Đáp án Vật lí 12 kết nối Bài 20: Bài tập về từ trường

BÀI 20. BÀI TẬP VỀ TỪ TRƯỜNG

KHỞI ĐỘNG

Để giải các bài tập về từ trường thì cần dùng những kiến thức cơ bản nào?

Hướng dẫn chi tiết:

Để giải các bài tập về từ trường thì cần dùng những kiến thức cơ bản như: mô tả từ trường, lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện; cảm ứng điện từ; dòng điện xoay chiều; sóng điện từ.

+ Từ trường là môi trường được tạo bởi các hạt mang điện chuyển động và tác dụng lực từ lên các vật liệu từ đặt trong nó.

+ Cảm ứng từ là đại lượng đặc trung cho từ trường tại một điẻm.

+ Cách xác định phương, chiều của cảm ứng từ do các loại dòng điện tạo ra

+ Xác định phương, chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện

+ Xác định chiều dòng điện cảm ứng, 

+ Xác định điều kiện xuất hiện dòng điện  cảm ứng

 Mô tả quá trình lan truyền sóng điện từ; giải thích được các ứng dụng của lực từ, hiện tượng cảm ứng từ,…Cần vận dụng những công thức xác định độ lớn lực từ, suất điện động, các công thức có liên quan.

BÀI TẬP VẬN DỤNG

Câu hỏi 1: Đặt một khung dây dẫn hình chữ nhật có dòng điện chạy qua trong từ trường, sao cho mặt phẳng khung dây vuông góc với các đường cảm ứng từ (Hình 20.4) thì lực từ

A. làm dãn khung.

B. làm khung dây quay.

C. làm nén khung

D. không tác dụng lên khung.

Hướng dẫn chi tiết:

Đáp án C

Quy tắc bàn tay trái: đặt bàn tay trái sao cho hướng cảm ứng từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa theo chiều dòng điện khi đó ngón cái choãi ra 90 chỉ chiều lực từ.

Câu hỏi 2: Đặt một thanh nam châm thẳng ở gần một khung dây kín ABCD như Hình 20.5. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây khi đưa nam châm lại gần khung dây.

Hướng dẫn chi tiết:

Cách xác định chiều của dòng điện cảm ứng: Khi đưa nam châm lại gần khung dây, từ thông qua khung dây tăng.

+ Theo quy tắc Lenz, dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây sẽ chống lại sự tăng từ thông này.

+  Nắm bàn tay phải sao cho chiều từ ngón trỏ hướng ra ngoài là chiều của đường sức từ B do nam châm tạo ra bên trong khung dây. 

+ Chiều của bốn ngon tay cong lại là chiều của dòng điện cảm ứng I. 

+ Chiều của ngón cái choãi ra là chiều của lực từ F tác dụng lên khung dây, hướng ra ngoài. 

=> Do đó dòng điện cảm ứng chạy theo chiều từ B đến A

Câu hỏi 3: Một vòng dây phẳng giới hạn diện tích S = 40 cm² đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,1 T. Mặt phẳng vòng dây hợp với cảm ứng từ một góc . Tính từ thông qua S.

Hướng dẫn chi tiết:

Vì mặt phẳng vòng dây hợp với cảm ứng từ một góc nên góc hợp bởi và bằng 60.

Theo đề bài ta có: S = 40 cm², B = 0,1 T

Từ thông qua S là: Wb

Vậy từ thông qua diện tích S là 2.10^-4 Wb.

Câu hỏi 4: Hình 20.6 là ảnh chụp thí nghiệm đo lực từ của nam châm vĩnh cửu tác dụng lên đoạn dây dẫn đặt trong từ trường. Biết dây dẫn được cố định vào giá thí nghiệm (1) sao cho phương của đoạn dây dẫn (2) nằm ngang vuông góc với vecto cảm ứng từ của nam châm (3) và không chạm vào nam châm nằm trên cân. Số liệu thí nghiệm thu được như trong bảng 20.1. Trong đó L là  chiều dài đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường, F là độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn, I là cường độ dòng điện.

a) Vì sao sử dụng cân điện tử như trong Hình 20.6 có thể xác định được độ lớn lực từ tác dụng lên đoạn dây?

b) Từ số liệu trong bảng, hãy tính độ lớn cảm ứng từ B của nam châm.

Hướng dẫn chi tiết:

a) Sử dụng cân điện tử như trong Hình 20.6 có thể xác định được độ lớn lực từ tác dụng lên đoạn dây vì: 

+ Đặt đoạn dây dẫn trên một đĩa cân điện tử. 

+ Đóng công tắc để cho dòng điện chạy qua đoạn dây. 

+ Cân điện tử sẽ hiển thị trọng lượng của đoạn dây, bao gồm cả trọng lượng thực tế của dây và lực từ tác dụng lên dây.

+  Lực từ tác dụng lên đoạn dây được tính bằng cách lấy giá trị hiển thị trên cân điện tử trừ đi trọng lượng thực tế của dây. 

Chú ý: Phương pháp này chỉ áp dụng được cho các trường hợp lực từ có phương thẳng đứng và có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài.

b) Ta có công thức tính:

Độ lớn cảm ứng từ B của nam châm là:

…