Đáp án Vật lí 12 kết nối Bài 14: Từ trường

BÀI 14. TỪ TRƯỜNG

KHỞI ĐỘNG

Ta đã biết nam châm và dòng điện đều tác dụng lực lên kim nam châm. Vậy xung quanh dòng điện có tồn tại từ trường không? Tính chất cơ bản của từ trường là gì? Từ trường được biểu diễn như thế nào?

Hướng dẫn chi tiết:

Xung quanh dòng điện có tồn tại từ trường. Khi dòng điện chạy qua dây dẫn, nó sẽ tạo ra một từ trường xung quanh dây dẫn. Tính chất cơ bản của từ trường: gây ra lực từ tác dụng lên một nam châm hay một dòng điện đặt trong nó:

- Lực từ: từ trường tác dụng lực từ lên các vật liệu có tính từ như nam châm, sắt, thép,… và lên các dòng điện khác

- Chiều của từ trường do dòng điện sinh ra được xác định bằng quy tắc nắm bàn tay phải.

- Cảm ứng từ: là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh của từ trường tại một điểm.

Từ trường được biểu diễn bằng đường sức từ và mật độ đường sức từ. Hướng của từ trường được xác định bằng quy tắc nắm bàn tay phải.

I. TƯƠNG TÁC TỪ

Hoạt động 1: Khi đưa hai cực cùng tên hay khác tên của một nam châm thẳng và kim nam châm lại gần nhau (Hình 14.1) thì chúng đẩy nhau hay hút nhau?

Hướng dẫn chi tiết:

Khi đưa hai cực cùng tên hay khác tên của một nam châm thẳng và kim nam châm lại gần nhau: 

+ Chúng sẽ đẩy nhau nếu là hai cực cùng tên (cùng cực Bắc hoặc cực Nam) 

+ Chúng sẽ hút nhau nếu là hai cực khác tên.

Hình 14.1 b, hai cực cùng tên nên nó sẽ đẩy nhau

Hình 14.1 c, hai cực khác tên nên chúng sẽ hút nhau

Hoạt động 2: Khi cho dòng điện chạy qua dây dẫn ta thấy kim nam châm lệch một góc so với phương ban đầu (Hình14.2). Dự đoán điều gì xảy ra nếu ta đổi chiều dòng điện qua dây dẫn. Trong thí nghiệm này, kim nam châm có tác dụng lực lên dòng điện không?

Hướng dẫn chi tiết:

Dự đoán: nếu đổi chiều dòng điện chạy qua dây dẫn, kim nam châm sẽ lệch về phía ngược lại.

Bởi vì: 

+ Khi cho dòng điện chạy qua dây dẫn, xung quanh dây dẫn sẽ xuất hiện từ trường. Từ trường này tác dụng lực lên kim nam châm, làm kim nam châm lệch một góc so với phương ban dầu.

+ Hướng lệch của kim nam châm sẽ phụ thuộc vào hướng của dòng điện và vị trí đặt kim nam châm.

+ Nếu đổi chiều dòng điện thì hướng của từ trường xung quanh dây dẫn cũng sẽ đổi chiều.

Trong thí nghiệm này, kim nam châm không tác dụng lực lên dòng điện.

Hoạt động 3: Khi cho dòng điện chạy qua hai tấm kim loại mỏng, nhẹ như ở Hình 14.3, ta thấy hai tâm kim loại đẩy nhau. Hãy dự đoán hiện tượng xảy ra nếu dòng điện qua hai tấm kim loại cùng chiều.

Hướng dẫn chi tiết:

Dự đoán hiện tượng nếu dòng điện qua hai tấm kim loại cùng chiều: hai tấm kim loại sẽ hút nhau

Bởi vì:  Khi cho dòng điện chạy qua hai tấm kim loại mỏng, nhẹ, xung quanh mỗi tấm kim loại sẽ xuất hiện từ trường.

II. TỪ TRƯỜNG

Hoạt động: Hãy mô tả một thí nghiệm khảo sát lực từ do nam châm tác dụng lên dòng điện.

