Lý thuyết và bài tập vật lý 11 chương 4 và 5 điện từ học

I. NAM CHÂM 1. Nam châm là các vật có khả năng hút được sắt vụn. Vật liệu dùng để làm nam châm thường là sắt, niken, côban, mangan…. 2. Mỗi nam châm bao giờ cũng có hai cực được gọi là cực Nam (S) và cực Bắc (N). 3. Hai cực của hai nam châm đặt gần nhau sẽ …………………………….. khi chúng cùng tên và ………………………….. khi chúng khác tên.

TRƯỜNG THPT TRẦN KHAI NGUYÊN

“Trên bước đường thành công,

không có dấu chân của những người lười biếng.”

- Lỗ Tấn -

“Đừng xấu hổ khi không biết, chỉ xấu hổ khi không học.”

- Ngạn ngữ Nga -

Chương IV: TỪ TRƯỜNG Bài 19: TỪ TRƯỜNG

I NAM CHÂM

1 Nam châm là các vật có khả năng hút được sắt vụn Vật liệu dùng để làm nam châm thường là sắt, niken, côban, mangan…

2 Mỗi nam châm bao giờ cũng có hai cực được gọi là cực Nam (S) và cực Bắc (N)

3 Hai cực của hai nam châm đặt gần nhau sẽ ……… khi chúng cùng tên và

……… khi chúng khác tên

II TỪ TÍNH CỦA DÂY DẪN CÓ DÒNG ĐIỆN

1 Tuơng tác giữa hai dòng điện

Hai dây dẫn song song có các dòng điện I1, I2:

2 Lực từ : Lực tương tác giữa ……… , giữa ……… , giữa

điểm đó Hướng của từ trường tại là hướng ……… của kim nam châm nằm cân bằng tại đó

IV ĐƯỜNG SỨC TỪ

1 Định nghĩa: Đường sức từ là những đường vẽ ở trong không gian có ………., sao cho

……… tại mỗi điểm có hướng …………với hướng của từ trường tại điểm đó

2 Các ví dụ về đường sức từ

Dùng mạt sắt để tạo từ phổ và kim nam châm thử để xác định chiều của đường sức từ ta được hình dạng đường sức từ của của từ trường do dòng điện gây ra như sau:

2

3 Các tính chất của đường sức từ

 Chiều của các đường sức từ tuân theo những quy tắc xác định (quy tắc ………, quy tắc

……….)

 Người ta quy ước vẽ các đường sức từ sao cho chỗ nào từ trường mạnh thì các đường sức ………

và chỗ nào từ trường yếu thì các đường sức từ ………

- Đơn vị cảm ứng từ là ………

2 Vectơ cảm ứng từ

Vectơ cảm ứng từ tại một điểm :

- Có hướng ……… với hướng của từ trường tại điểm đó;

- Có độ lớn là :………

II LỰC TỪ

1 Từ trường đều

của nó ………tại mọi điểm

2 Xác định lực từ do từ trường đều tác dụng lên một đoạn dây dẫn có dòng điện

- Điểm đặt: ………

- Phương: ………

- Chiều: tuân theo qui tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ

……… vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay trùng với ………, thì ngón tay cái ……… chỉ chiều của ……… tác dụng lên dòng điện

- Độ lớn:

:: g

Bài 21: TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG CÁC DÂY DẪN CÓ HÌNH DẠNG ĐẶC BIỆT

hình dạng nhất định:

- Tỉ lệ với ……… gây ra từ trường;

- Phụ thuộc vào ……… của dây dẫn;

- Phụ thuộc vào ……… của điểm M;

- Phụ thuộc vào ……… xung quanh

I TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN THẲNG DÀI

1 Đường sức từ : Từ trường do dòng điện thẳng gây ra với đường sức từ có :

Chiều được xác định bởi quy tắc nắm tay phải: Để bàn tay phải sao cho ngón

cái nằm ……… dây dẫn và chỉ theo chiều ………, khi đó các ngón

……… lại cho ta chiều của các đường sức từ

F

B

I



: cường độ dòng điện (A).

r : khoảng cách từ M tới dây dẫn (m)

B : cảm ứng từ (T)

II TỪ TRƯỜNG CỦA DỊNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN UỐN THÀNH VỊNG TRỊN

1 Đường sức từ : Từ trường do dịng điện trong dây dẫn trịn gây ra với đường sức từ cĩ:

