VnHocTap.com giới thiệu đến các em học sinh lớp 11 bài viết Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường, nhằm giúp các em học tốt chương trình Vật lí 11.
Nội dung bài viết Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường: DẠNG 1. LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN ĐOẠN DÂY DẪN MANG DÒNG ĐIỆN ĐẶT TRONG TỪ TRƯỜNG 1. Phương pháp chung – Xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây. – Xác định các lực khác tác dụng lên đoạn dây. – Áp dụng định luật II Newton. 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Đoạn dây dẫn chiều dài có dòng điện I chạy qua đặt trong từ trường đều B. Cho biết Tìm hướng và độ lớn của B hợp với I góc 30° độ lớn bất kì. Lời giải Đoạn dây dẫn chiều dài có dòng điện I chạy qua đặt trong từ trường đều B, ta có Lực từ tác dụng lên đoạn dây là Đáp án A. Cường độ dòng điện là Cảm ứng từ có độ lớn là hướng dọc theo dây, độ lớn bất kì. Đáp án D. Ví dụ 2: Một đoạn dây dẫn thẳng MN dài 6 [cm] có dòng điện I = 5 [A] đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,5 [T]. Lực từ tác dụng lên đoạn dây có độ lớn F [N]. Tính góc α hợp bởi dây MN và đường cảm ứng từ? Lời giải Góc α hợp bởi dây MN và đường cảm ứng từ là Đáp án A.Ví dụ 3: Một đoạn dây dẫn dài 20 cm, có dòng điện 0,5 A chạy qua đặt trong từ trường đều có B = 0,02T. Biết đường sức từ vuông góc với dây dẫn và đều nằm trong mặt phẳng ngang. Lực từ tác dụng lên dây có độ lớn và phương như thế nào? A. F có phương thẳng đứng, có độ lớn 3N. B. F có phương thẳng đứng, có độ lớn 3N. C. F có phương nằm ngang, có độ lớn 3N. D. F có phương nằm ngang, có độ lớn 4N. Lời giải Lực từ tác dụng lên dây F có phương thẳng đứng. Đáp án A. Ví dụ 4: Một khung dây cường độ 0,5 A hình vuông cạnh a = 20 cm. Từ trường có độ lớn 0,15 T có phương vuông góc với mặt phẳng khung dây, có chiều từ ngoài vào trong. Vẽ hình, xác định lực và độ lớn của các lực từ tác dụng lên các cạnh A. lực từ qua các cạnh đều bằng nhau và bằng 0,015 N. B. lực từ qua các cạnh đều bằng nhau và bằng 0,025 N. C. lực từ qua các cạnh đều bằng nhau và bằng 0,03 N. D. lực từ qua các cạnh đều bằng nhau và bằng 0,045 N. Lời giải + Vì khung dây là hình vuông và từ trường có phương vuông góc với mặt phẳng khung dây nên lực từ qua các cạnh đều bằng nhau Đáp án A. Ví dụ 5: Một dây dẫn MN có chiều dài khối lượng của một đơn vị dài của dây là D = 0,04 kg m. Dây được treo bằng hai dây dẫn nhẹ thẳng đứng và đặt trong từ trường đều có B = 0,04 T. Cho dòng điện I qua dây. a] Xác định chiều và độ lớn của I để lực căng của các dây treo bằng 0. A. Cường độ dòng điện I phải có hướng từ N đến M, độ lớn I = 10 A. B. Cường độ dòng điện I phải có hướng từ M đến N, độ lớn I = 10 A. C. Cường độ dòng điện I phải có hướng từ N đến M, độ lớn I = 1 A. D. Cường độ dòng điện I phải có hướng từ M đến N, độ lớn I = 1 A. b] Cho MN 25 cm có chiều từ N đến M. Tính lực căng của mỗi dây. Lời giải a] + Để lực căng dây treo bằng không thì trọng lực và lực từ lên dây dẫn thẳng MN phải bằng nhau và lực từ phải hướng lên trên, theo quy tắc bàn tay trái thì cường độ dòng điện I phải có hướng từ M đến N. Đáp án B. b] + Lực từ tác dụng lên MN: F BI 0,16 α N. + Vì chiều dòng điện từ N đến M nên theo quy tắc bàn tay trái thì lực F sẽ hướng xuống và cùng chiều với P + Khi MN nằm cân bằng thì: F chiếu lên phương của trọng lực P ta được N Đáp án C. Ví dụ 6: Đoạn dây dẫn MN có chiều dài l = 20 cm, khối lượng m = 10 g được treo nằm ngang bằng hai dây mảnh AM, BN. Thanh MN đặt trong từ trường đều B thẳng đứng hướng lên với B = 0,5 T. Khi cho dòng điện I chạy qua, đoạn dây MN dịch chuyển đến vị trí cân bằng mới, lúc đó hai dây treo AM, BN hợp với phương đứng một góc α = 30. Xác định I và lực căng dây treo. Lấy g. A. Cường độ dòng điện I = A, lực căng dây 3 30 T = N. B. Cường độ dòng điện 2 3 I = A, lực căng dây 3 15 T = N. C. Cường độ dòng điện 1 3 I = A, lực căng dây 3 15 T = N. D. Cường độ dòng điện 2 3 I = A, lực căng dây 3 30 T = N.