Hướng dẫn chi tiết:

Chuẩn bị: 1 nguồn điện; 1 ampe kế; Dây dẫn điện; Giá đỡ; Thước kẻ; 1 nam châm; 1 khoá K

Tiến hành:

- Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ:

- Đóng khoá K để cho dòng diện chạy qua dây dẫn.

- Đưa nam châm lại gần dây dẫn. Quan sát hiện tượng.

- Thay đổi chiều của dòng điện bằng cách đổi cực của nguồn điện. Quan sát hiện tượng xảy ra.

- Thay đổi vị trí của nam châm ( cực bắc, cực nam) so với dây dẫn. Quan sát hiện tượng.

- Ghi lại số liệu đo được

- Xử lí số liệu và vẽ đồ thị, tính toán kết quả

III. ĐƯỜNG SỨC TỪ 

Hoạt động 1: Thí nghiệm 1

Chuẩn bị:

- Hộp nhựa có một mặt trong suốt , bên trong chứa dầu và mạt sắt mịn.

- Nam châm thẳng.

- Nam châm hình chữ U.

Tiến hành:

- Lắc nhẹ hộp nhựa sao cho các mạt sắt phân bố đèu. Đặt hộp nhựa trên mặt phẳng nằm ngang, mặt trong suốt hướng lên trên.

- Đặt nhẹ nhàng thanh nam châm thẳng lên trên mặt trong suốt của hộp nhựa rồi gõ nhẹ. Quan sát hình ảnh mạt sắt vừa được tạo thành trong hộp nhựa. (Hình 14.4a)

- Nhấc thanh nam châm thẳng lên khỏi mặt hộp nhựa. Lắc nhẹ hộp nhựa cho các mạt sắt phân bố đều trở lại. Tiếp tục đặt nhẹ nhàng hai thanh nam châm thẳng lên trên  mặt trong suốt của hộp nhựa (sao cho hai cực trái dấu của hai thanh nam châm thẳng gần nhau) rồi gõ nhẹ. Quan sát hình ảnh mạt sắt vừa được tạo thành trong hộp nhựa (Hình 14.4b).

- Thực hiện tương tự như trên nhưng cho hai cực cùng tên của hai thanh nam châm gần nhau. Quan sát hình ảnh mạt sắt vừa được tạo thành trong hộp nhựa (Hình 14.4c).

- Tiến hành thí nghiệm tương tự đối với nam châm hình chữ U (Hình14.5).

Thực hiện các yêu cầu sau:

1. Nhận xét hình ảnh sự phân bố mạt sắt ở khoảng giữa của hai nam châm thẳng Hình 14.4b và ở khoảng giữa của hai nam châm thẳng Hình 14.4c.

2. Nhận xét về hình ảnh sự phân bố mạt sắt ở giữa hai cực của nam châm hình chữ U. Từ đó có thể rút ra kết luận gì về từ trường trong khoảng giữa hai cực của nam châm hình chữ U.

Hướng dẫn chi tiết:

1. Nhận xét:  Hình 14.4b: Ta nhìn thấy mạt sắt tập trung nhiều ở hai đầu nam châm và thưa dần ở khoảng giữa. Hình 14.4c: Mạt sắt tập trung nhiều ở phần tiếp xúc giữa hai nam châm và thưa dần ra xa

2. Nhận xét:

- Mạt sắt tập trung nhiều, dày đặc ở hai đầu cực của nam châm, và phân bố thưa dần khi đi từ hai đầu cực ra xa, gần như không có ở khu vực giữa hai đầu cực

Kết luận:

- Từ trường mạnh nhất ở hai đầu cực của nam châm.

- Từ trường yếu dần, thưa dần khi đi từ hai đầu cực ra xa.

- Từ trường gần như không có ở khu vực giữa hai đầu cực.                  

- Từ trường không đều ở khoảng giữa hai nam châm thẳng và nam châm hình chữ U.

- Hướng của từ trường được xác định bởi hướng của đường sức từ.

Hoạt động 2: Thí nghiệm 2

…