Hình dạng là những ………., càng gần tâm O độ cong càng giảm, tại tâm O đường sức là đường thẳng trùng với trục của vịng trịn

Chiều của đường sức từ đi vào mặt ……… và đi ra mặt ………… của dịng điện trịn (hoặc xác định theo quy tắc nắm bàn tay phải) Trong đĩ :

 Mặt Nam của dịng điện trịn là mặt khi nhìn vào ta thấy dịng điện chạy ……… …….kim đồng hồ

 Mặt Bắc của dịng điện trịn là mặt khi nhìn vào ta thấy dịng điện chạy ……… kim đồng hồ

2 Cơng thức

Độ lớn của cảm ứng từ B của dịng điện chạy trong dây dẫn trịn gây ra tại tâm O :

Nếu khung dây trịn dẹt cĩ N vịng dây: ………

III TỪ TRƯỜNG CỦA DỊNG ĐIỆN CHẠY TRONG ỐNG DÂY DẪN HÌNH TRỤ

1 Đường sức từ : Từ trường do dịng điện trong ống dây dẫn hình trụ gây ra với đường sức từ cĩ: Hình dạng như hình vẽ, bên trong ống dây đường sức là những đường

thẳng ……… với trục của ống dây và cách đều nhau (từ trường……….)

Bên ngồi ống dây, giống đường sức từ bên ngồi của một nam châm

thẳng

Chiều của đường sức từ được xác định bởi quy tắc nắm bàn tay phải

“ Đặt nắm bàn tay phải ……… trục ……… với mặt phẳng khung dây, chiều 4 ngĩn khum theo chiều dịng điện trong khung, khi đĩ chiều ………… ……… là chiều của các đường sức từ.”

mặt Nam mặt Bắc

I

I

I

2 Cơng thức

Độ lớn của cảm ứng từ B của dịng điện chạy trong dây dẫn trịn gây ra tại một điểm bên trong ống dây :

: chiều dài ống dây (m)







IV TỪ TRƯỜNG CỦA NHIỀU DỊNG ĐIỆN

Từ trường do nhiều dịng điện gây ra tuân theo nguyên lý chồng chất : Vectơ cảm ứng từ tại một điểm do nhiều dịng điện gây ra bằng tổng các vectơ cảm ứng từ do từng dịng điện gây ra tại điểm ấy

1 Định nghĩa lực Lo-ren-xơ (Lorentz)

Lực Lo-ren-xơ là lực từ tác dụng lên hạt điện tích trong một từ trường theo phương

………

2 Xác định lực Lo-ren-xơ

 Phương: với v và B

vào lịng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngĩn tay chiều v

, thì ngĩn tay cái chỗi ra 90 0 chỉ chiều của tác dụng lên hạt mang điện

và ngược lại khi hạt mang điện âm

Vậy lực Lorenxơ khơng làm thay đổi độ lớn vận tốc của hạt

2 Chuyển động của hạt điện tích trong từ trường đều:

với vận tốc ban đầu v0

của hạt vuơng gĩc với từ trường

Lực Lorentz là lực hướng tâm :

2

mv

f q vBR

 

thì chuyển động trịn đều với bán kính

với

Lực Lo-ren-xơ cĩ nhiều ứng dụng trong khoa học và cơng nghệ : đo lường điện từ, ống phĩng điện

từ trong truyền hình, khối phổ kế, các máy gia tốc,

CHƯƠNG V: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Bài 23: TỪ THƠNG – CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

I TỪ THƠNG

Gọi  là gĩc tạo bởi vectơ pháp tuyến n

B

(C)tíchđiện :q

(m/s)tốcvận :v

(kg)tíchđiệnlượng khối: m

Lưu ý:

- Từ thông một đại lượng ………

sao cho  là góc nhọn, khi đó  > 0

Một mạch kín (C) hai đầu nối vào điện kế G, đặt (C) vào trong từ trường

của một nam châm SN Ta thấy kim điện kế cho biết có dòng điện chạy trong (C)

khi :

Dòng điện trong (C) tắt khi dừng các thay đổi trên, dòng điện trong (C) đổi chiều khi các thay đổi trên đổi chiều

2 Kết luận

Mỗi khi từ thông qua mạch kín ……… thì trong mạch kín xuất hiện một dòng điện gọi là

……… Hiện tượng xuất hiện ……… ứng gọi là hiện tượng ………

Hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ tồn tại trong khoảng thời gian từ thông qua mạch kín ……… III ĐỊNH LUẬT LEN-XƠ (LENZ) VỀ CHIỀU DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG

8

 chiều của Ic

 chiều của Ic

IV DÒNG ĐIỆN FU-CÔ (FOUCAULT)

1 Định nghĩa

Dòng điện Fu-cô là dòng ……… cũng xuất hiện trong các ……… khi những khối này

……… trong một từ trường hoặc được đặt trong một từ trường ……… theo thời gian

2 Thí nghiệm

Một đĩa kim loại nhôm ở giữa hai cực của một nam châm điện Đĩa được treo một đầu cố định, cho đĩa dao động giữa hai cực của nam châm điện Nếu có dòng điện đi vào nam châm điện, đĩa bị hãm dừng lại nhanh hơn

Giải thích : Đĩa kim loại chuyển động trong từ trường thì trong đĩa xuất hiện dòng điện Fu-cô Theo định luật Len-xơ, lực từ tác dụng lên dòng điện Fu-cô luôn chống lại chuyển động của đĩa làm cho đĩa bị hãm và dừng lại Lực từ có tác dụng cản trở chuyển động gọi là lực hãm điện từ

3 Công dụng của dòng điện Fu-cô

được thay bằng một khối nhiều lá kim loại xếp liền nhau, cách điện đối với nhau

Bài 24: SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG

I SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRONG MẠCH KÍN

II CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

Bản chất của hiện tượng cảm ứng điện từ là quá trình chuyển hóa cơ năng thành điện năng

t





……… với

2

N

)

: số vòng dây

: chiều dài ống dây (m)

S : tiết diên ống dây (m

II HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM

1 Định nghĩa

Hiện tượng tự cảm là hiện tượng xảy ra trong một mạch cĩ dịng điện

mà sự biến thiên qua mạch được gây ra bởi sự biến thiên của trong mạch

2 Một số thí nghiệm về hiện tượng tự cảm

a Thí nghiệm 1

Trong mạch điện vẽ trên Hình 25.2, hai đèn 1 và 2 giống nhau; điện trở R và ống

dây tự cảm L cĩ cùng giá trị điện trở Khi đĩng khĩa K, đèn 1 sáng lên ngay cịn đèn 2

sáng lên từ từ

Giải thích: Khi đĩng khĩa K, dịng điện qua ống dây và đèn 2 tăng lên đột ngột, khi đĩ trong ống dây xảy ra hiện tượng tự cảm cản trở sự tăng của dịng điện qua L Do đĩ dịng điện qua L và qua đèn 2

tăng lên từ từ

10

b Thí nghiệm 2

Trong mạch điện vẽ trên Hình 25.3, điều chỉnh biến trở R để độ sáng của đèn yếu,

vừa đủ để trông rõ được sợi dây tóc Nếu đột ngột ngắt khóa K, ta thấy đèn sáng bừng lên

trước khi tắt

tự cảm rong ống dây xuất hiện dòng điện cảm ứng chạy qua đèn làm cho đèn sáng bừng lên trước khi tắt III SUẤT ĐIỆN ĐỘNG TỰ CẢM

1 Khi có hiện tượng tự cảm xảy ra trong một mạch điện thì xuất hiện suất điện động tự cảm

Etc = –LSuất điện động tự cảm có độ lớn với tốc độ của cường độ dòng điện trong mạch

2 Năng lượng từ trường của ống dây tự cảm (đọc thêm)

Năng lượng từ trường trong ống dây khi có dòng điện chạy qua

CHỦ ĐỀ 1: Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện

1.1 Xác định hướng của lực từ tác dụng lên dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường trong các hình sau :

1.2 Đoạn dây dẫn chiều dài  có dòng điện I đặt trong từ trường như các hình vẽ sau :

b đứng, B = 0,03T ; ℓ = 10cm; F = 6.10-3 N Tìm I và phương, chiều của

ĐS : a) F = 10-3N ; b) I = 2A ; c) 0,02 T

1.3 Vẽ và tính lực từ tác dụng vào đoạn dây dẫn có chiều dài 10cm, cường độ dòng điện

trong dây là 5A đặt trong từ trường đều có B = 0,02T, phương vuông góc với mặt giấy

1.4 Đoạn dòng điện MN đặt trong từ trường đều như hình vẽ Đoạn

dòng điện và các đường sức từ đều nằm trong mặt phẳng hình vẽ

Cho biết cảm ứng từ bằng 0,5 T, MN dài 6 cm và cường độ dòng

điện qua MN bằng 5 A

Hãy dùng các kí hiệu và để chỉ chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện MN