Lời giải + Các lực tác dụng lên đoạn dây MN, PF và lực căng dây T + Theo quy tắc bàn tay trái ta được F có hướng sang ngang và vuông góc với trọng lực P + Đoạn dây MN nằm cân bằng nên PF T + Hơn nữa khi xét mặt cắt ngang của đoạn dây thì tan α Đáp án A. Ví dụ 7: Giữa hai cực của một nam châm hình móng ngựa có một điện trường đều. B thẳng đứng, B = 0,5 T. Người ta treo một dây dẫn thẳng chiều dài 5 cm, khối lượng 5 g nằm ngang trong từ trường bằng hai dây dẫn mảnh nhẹ. Tìm góc lệch của dây treo so với phương thẳng đứng khi cho dòng điện I = 2 A chạy qua dây. Cho g = 10 2 m s. Lời giải + Theo quy tắc bàn tay trái ta được F có hướng sang ngang và vuông góc với trọng lực P + Góc lệch của dây treo so với phương thẳng đứng là do hợp lực của P và F gây ra Đáp án C. Ví dụ 8: Một dây dẫn được uốn gập thành một khung dây có dạng tam giác vuông AMN như hình, đặt khung dây vào từ trường đều B như hình. Coi khung dây nằm cố định trong mặt phẳng hình vẽ. Xác định vectơ lực từ tác dụng lên các cạnh tam giác. Cho AM = 8 cm, AN = 6 cm. Lời giải + Lực từ tác dụng lên cạnh NA bằng 0 vì NA B + Lực từ tác dụng lên cạnh AM có điểm đặt tại trung điểm AM và theo quy tắc bàn tay trái nó có hướng từ ngoài vào trong và có độ lớn: + Lực từ tác dụng lên cạnh MN có điểm đặt tại trung điểm MN và theo quy tắc bàn tay trái nó có hướng từ trong ra ngoài và có độ lớn: Đáp án A.
Trong bài này, HocThatGioi sẽ chia sẻ cho các bạn về Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện – Cách giải và bài tập áp dụng. Bài viết sẽ giúp ta biết được cách giải dạng bài tập xác định lực từ do từ trường gây ra cho một đoạn dây mang dòng điện, và cũng sẽ có những bài tập giúp ta rèn luyện về dạng này tốt hơn. Bây giờ hãy cùng HocThatGioi đi vào bài học nào!
Đầu tiên chúng ta cần tìm hiểu về lực từ là gì?
Lực từ là lực của từ trường tác dụng lên một vật mang hạt điện tích chuyển động [khung dây, đoạn dây, vòng dây tròn có điện…]
Chú ý: Trong kiến thức phổ thông chúng ta chỉ xét đến lực từ trong trường hợp vật bị tác động bởi từ trường đều. Nên khi ta nhắc đến từ trường và lực từ đều được hiểu là từ trường đều và lực từ được sinh ra bởi từ tường đều.
Trong đó từ trường đều là từ trường mà đặc tính của nó giống nhau, các đường sức từ là những đường thẳng song song cùng chiều và cách đều nhau.
