Phân loại các dạng bài tập chương từ trường. Các dạng có phương pháp giải, bài tập mẫu và bài tập tự giải để Học sinh rèn luyện. Đây là tài liệu bổ ích cho giáo viên và học sinh dùng để ôn tập kiến thức đã học.
Trang 1Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lí lớp 11.
Chương IV: Từ Trường Dạng 1: Xác định cảm ứng từ của từ trường do dòng điện gây ra.
Véc tơ cảm ứng từ do dòng điện gây ra tại một điểm là Brcó:
+ Điểm đặt: Tại điểm ta xét
+ Phương: tiếp tuyến với đường cảm ứng từ đi qua điểm ta xét
+ Chiều: cùng chiều với đường cảm ứng từ tại điểm ta xét
+ Độ lớn:
- Dây dẫn thẳng dài vô hạn: B 2.107 I
r
−
- Dòng điện hình tròn bán kính R: B 2 10 7 I
R
π −
- Ống dây dài: B=4 10π − 7n I
n = N
L : số vòng dây trên mỗi mét chiều dài, N tổng số vòng dây, L chiều dài ống
dây
I: cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn: A
Để xác định chiều cảm ứng từ ta dùng qui tắc nắm tay phải(cái đinh ốc)
Khi cho đường kính dây dẫn d và dây quấn sát nhau thì n 1
d
=
Bài toán mẫu
Bài 1: Một dây dẫn thẳng dài vô hạn có dòng điện 10 A chạy qua nó đặt trong không khí
a) Xác định cảm ứng từ do dòng điện gây ra tại điểm M cách dòng điện 20 cm
b) Xác định vị trí tại đó có cảm ứng từ do dòng điện gây ra là 2,5.10-5 T
Hướng dẫn giải:
a) giả sử dòng điện chạy trong dây dẫn như hình vẽ 4.1
Véc tơ cảm ứng từ do dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài gây ra
tại M là Brcó:
+ Điểm đặt: Tại điểm M
+ Phương: tiếp tuyến với đường cảm ứng từ đi qua điểm M
+ Chiều: cùng chiều với đường cảm ứng từ tại điểm M như hình vẽ
4.1
+ Độ lớn: 2.10 7 2.10 7 10 10 5
0, 2
I
r
b) Gọi x là khoảng cách từ điểm đến dây dẫn mà tại đó có B = 2,5.10-5 T
10
2,5.10
−
Vậy các điểm cách dây dẫn 8 cm là một hình trụ tròn bán kính 8 cm trục hình trụ là dây dẫn thì tại đó có B = 2,5.10-5 T
Bài 2: Một vòng dây tròn bán kính 5 cm đặt trong không khí.
a) Khi cho dòng điện 15A chạy qua vòng dây Tính cảm ứng từ do vòng dây gây ra tại tâm vòng dây?
b) Khi cảm ứng từ do vòng dây gây ra tại tâm là 5.10-4 T Tính cường độ dòng điện chạy qua vòng dây?
Hướng dẫn giải:
a) cảm ứng từ do vòng dây gây ra tại tâm vòng dây là
0,05
I
R
b) ta có B 2 10 7 I
R
π −
B R
−
M
Br
I
M
Hình 4.1
Trang 2Bài 3: Một ống dây dài 20 cm có 5000 vòng dây quấn đều theo chiều dài ống đặt trong không
khí
a) Khi cho dòng điện 0,5 A chạy qua thì cảm ứng từ trong lòng ống dây là bao nhiêu ?
b) Để cảm ứng từ trong lòng ống dây là 62,8 mT thì dòng điện chạy qua ống dây là bao
nhiêu ?
Hướng dẫn giải:
a) Cảm ứng từ do ống dây gây ra trong lòng ống dây
0, 2
N
L
b) ta có
3 7
62,8.10 0, 2
4 10 4 .10 5000
π
−
−
Bài 4: Người ta dùng 1 dây đồng có phủ 1 lớp sơn cách điện mỏng, quấn quanh 1 hình trụ dài
50 cm, đường kính d = 4cm để làm 1 ống dây
Hỏi nếu cho dòng điện cường độ I = 0,1 A vào ống dây thì cảm ứng từ trong ống dây là bao
nhiêu? Biết sợi dây làm ống dây dài l = 95 m và các vòng quấn sát nhau
Hướng dẫn giải:
Chiều dài của một vòng dây: l1 = 2 π R=π.d
Tổng số vòng dây quấn trên ống:
1
l N l
= =
l d
π
Số vòng dây trên 1 m chiều dài dây là:
n
= = Cảm ứng từ trong lòng ống dây 4 10 7 4 10 7
l
d L
π
= 4.10 7 . 4.10 7 95
l I
d L
Bài 5: Người ta dùng 1 dây đồng đường kính d = 0,8 mm có 1 lớp sơn cách điện mỏng quấn
quanh 1 hình trụ có đường kính D = 4 cm để làm 1 ống dây Khi nối 2 đầu ống dây với nguồn điện có điện áp U = 3,3 V thì cảm ứng từ bên trong ống dây là 15,7.10-4 T Tính chiều dài của ống dây và cường độ dòng điện trong ống Biết điện trở suất của đồng là 1,76.10-8Ω.m Biết
các vòng dây được quấn sát nhau
Hướng dẫn giải:
Vì dây quấn sát nhau nên tổng số vòng dây quấn trên ống: N L
d
=
Số vòng dây trên 1 m chiều dài dây là: n N 1
= = Khi nối 2 đầu ống dây với nguồn điện có điện áp U thì dòng điện chạy qua cuộn dây I U
R
=
d
⇒ . 7 15,7.10 0,8.104 7 3
B d
I
Ta có điện trở của sợi dây R = l 4.l2
π
= ⇒chiều dài sợi dây: l =
ρ
π 4
2
d R
Mặt khác tổng số vòng dây N = l
D
π =
L d
2
L
π
3 3 8
(0,8.10 ) 3,3 4.0,04.1, 76.10 1
− −
− = 60.10-3 m = 60 mm
Trang 3Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lí lớp 11.