Tính góc hợp bởi MN vàvectơ cảm ứng từ Cho biết lực từ tác dụng lên dòng điện bằng 0,075 N

ĐS : b 300

1.5 Một dây dẫn hình tam giác vuông KMN đặt trong một từ trường đều cùng

hướng với KN và B = 0,1T Cho KN = 12 cm, KM = 16 cm Dòng điện qua dây

có chiều như hình vẽ và I = 5 A Tính lực từ tác dụng lên các cạnh của tam giác

Vẽ hình

ĐS : 0 ; 0,08 N ; 0,08 N

1.6 Một thanh nhôm dài MN = 20 cm khối lượng 100 g trượt trên hai thanh ray nằm ngang song song đặt

sát của nhôm và thanh ray k = 0,4 Cho biết thanh nhôm chuyển động

1.9 Một đoạn dây đồng CD dài 20 (cm) , khối lượng 10 (g) được treo ở hai

đầu bằng hai sợi dây mềm cách điện sao cho đoạn dây CD nằm ngang

Đưa đoạn dây đồng vào trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,2 (T)

và các đường sức từ là những đường thẳng đứng Dây treo có thể chịu

đồng có cường độ lớn nhất bằng bao nhiêu để dây treo không bị đứt ?

Cho biết dòng điện có chiều đi vào mặt phẳng giấy, khối lượng của hai

1.10 Hai thanh ray nằm ngang song song và cách nhau ℓ = 10

thanh kim loại đặt trên ray và vuông góc với ray

Nối hai đầu thanh ray với nguồn điện có E = 12V; r = 1; điện trở thanh kim loại, ray và dây nối là

R = 5 Hỏi phải tác dụng lên thanh kim loại một lực thế nào để thanh đứng yên?

CHỦ ĐỀ 2: Từ trường của một số dòng điện có dạng đơn giản

2.1 Cho dòng điện cường độ 5 A chạy trong dây dẫn thẳng Tính và vẽ vectơ cảm ứng từ tại một điểm cách dây dẫn 10 cm

ĐS : 10-5 T

2.2 Dòng điện thẳng có cường độ I = 0,5(A) đặt trong không khí

a Tính cảm ứng từ tại điểm M cách dây dẫn 4(cm)

c Tìm những điểm tại đó cảm ứng từ lớn gấp đôi câu a; nhỏ bằng ½ câu a

2.3 Cho dòng điện cường độ 5 A chạy trong dây dẫn thẳng đặt vuông góc với mặt phẳng toạ độ Oxy có chiều hướng từ sau ra trước như hình vẽ Tính và vẽ cảm ứng từ tại những điểm M(6,8) ; N(-8,6), đơn

O

2.5 Một ống dây dài 40 cm có 800 vòng dây và điện trở R = 4 Ống dây mắc vào nguồn điện có r = 2 và

E = 3 V Tính cảm ứng từ bên trong ống dây

ĐS : 10-5 T

2.6 Hai dây dẫn thẳng dài đặt song song và vuông góc với mặt giấy có dòng

2.9 Một dây dẫn thẳng dài được uốn như hình vẽ Cho biết bán kính của vòng dây tròn là

2 cm, cường độ qua dây dẫn là 4 A Xác định vectơ cảm ứng từ tổng hợp tại tâm O do

dòng điện I gây ra

2.10 Hai dòng điện I1 = 3A, I2 = 2A chạy trong hai dây dẫn thẳng dài, song song cách nhau 50cm theo cùng



B

ĐS : Đường thẳng nằm trong mặt phẳng chứa hai dây dẫn, song song với hai dây dẫn và cách hai dây lần lượt là 30 cm và 20 cm

2.11 Hai vòng dây dẫn tròn có cùng bán kính 20 cm, dòng điện qua hai vòng dây là I1 =

đứng và nằm ngang (hình vẽ) Tính cảm ứng từ B tại tâm O của hai vòng dây và góc

14

f Xác định vị trí của điểm K nằm trên đường trung trực của AB để cảm ứng từ đạt giá trị cực đại Tính giá trị này

2.13 Cho ba dòng điện thẳng song song, vuông góc với mặt phẳng hình vẽ

Khoảng cách từ điểm M đến ba dòng điện được cho như hình vẽ Hãy xác định

cảm ứng từ tại M trong hai trường hợp:

b I1 hướng ra phía sau , I2 và I3 hướng ra phía trước

Cho I1 = I2 = I3 = 10 (A)

