên đường thẳng đã vẽ sao cho dây dẫn điện vuông góc với đường thẳng.

- Ghi lại giá trị hiệu điện thế trên vôn kế

- Đo chiều dài dây dẫn bằng thước kẻ

- Thay đổi cường độ dòng điện và lặp lại các bước 3-4 lần.

* Kết quả và nhận xét

- Tính giá trị cảm ứng từ qua mỗi lần đo, từ đó tính giá trị trung bình.

- So sánh giá trị trung bình thu được với kết quả lí thuyết.

Thảo luận 2: Giải thích tại sao độ lớn lực từ F tác dụng lên cạnh của khung dây đặt trong từ trường bằng F₂ - F₁.

Hướng dẫn chi tiết:

Công thức F = F₂ - F₁ được sử dụng để tính độ lớn lực từ F tác dụng lên cạnh của khung dây đặt trong từ trường dựa trên nguyên tắc cân bằng lực.

Khi đặt khung dây dẫn mang dòng điện vào từ trường, mỗi cạnh của khung dây sẽ chịu tác dụng của lực từ do từ trường tác dụng lên dòng điện. Theo nguyên tắc cân bằng lực thì tổng hợp các lực tác dụng lên một vật phải bằng 0, do đó khung dây sẽ cân bằng dưới tác dụng của lực F₁ và F₂.

Khi xuất hiện lực từ sẽ làm thay đổi trạng thái cân bằng của đòn cân.

→ F = F₂ - F₁

Thảo luận 3: Nêu những lưu ý khi làm thí nghiệm để thu được kết quả chính xác.

Hướng dẫn chi tiết:

Những lưu ý khi làm thí nghiệm để thu được kết quả chính xác:

- Thực hiện chính xác các thao tác

- Giữ cho thí nghiệm không bị tác dụng của ngoại lực

- Ghi chép kết quả cẩn thận

- Phân tích kết quả một cách cẩn thận và hợp lí

- Các dụng cụ đo phải chuẩn và an toàn và sử dụng đúng cách

Thảo luận 4: Từ số liệu thu được ở Bảng 11.1 ứng với một giá trị cường độ dòng điện xác định, hãy xử lí số liệu để tính toán cảm ứng từ B và sai số của phép đo.

Hướng dẫn chi tiết:

= 900, L = 0,08m, N = 200 vòng
Lần	I (A)	F1 (N)	F2 (N)	F = F2 - F1	B = (T)
1	0,2	0,210	0,270	0,06	0,019
2	0,4	0,210	0,320	0,11	0,017
3	0,6	0,210	0,380	0,17	0,018

→

Sai số của phép đo:

B₁ = |B - B₁| = |0,018 - 0,019| = 0,001

B₂ = |B - B₂| = |0,018 - 0,017| = 0,001

B₃ = |B - B₃| = |0,018 - 0,018| = 0

→

Luyện tập: Thay đổi độ lớn từ trường bằng cách điều chỉnh cường độ dòng điện chạy vào nam châm điện. Thực hiện lại thí nghiệm trên để đo cảm ứng từ B. Nhận xét về mối liên hệ giữa cảm ứng từ B và cường độ dòng điện qua nam châm điện.

Hướng dẫn chi tiết:

*Biểu diễn kết quả:

- Vẽ đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của cảm ứng từ vào cường độ dòng điện.

- Phân tích và tính toán kết quả vừa thu được.

* Nhận xét: 

- Cường độ dòng điện và cảm ứng từ qua nam châm điện tỉ lệ nghịch với nhau.

Vận dụng: Cho các dụng cụ: khung dây chữ nhật, dây treo, các nam châm chữ U, thước đo góc, thước thẳng, nguồn điện, ampe kế, lực kế. Hãy thiết kế phương án đo độ lớn cảm ứng từ của vùng từ trường giữa hai cực điện nam châm chữ U.

Gợi ý chi tiết:

Bố trí thí nghiệm tương tự Hình 10.2, nhưng thay nam châm điện bằng nam châm chữ U. Các dụng cụ khác sử dụng tương tự.

* Chuẩn bị:

- Lắp đặt nam châm điện hình chữ U lên giá đỡ

- Nối nam châm điện với nguồn điện một chiều

- Nối dây dẫn điện với vôn kế và ampe kế

- Đặt vôn kế và ampe kế lên giá đỡ sao cho dễ quan sát

- Sử dụng giá đỡ để điều chỉnh vị trí của cuộn dây dẫn sao cho nó nằm giữa hai cực của nam châm điện.

- Vẽ một đường thẳng trên mặt bàn sao cho đường thẳng này đi qua hai cực của nam châm điện.

* Tiến hành

- Bật nguồn điện cho nam châm điện

- Điều chỉnh cường độ dòng điện qua nam châm điện đến một giá trị nhất định.

- Ghi lại giá trị cường độ dòng điện trên ampe kế

- Đặt dây dẫn điện tại một điểm trên đường thẳng đã vẽ sao cho dây dẫn điện vuông góc với đường thẳng.

- Ghi lại giá trị hiệu điện thế trên vôn kế

- Đo chiều dài dây dẫn bằng thước kẻ

- Thay đổi cường độ dòng điện và lặp lại các bước 3-4 lần.

* Kết quả và nhận xét

- Tính giá trị cảm ứng từ qua mỗi lần đo, từ đó tính giá trị trung bình.

- So sánh giá trị trung bình thu được với kết quả lí thuyết.