Chương từ trường vật lý 11

Chương IV: TỪ TRƯỜNG

I. TỪ TRƯỜNG

1. Tương tác từ: Tương tác giữa nam châm với nam châm, giữa nam châm với dòng điện và giữa dòng điện với dòng điện đều gọi là tương tác từ. Lực tương tác trong các trường hợp đó gọi là lực từ.

2. Từ trường: từ trường là một dạng vật chất tồn tại ung quanh nam châm hay xung quanh dòng điện (Hay từ trường tồn tại xung quanh điện tích chuyển động), tính chất cơ bản là tác dụng lực từ lên một nam châm hay một dòng điện đặt trong nó.

3. Đường sức từ: Đường sức từ là đường được vẽ sao cho hướng của tiếp tuyến tại bất kì điểm nào trên đường cũng trùng với hướng của vectơ cảm ứng từ tại điểm đó.

4. Từ trường đều: là từ trường mà vectơ cảm ứng từ tại mọi điểm đều bằng nhau, đường sức từ là những đường thẳng song song và cách đều nhau.

* Bài tập

2 – Phương pháp làm bài :

Giả sử bài toán yêu cầu xác định từ trường tổng hợp tại một điểm M do nhiều cảm ứng từ ta làm như sau :

B1 : xác định từ tại M do từng cảm ứng từ gây ra : , , ………

B2 : Áp dụng nguyên lý chồng chất ta có : =

II. VECTƠ CẢM ỨNG TỪ

1. Khái niệm: Cảm ứng từ tại một điểm đặc trưng cho từ trường về mặt gây ra lực từ tại điểm đó.

2. Các đặc điểm của vectơ cảm ứng từ tại một điểm:

- Điểm đặt: tại điểm khảo sát.

- Hướng: trùng với hướng của từ trường tại điểm khảo sát.

- Độ lớn: (F là lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có chiều dài l có dòng điện cường độ I chạy qua đặt vuông góc với từ trường)

- Đơn vị B: Tesla, kí hiệu là T.

3. Nguyên lý chồng chất từ trường

Từ trường tổng hợp tại một điểm:

III. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN CÓ HÌNH DẠNG ĐẶC BIỆT

Vectơ cảm ứng từ tại một điểm có

- Điểm đặt: tại điểm đang xét.

- Phương: tiếp tuyến với đường sức từ tại điểm đang xét

- Chiều: tuân theo quy tắc nắm tay phải

- Độ lớn (r: khoảng cách từ điểm đang xét tới dòng điện, đơn vị mét)

2. Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn uốn thành vòng tròn

Vectơ cảm ứng từ tại tâm O của vòng dây được xác định:

- Phương vuông góc với mặt phẳng vòng dây

- Chiều là chiều của đường sức từ: Khum bàn tay phải theo vòng dây của khung dây sao cho chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều của dòng điện trong khung , ngón tay cái choảy ra chỉ chiều đương sức từ xuyên qua mặt phẳng dòng điện

- Độ lớn

Từ trường của dòng điện chạy trong ống dây dẫn hình trụ

Từ trường trong ống dây là từ trường đều. Vectơ cảm ứng từ được xác định

- Phương song song với trục ống dây

- Chiều là chiều của đường sức từ: tuân theo quy tắc nắm tay phải.

- Độ lớn ($n=\frac{N}{l}$: Số vòng dây trên 1m chiều dài ống dây)

IV. LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN DÂY DẪN MANG DÒNG ĐIỆN

1. Điểm đặt: tại trung điểm của đoạn dây

1. Phương : phương vuông góc với mặt phẳng tạo bỡi và

2. Chiều lực từ : Tuân theo quy tắc bàn tay trái

Đặt bàn tay trái duỗi thẳng để vectơcảm ứng từ xuyên vào lòng bàn tay và chiều từ cổ tay đến ngón tay trùng với chiều dòng điện. Khi đó ngón tay cái choãi ra 90^o sẽ chỉ chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn.

3. Độ lớn (Định luật Am-pe). ($\alpha$ là góc tạo bỡi vec tơ và )

V. LỰC LO-REN-XƠ

1. Định nghĩa: Lực Lo-ren-xơ là lực từ tác dụng lên điện tích chuyển động trong từ trường.

