Giải bài tập SGK Vật lý 11 Bài 20: Lực từ - Cảm ứng từ

Phát biểu các định nghĩa:

a) Từ trường đều.

b) Lực từ.

c) Cảm ứng từ.

Phương pháp giải

- Từ trường đều: Là từ trường có các đường sức từ ...

- Lực từ: 

+ Biểu thị bằng vecto lực từ \(\overrightarrow F \)

+ Công thức tính: F = I.B.l.sinα

- Cảm ứng từ: 

+ Biểu thị bằng vecto cảm ứng từ \(\overrightarrow B \)

+ Công thức tính: \(B = \frac{F}{{I.l}}\)

Hướng dẫn giải

a) Từ trường đều

Là từ trường có các đường sức từ là những đường thẳng song song, cùng chiều và cách đều nhau.

b) Lực từ

- Vecto lực từ \(\overrightarrow F \) là lực tác dụng nên một dòng điện hay một phần tử dòng điện đặt trong từ trường.

- Vecto lực từ \(\overrightarrow F \) tác dụng nên phần tử dòng điện I.\(\overrightarrow l \)  khi đặt trong từ trường đều, tại đó có cảm ứng từ \(\overrightarrow B \) được xác định: 

+ Điểm đặt: Tại trung điểm của M₁M₂

+ Phương: vuông góc với l.\(\overrightarrow l \) và \(\overrightarrow B \)

+ Chiều: tuân theo quy tắc bàn tay trái “để bàn tay trái sao cho \(\overrightarrow B \) hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa là chiều dòng điện I.\(\overrightarrow l \)khi đó chiều ngón cái choãi ra chỉ chiều của \(\overrightarrow F \)”.

+ Độ lớn: F = I.B.l.sinα (trong đó α là góc hợp bởi \(\overrightarrow B \) và l.\(\overrightarrow l\))

c) Cảm ứng từ

Vectơ cảm ứng từ đặc trưng cho từ trường tại một điểm – ký hiệu \(\overrightarrow B \) được xác định bởi:

- Hướng: trùng với hướng của từ trường tại điểm đó

- Độ lớn:  \(% MathType!MTEF!2!1!+- % feaahqart1ev3aqatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn % hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr % 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9 % vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-x % fr-xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaGaamOqaiabg2 % da9maalaaabaGaamOraaqaaiaadMeacaGGUaGaamiBaaaaaaa!3B0D! B = \frac{F}{{I.l}}\)\(B = \frac{F}{{I.l}}\)

Trong đó F: độ lớn của lực từ tác dụng nên phần tử dòng điện có độ dài l, cường độ dòng điện I đặt vuông góc với hướng của từ trường tại điểm đó.

- Đơn vị cảm ứng: Tesla (T) (1T = 1N/(A.m))

Phát biểu định nghĩa đơn vị Tesla.

Phương pháp giải

- Tesla là đơn bị tính của cảm ứng từ \(\overrightarrow B \)

- Công thức: \(1T = \frac{{1N}}{{1A.1m}}\)

Hướng dẫn giải

- Tesla là cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường khi đặt một dây dẫn có chiều dài l = 1m vuông góc với \(\overrightarrow B \), cho dòng điện 1A chạy qua thì lực từ tác dụng lên dây là 1N.

- Công thức: \(1T = \frac{{1N}}{{1A.1m}}\)

So sánh lực điện và lực từ.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được định nghĩa, đặc điểm của lực từ và lực điện.

Hướng dẫn giải

- Lực từ: 

+ Tác dụng lên phần tử dòng điện.

+ Phụ thuộc chiều dòng điện.

+ Luôn vuông góc với phần tử dòng điện và từ trường.

- Lực điện: 

+ Tác dụng lên hai hạt mang điện.

+ Phụ thuộc dấu điện tích.

+ Cùng phương với điện trường.

Phát biểu nào dưới đây sai?

Lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện

A. vuông góc với phần tử dòng điện.

B. cùng hướng với từ trường.

C. tỉ lệ với cường độ dòng điện.

D. tỉ lệ với cảm ứng từ.

Phương pháp giải

Ta có nhận xét SGK:

" Hướng của dòng điện, từ trường và lực từ tạo thành một tam diện thuận."

Hướng dẫn giải

- Lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện luôn vuông góc với vectơ cảm ứng từ B => câu sai B.

- Chọn đáp án B.

Phát biểu nào dưới đây là đúng?

Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường

A. vuông góc với đường sức từ.

B. nằm theo hướng của đường sức từ.

C. nằm theo hướng của lực từ.

D. không có hướng xác định.

Phương pháp giải

Vectơ cảm ứng từ tại một điểm:

Có hướng trùng với hướng của từ trường tại điểm đó.

Hướng dẫn giải

- Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường nằm theo hướng của đường sức từ.

- Chọn đáp án B.

Phần tử dòng điện I.\(\overrightarrow l\) nằm trong từ trường đều có các đường sức từ thẳng đứng. Phải đặt I.\(\overrightarrow l\) như nào để cho lực từ

a) nằm ngang?

b) bằng không?

Phương pháp giải

Áp dụng quy tắc bàn tay trái để xác định hướng của phần tử dòng điện I.\(\overrightarrow l\) :

" Để bàn tay trái sao cho \(\overrightarrow B\) hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa là chiều \(\overrightarrow l\), khi đó, ngón cái choãi ra chỉ chiều dòng của \(\overrightarrow F\)."

Hướng dẫn giải

a) Phải đặt I.\(\overrightarrow l\) vuông góc với mặt phẳng hình vẽ.

Ví dụ như hình vẽ dưới:

b) Phải đặt I. \(\overrightarrow l\) song song với các đường sức từ.

Phần tử dòng điện I.\(\overrightarrow l\)được treo nằm ngang trong một từ trường đều. Hướng và độ lớn của cảm ứng từ \(\overrightarrow B\) phải như thế nào để lực từ cân bằng với trọng lực m.g của phần tử dòng điện?

Phương pháp giải

Áp dụng quy tắc bàn tay trái để xác định hướng của cảm ứng từ \(\overrightarrow B\):

Để bàn tay trái sao cho \(\overrightarrow B\) hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa là chiều \(\overrightarrow l\), khi đó, ngón cái choãi ra chỉ chiều dòng của \(\overrightarrow F\).

Hướng dẫn giải

- Lực từ cân bằng với trọng lực của phần tử dòng điện có nghĩa là lực từ có phương thẳng đứng và hướng lên.

- Ví dụ như hình vẽ: 

- Theo quy tắc bàn tay trái, xác định được vectơ cảm ứng từ \(\overrightarrow B\) có:

+ Phương: nằm ngang sao cho:

góc α = (\(\overrightarrow B\), \(\overrightarrow l\)) ≠ 0 và 180^o.

+ Chiều: tuân theo quy tắc bàn tay trái.

+ Độ lớn: 

 \(B = \frac{F}{{I.l.\sin \alpha }} = \frac{{mg}}{{I.l.\sin \alpha }}\)