CHỦ ĐỀ 3: Lực Lorentz

3.1 Vẽ lực Lorentz tác dụng lên một điện tích q = -5.10-8C chuyển động trong từ trường đều B = 0,02 T với

3.2 Một electron bay vào trong từ trường đều có B =1,2.10-3 T Khi vào từ trường, vận tốc của electron là

Biết điện tích electron là –e = –1,6.10-19C

ĐS : F1 = 1,92 10-16 N

3.3 Một proton chuyển động theo một đường tròn đường kính 6,8 cm trong một từ trường đều có Bv

3.4 Một proton bay vào trong từ trường đều theo phương hợp với đường sức từ một góc 300 Biết B =

ĐS : 3,6.10-12 N

3.5 Một proton chuyển động theo một quỹ đạo tròn bán kính 5(cm) trong một từ trường đều B = 10-2 (T)

3.6 Một proton bay vào trong từ trường đều theo phương vuông góc với đường sức từ và tốc độ v = 5.102

= 1,9.10-19 C

a Tính lực Lorentz tác dụng vào prôtôn Vẽ hình lực tác dụng

b Tính bán kính quĩ đạo của prôtôn

c Tính số vòng quay của prôtôn trong một giây (tần số)

CHỦ ĐỀ 4: Từ thông – Hiện tượng cảm ứng điện từ - Suất điện động cảm ứng

4.1 Khung dây đồng ABCD hình chữ nhật có kích thước 5cm x 10cm đặt vào từ trường đều, có B = 0,2 T

a Thanh nam châm rơi lọt qua khung dây (hình 1)

b Tịnh tiến khung dây ra xa dây dẫn thẳng (hình 2)

c Biến trở R di chuyển theo chiều từ M sang N sang phải (h.3)

4.4 Xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong các thí nghiệm dưới đây :

a) Nam châm chuyển động tịnh tiến (Hình a)

16

4.5 Khung dây đồng hình vuông, cạnh a = 10 cm, đặt vào từ trường đều Vectơ cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng Trong khoảng thời gian t = 0,05 s, cho độ lớn của cảm ứng từ tăng đều từ 0 đến 0,5 T Tính độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây

ĐS : 0,1V

4.6 Khung dây đồng ABCD hình chữ nhật có kích thước 20cm x 10cm đặt vào từ trường đều, có B = 0,5 T

a Tính từ thông qua khung dây

b Cho từ trường giảm đều đến không trong thời gian 0,1s Tính suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung trong thời gian biến đổi

ĐS : 0,005 Wb ; 5.10-2 V

4.7 Một khung dây dẫn phẳng có 1000 vòng, bán kính cuộn dây là 0,1m Cuộn dây được đặt trong từ trường đều, pháp tuyến khung dây song song với đường sức từ Lúc đầu, cảm ứng từ có giá trị 0,2T Hãy tìm suất điện động cảm ứng từ trong cuộn dây nếu trong thời gian 0,1s

a Cảm ứng từ của từ trường tăng gấp đôi

b Cảm ứng từ của từ trường giảm đều đến 0

ĐS : 62,8 V ; 62,8 V

4.8 Khung dây đồng MNPQ phẳng diện tích 25 cm2, gồm 10 vòng dây Khung đặt trong từ trường đều như hình vẽ Cảm ứng từ biến thiên theo thời gian như hình vẽ

a Tính suất điện động cảm ứng trong khung dây từng giai đoạn

b Tìm chiều dòng điện cảm ứng trong khung

ĐS: 6,25.10-4 V ; 1,25.10-3 V

4.9 Một mạch kín hình vuông, cạnh 10cm, đặt vuông góc với một từ trường

đều có độ lớn thay đổi theo thời gian Tính tốc độ biến thiên của từ

trường, biết cường độ dòng điện cảm ứng i = 2A và điện trở của mạch

CHỦ ĐỀ 5: Hiện tượng tự cảm

5.1 Tính độ tự cảm của một ống dây hình trụ có chiều dài 0,5m gồm 1.000 vòng dây, mỗi vòng dây có

5.2 Suất điện động tự cảm 0,75V xuất hiện trong một cuộn cảm có L = 25mH; tại đó cường

độ dòng điện giảm từ giá trị ia xuống 0 trong 0,01s Tính ia

ĐS : 0,3 A