2. Các đặc điểm của lực Lorenxơ tác dụng lên điện tích q₀ chuyển động với vận tốc trong từ trường đều

- Điểm đặt: đặt lên điện tích q₀

- Phương vuông góc với mặt phẳng chứa và

- Chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái duỗi thẳng để từ trường xuyên vào lòng bàn tay và chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa là chiều của khi q₀ > 0 và ngược chiều khi q₀ < 0. Khi đó chiều của lực Lorenxơ là chiều choãi ra của ngón cái.

- Độ lớn của lực Lorenxơ (: Góc tạo bởi và )

3. Khi điện tích q₀ chuyển động với thì lực Lorenxơ đóng vai trò là lực hướng tâm và q₀ chuyển động tròn đều với bán kính quỹ đạo:

B – Các dạng bài tập

Dạng 1 : Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng

I/ Phương pháp :

Xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây .
Xác định các lực khác tác dụng lên đoạn dây.
Áp dụng định luật II niuton kết quả cần tìm .

Dạng 2 : Tương tác giữa các dây dài đặt song song có dòng điện chạy qua.

I/ Phương pháp

Xác định lực từ tác dụng lên từng đoạn dây .
Áp dụng nguyên lý chồng chất ta có :

Dạng 3 : Khung dây có dòng điện đặt trong từ trường đều

I/ Phương pháp

Phân tích lực từ tác dụng lên từng đoạn dây của khung dây . từ đó tính lực tổng hợp tác dụng lên khung hoạc momen lực tác dụng lên khung .
Nếu dây gồm N vòng . độ lớn của lực từ sẽ tăng lên N lần .
Momen lực được xác định bởi : M = F .l ( N.m) trong đó : F là lực làm cho khung quay . l là độ dài cánh tay đòn.

Dạng 4 : Lực Lorenxer

Câu 1: Vật liệu nào sau đây không thể dùng làm nam châm?

A. Sắt và hợp chất của sắt; B. Niken và hợp chất của niken;

C. Cô ban và hợp chất của cô ban; D. Nhôm và hợp chất của nhôm.

Câu 2: Cho hai dây dây dẫn đặt gần nhau và song song với nhau. Khi có hai dòng điện cùng chiều chạy qua thì 2 dây dẫn

A. hút nhau. D. đẩy nhau. C. không tương tác. D. đều dao động.

Câu 3: Đặc điểm nào sau đây không phải của các đường sức từ biểu diễn từ trường sinh bởi dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài?

A. Các đường sức là các đường tròn; B. Mặt phẳng chứa các đường sức thì vuông góc với dây dẫn;

C. Chiều các đường sức được xác định bởi quy tắc bàn tay trái;

D. Chiều các đường sức không phụ thuộc chiều dòng dòng điện.

Câu 4: Phương của lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện không có đặc điểm nào sau đây?

A. Vuông góc với dây dẫn mang dòng điện; B. Vuông góc với véc tơ cảm ứng từ;

C. Vuông góc với mặt phẳng chứa véc tờ cảm ứng từ và dòng điện; D. Song song với các đường sức từ.

Câu 5: Một dây dẫn mang dòng điện có chiều từ trái sang phải nằm trong một từ trường có chiều từ dưới lên thì lực từ có chiều

A. từ trái sang phải. B. từ trên xuống dưới. C. từ trong ra ngoài. D. từ ngoài vào trong.

Câu 6: Khi độ lớn cảm ứng từ và cường độ dòng điện qua dây dẫn tăng 2 lần thì độ lớn lực từ tác dụng lên dây dẫn

A. tăng 2 lần. B. tăng 4 lần. C. không đổi. D. giảm 2 lần.

Câu 7: Một đoạn dây dẫn dài 1,5 m mang dòng điện 10 A, đặt vuông góc trong một từ trường đều có độ lớn cảm ứng từ 1,2 T. Nó chịu một lực từ tác dụng là

A. 18 N. B. 1,8 N. C. 1800 N. D. 0 N.

Câu 8: Đặt một đoạn dây dẫn thẳng dài 120 cm song song với từ trường đều có độ lớn cảm ứng từ 0,8 T. Dòng điện trong dây dẫn là 20 A thì lực từ có độ lớn là

