Khởi động: Để giải các bài tập về từ trường thì cần dùng những kiến thức cơ bản nào?
Lời giải:
Để giải những bài tập về từ trường thì cần dùng những kiến thức cơ bản như:
- Biểu thức từ thông, lực từ, suất điện động cảm ứng, …
- Lí thuyết về hiện tượng cảm ứng từ, …
- Quy tắc bàn tay trái, bàn tay phải.
II. Bài tập vận dụng
Bài tập 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.
Đáp án: C
Giải thích: Ta áp dụng 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.
Bài tập 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.
Lời giải:
Từ trường do nam châm sinh ra là có hướng từ phải sang trái, khi nam châm đưa lại gần khung dây thì từ trường có xu hướng tăng lên, để chống lại sự tăng đó thì từ trường của khung dây phải có hướng từ trái sang phải để chống lại sự tăng đó ( ngược hướng với ), áp dụng quy tắc tay phải thì chiều dòng điện cảm ứng là BADC.
Bài tập 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 α = 30°. Tính từ thông qua S.
Lời giải:
Bài tập 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 vectơ cảm ứng từ B 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.
Lời giải:
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. 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)
Giá trị trung bình của cảm ứng từ:
(T)
Em có thể: Vận dụng các kiến thức về từ trường, lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện, cảm ứng từ, dòng điện xoay chiều, sóng điện từ để giải thích các bài tập có liên quan.
Gợi ý:
- Từ trường: Khái niệm từ trường, cảm ứng từ, đường sức từ. Lực từ tác dụng lên nam châm, lên dòng điện. Công thức tính cảm ứng từ của dòng điện thẳng dài, ống dây.
- Lực từ: Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện. Công thức tính lực từ. Ứng dụng của lực từ.
- Cảm ứng từ: Định nghĩa, đơn vị đo cảm ứng từ. Cảm ứng từ của dòng điện thẳng dài, ống dây. Định luật Biot-Savart.
- Dòng điện xoay chiều: Khái niệm dòng điện xoay chiều. Biểu thức của dòng điện xoay chiều. Hiệu điện thế hiệu dụng, cường độ dòng điện hiệu dụng. Công suất của dòng điện xoay chiều.
- Sóng điện từ: Khái niệm sóng điện từ. Đặc điểm của sóng điện từ. Phân loại sóng điện từ. Ứng dụng của sóng điện từ.