Bài 20. Bài tập về từ trường trang 86, 87, 88 Vật Lí 12 Kết nối tri thức

CHMĐ

Trả lời câu hỏi mở đầu trang 86 SGK Vật lí 12 Kết nối tri thức

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

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về từ trường

Lời giải chi tiết:

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

- Khái niệm:

+ Từ trường: Là môi trường từ được tạo ra bởi các hạt mang điện chuyển động (dòng điện, nam châm) và tác dụng lực từ lên các vật liệu từ đặt trong nó.

+ Cảm ứng từ: Là đại lượng đặc trưng cho từ trường tại một điểm, biểu thị bằng vectơ \(\overrightarrow B \)

+ Đường sức từ: Là những đường cong vẽ trong không gian, tại mỗi điểm trên đường sức từ, vectơ cảm ứng từ có giá trị và hướng trùng với hướng của tiếp tuyến tại điểm đó.

- Định luật Biot - Savart: Dùng để tính cảm ứng từ tại một điểm do một đoạn dây dẫn mang dòng điện gây ra.

- Định luật Ampere: Dùng để tính cảm ứng từ tại một điểm do một vòng dây dẫn mang dòng điện gây ra.

- Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện: Dùng để tính lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường.

- Nguyên lý chồng chất từ trường: Dùng để tính cảm ứng từ tại một điểm do nhiều nguồn từ trường gây ra.

…

Bài 1

Trả lời câu hỏi bài 1 trang 88 SGK Vật lí 12 Kết nối tri thức

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.

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết về từ trường

Lời giải chi tiết:

- Khi đặt 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, lực từ tác dụng lên mỗi cạnh của khung dây không vuông góc với cạnh đó.

- Theo quy tắc bàn tay trái, lực từ tác dụng lên hai cạnh AB và CD có xu hướng kéo khung dây quay theo chiều kim đồng hồ.

- Lực từ tác dụng lên hai cạnh AD và BC có xu hướng đẩy khung dây quay theo chiều kim đồng hồ.

- Do đó, lực từ tổng hợp tác dụng lên khung dây làm khung dây quay.

Đáp án B

Bài 2

Trả lời câu hỏi bài 2 trang 88 SGK Vật lí 12 Kết nối tri thức

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.

Phương pháp giải:

Vận dụng quy tắc bàn tay phải

Lời giải chi tiết:

Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây sẽ có chiều từ B → C → D → A

Bài 3

Trả lời câu hỏi bài 3 trang 88 SGK Vật lí 12 Kết nối tri thức

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 \(\overrightarrow B \) một góc α = 30°. Tính từ thông qua S.

Phương pháp giải:

Vận dụng công thức tính từ thông

Lời giải chi tiết:

\(\phi  = NBS\cos \alpha  = 1.0,1.0,04.\cos 60^\circ  = 0,002Wb\)

Bài 4

Trả lời câu hỏi bài 4 trang 88 SGK Vật lí 12 Kết nối tri thức

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 \(\overrightarrow B \)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.

Phương pháp giải:

Vận dụng lí thuyết về lực từ

Lời giải chi tiết:

a) Sử dụng cân điện tử để xác định lực từ:

- Cân điện tử có thể đo được trọng lượng của vật đặt trên nó.

- Khi không có dòng điện chạy qua dây dẫn, cân điện tử chỉ đo được trọng lượng của dây dẫn và giá đỡ.

- Khi có dòng điện chạy qua dây dẫn, lực từ tác dụng lên dây dẫn sẽ làm tăng trọng lượng của hệ thống dây dẫn + giá đỡ.

- Độ tăng trọng lượng này chính là độ lớn của lực từ tác dụng lên dây dẫn.

b) \(F = BIL\sin \alpha  \Rightarrow B = \frac{F}{{IL\sin \alpha }} = \frac{F}{{IL}} = \frac{{\overline F }}{{\overline I .\overline L }} = \frac{{0,035}}{{8,85.0,010}} = 0,395T\)