A. 19,2 N. B. 1920 N. C. 1,92 N. D. 0 N.

Câu 9: Một đoạn dây dẫn thẳng dài 1m mang dòng điện 10 A, dặt trong một từ trường đều 0,1 T thì chịu một lực 0,5 N. Góc lệch giữa cảm ứng từ và chiều dòng điện trong dây dẫn là

A. 0,5⁰. B. 30⁰. C. 45⁰. D. 60⁰.

Câu 10: Khi cường độ dòng điện giảm 2 lần và đường kính ống dây tăng 2 lần nhưng số vòng dây và chiều dài ống không đổi thì cảm ứng từ sinh bởi dòng điện trong ống dây

A. giảm 2 lần. B. tăng 2 lần. C. không đổi. D. tăng 4 lần.

Câu 11: Một dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài vô hạn có độ lớn 10 A đặt trong chân không sinh ra một từ trường có độ lớn cảm ứng từ tại điểm cách dây dẫn 50 cm

A. 4.10^-6 T. B. 2.10^-7/5 T. C. 5.10^-7 T. D. 3.10^-7 T.

Câu 12: Trong một từ trường có chiều từ trong ra ngoài, một điện tích âm chuyển đồng theo phương ngang chiều từ trái sang phải. Nó chịu lực Lo – ren – xơ có chiều

A. từ dưới lên trên. B. từ trên xuống dưới. C. từ trong ra ngoài. D. từ trái sang phải.

Câu 13: Khi vận độ lớn của cảm ứng từ và độ lớn của vận tốc điện tích cùng tăng 2 lần thì độ lớn lực Lo – ren – xơ

A. tăng 4 lần. B. tăng 2 lần. C. không đổi. D. giảm 2 lần.

Câu 14: Một điện tích có độ lớn 10 μC bay với vận tốc 10⁵ m/s vuông góc với các đường sức vào một từ trường đều có độ lớn cảm ứng từ bằng 1 T. Độ lớn lực Lo – ren – xơ tác dụng lên điện tích là

A. 1 N. B. 10⁴ N. C. 0,1 N. D. 0 N.

Câu 15: Một electron bay vuông góc với các đường sức vào một từ trường đều độ lớn 100 mT thì chịu một lực Lo – ren – xơ có độ lớn 1,6.10^-12 N. Vận tốc của electron là

A. 10⁹ m/s. B. 10⁶ m/s. C. 1,6.10⁶ m/s. D. 1,6.10⁹ m/s.

Câu 16: Hai điện tích q₁ = 8 μC và q₂ = - 2 μC có cùng khối lượng và ban đầu chúng bay cùng hướng cùng vận tốc vào một từ trường đều. Điện tích q₁ chuyển động cùng chiều kim đồng hồ với bán kính quỹ đạo 4 cm. Điện tích q₂ chuyển động

A. ngược chiều kim đồng hồ với bán kính 16 cm. B. cùng chiều kim đồng hồ với bán kính 16 cm.

C. ngược chiều kim đồng hồ với bán kính 8 cm. D. cùng chiều kim đồng hồ với bán kính 8 cm.

Câu 17: Hai điện tích độ lớn, cùng khối lượng bay vuông với các đường cảm ứng vào cùng một từ trường đều. Bỏ qua độ lớn của trọng lực. Điện tích một bay với vận tốc 1000 m/s thì có bán kính quỹ đạo 20 cm. Điện tích 2 bay với vận tốc 1200 m/s thì có bán kính quỹ đạo

A. 20 cm. B. 21 cm. C. 22 cm. D. 200/11 cm.

Câu 18: Cho véc tơ pháp tuyến của diện tích vuông góc với các đường sức từ thì khi độ lớn cảm ứng từ tăng 2 lần, từ thông

A. bằng 0. B. tăng 2 lần. C. tăng 4 lần. D. giảm 2 lần.

Câu 19: Một khung dây dẫn hình vuông cạnh 20 cm nằm trong từ trường đều độ lớn B = 1,2 T sao cho các đường sức vuông góc với mặt khung dây. Từ thông qua khung dây đó là

A. 0,048 Wb. B. 24 Wb. C. 480 Wb. D. 0 Wb.

Câu 20: Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với

A. tốc độ biến thiên từ thông qua mạch ấy. B. độ lớn từ thông qua mạch.

C. điện trở của mạch. D. diện tích của mạch.