Giả sử đặt một đoạn dây dẫn mang dòng điện I [A] có chiều dài l vào trong một từ trường đều có cảm ứng từ B [Tesla] thì
Lực từ \vec{F} do từ trường đều tác dụng lên đoạn dây có:
- Điểm đặt: trung điểm của đoạn dây
- Phương: Vuông góc với mặt phẳng giữa [\vec{B},\vec{l}]
- Chiều: được xác định theo quy tắc bàn tay trái
- Độ lớn: được xác định theo công thức
Công thức tính độ lớn lực từ do từ trường tác dụng lên đoạn dây:
Công thức tính lực từ
F=I.B.l.sin \alpha
Trong đó:
F là độ lớn lực từ do từ trường tác dụng lên đoạn dây
B là độ lớn cảm ứng từ
l là chiều dài của đoạn dây
\alpha là góc hợp bởi \vec{B} và \vec{I}
Lưu ý: Khi đường sức và dòng điện cùng phương thì F=0
Khi đường sức và dòng điện vuông góc thì lực từ đạt giá trị cực đại F=F_{max}=I.B.l
Quy tắc bàn tay trái:
Quy tắc bàn tay trái được phát biểu như sau: Đặt bàn tay trái duỗi thẳng sao cho chiều của các đường cảm ứng từ xuyên qua lòng bàn tay. Và chiều từ cổ tay đến ngón tay trùng với chiều của dòng điện. Khi đó ngón tay cái choãi ra 90^{\circ} chỉ chiều của lực F tác dụng lên đoạn dây dẫn.
Sau đây là ví dụ minh họa về dạng bài tính lực từ do từ trường tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện
Một đoạn dây dẫn dài 5cm đặt trong từ trường đều và vuông góc với vectơ cảm ứng từ \vec{B} [Hình 1] . Dòng điện chạy qua dây có cường độ I=0,75A. Xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây. Biết cảm ứng từ của từ trường đó có độ lớn 0,8T
Đầu tiên ta cần xác định điểm đặt, phương, chiều và độ lớn của \vec{F} Ta có: Điểm đặt chính là trung điểm của đoạn dây
Phương vuông góc với mặt phẳng giữa [\vec{B},\vec{l}]
Dựa vào quy tắc bàn tay trái ta xác định được chiều của \vec{F} như hình bên dưới Sau đó ta sẽ đi tính độ lớn của lực từ:
Ta có: 5cm=0,05m
Theo đề ta có \vec{B} vuông góc với \vec{I}
\to \alpha=90^{\circ} Ta có công thức tính độ lớn lực từ tác dụng lên đoạn dây:
F=I.B.l.sin \alpha =0,75.0,8.0.05.sin[90]=0,03 N
Vậy lực từ tác dụng lên đoạn dây có độ lớn là F=0,03N và có chiều như hình vẽ dưới đây
Sau đây là những bài tập tương tự giúp các bạn rèn luyện thêm về dạng bài này:
Bài 1: Một đoạn dây dẫn dài 10cm đặt trong từ trường đều và hợp với vectơ cảm ứng từ \vec{B} một góc 30^{\circ} . Dòng điện chạy qua dây có cường độ I=2A. Xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây. Biết cảm ứng từ của từ trường đó có độ lớn 4.75 T
Bài 2: Một dòng điện có cường độ 2A nằm vuông góc với các đường sức của một điện trường đều. Cho biết lực từ tác dụng lên 20cm, của đoạn dây ấy là 0,04N. Độ lớn của cảm ứng từ là bào nhiêu?
Bài 3: Một đoạn dây dẫn dài 7,5cm đặt trong từ trường đều và hợp với vectơ cảm ứng từ \vec{B} một góc 60^{\circ} . Dòng điện chạy qua dây có cường độ I=3,75A.Cảm ứng từ của từ trường đó có độ lớn 3,05 T.Xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây.
Câu 4: Một dây dẫn mang dòng điện có cường độ 6A nằm vuông góc với đường sức của một từ trường đều. Cảm ứng từ có độ lớn bằng 0,02T. Lực từ tác dụng lên 30cm chiều dài của dây dẫn có độ lớn bằng bao nhiêu?
Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết của HocThatGioi về Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện – Cách giải và bài tập áp dụng. Nếu các bạn thấy hay và bổ ích, hãy chia sẻ cho bạn bè của mình để cùng nhau học thật giỏi nhá. Đừng quên để lại 1 like, 1 cmt để tạo động lực cho HocThatGioi và giúp HocThatGioi ngày càng phát triển hơn nhé! Chúc các bạn học thật tốt!
Bài viết khác liên quan đến Từ trường