Bài tập tự giải
Bài 1: Một dây dẫn thẳng dài vô hạn đặt trong không khí Khi cho dòng điện 20 A chạy qua
nó
a) Xác định cảm ứng từ do dòng điện gây ra tại điểm M cách dòng điện 40 cm
b) Xác định vị trí tại đó có cảm ứng từ do dòng điện gây ra là 50µT.
Đáp số: a) BM = 10-5 T b) Các điểm cách dòng điện 8 cm ( là mặt trụ bán kính 8 cm có trục
là dòng điện)
Bài 2: Một vòng dây tròn đặt trong chân không có bán kính R = 10 cm có dòng điện I = 50ª
chạy qua
a) Tính độ lớn của véc tơ cảm ứng từ tại tâm vòng dây?
b) Nếu cho dòng điện trên qua vòng dây có bán kín R’ = 4R thì cảm ứng từ tại tâm vòng dây
có độ lớn là bao nhiêu?
Đáp Số: a) BO = 0,314 mT b) B = 1,256 mT.
Bài 3: Một khung dây tròn đặt trong chân không có bán kín R = 12cm có dòng điện dòng điện
I = 48A chạy qua Biết khung dây có 15 vòng Tính độ lớn của véc tơ cảm ứng từ tại tâm vòng dây?
Đáp Số: B = 1,2π mT
Bài 4: Cho dòng điện cường độ I = 0,15A chạy qua các vòng dây của một ống dây, thì cảm
ứng từ bên trong ống dây B = 12π.10-5T Ống dây dài 50cm Tính số vòng dây của ống dây
Đáp Số: N = 1000 vòng.
Bài 5: Dùng một dây đồng có phủ một lớp sơn cách điện mỏng, quấn quanh một hình trụ dài
L = 50cm, đường kính d = 8 cm để làm một ống dây Dùng sợi dây dài 314cm quấn ống dây
và các vòng dây được quấn sát nhau Hỏi nếu cho dòng điện cường độ I = 0,4A chạy qua ống dây, thì cảm ứng từ bên trong ống dây bằng bao nhiêu?
Đáp Số: B = 12,56.10-6 T
Dạng 2: Nguyên lý chồng chất từ trường.
Để xác định cảm ứng từ tại một điểm có nhiều từ trường gây ra ta xác định cảm ứng từ do các dòng điện gây ra tại đó: B Br r1, 2 Brn
Áp dụng nguyên lý chồng chất từ trường tại đó: BrM = +Br1 Br2+ + Brn
Khi chỉ có Br1 và Br2 thì BrM = +Br1 Br2
+ Khi Br1↑↑Br2 thì BM = B1 + B2
+ Khi Br1↑↓Br2 thì BM = |B1 + B2|
+ Khi Br1 ⊥Br2 thì 2 2
1 2
M
+ Khi Br1 hợp với Br2một góc α thì 2 2 2
1 2 2 1 2 os
M
Bài toán mẫu
Bài 1: Hai dây dẫn thẳng dài song song nhau cách nhau 16 cm đặt trong không khí Dòng
điện chạy trong hai dây dẫn có cùng cường độ 10A Xác định cảm ứng từ do hai dòng điện gây ra tại M nằm trong mặt phẳng của hai dòng điện cách đều hai dây dẫn khi:
a) Hai dòng điện cùng chiều?
b) Hai dòng điện ngược chiều?
Hướng dẫn giải:
a) Giả sử hai dòng điện vuông góc với mặt phẳng hình
vẽ như hình 4.2
Cảm ứng từ do hai dòng điện gây ra tại M là B Br r1; 2có
+ Điểm đặt: Tại điểm M
+ Phương: tiếp tuyến với đường cảm ứng từ của mỗi
dòng điện đi qua điểm M
+ Chiều: cùng chiều với đường cảm ứng từ của mỗi dòng điện tại điểm M
1
Br
2
Br
1
Hình 4.2
Trang 4+ Độ lớn: 1 2 7 7
10 2.10 2.10
0,08
I
r
Cảm ứng từ tổng hợp tại M: BrM = +Br1 Br2
⇒BM = B1 - B2 = 0
b) Giả sử hai dòng điện vuông góc với mặt phẳng hình
vẽ như hình 4.3
Cảm ứng từ do hai dòng điện gây ra tại M là B Br r1; 2có
+ Điểm đặt: tại điểm M
+ Phương: tiếp tuyến với đường cảm ứng từ của mỗi dòng điện đi qua điểm M
+ Chiều: cùng chiều với đường cảm ứng từ của mỗi dòng điện tại điểm M
+ Độ lớn:
1 2
10 2.10 2.10
0,08
I
r
Cảm ứng từ tổng hợp tại M: BrM = +Br1 Br2 ⇒ BM = B1 + B2 = 2,5.10-5 + 2,5.10-5 = 5.10-5 T
Bài 2: Hai dây dẫn thẳng, rất dài, đặt song song, cách nhau 20 cm trong không khí, có hai
dòng điện cùng chiều, cùng cường độ I1 = I2 = 15A chạy qua Xác định cảm ứng từ tổng hợp
do hai dòng điện này gây ra tại điểm M khi:
a) cách dây dẫn mang dòng I1 5 cm và cách dây dẫn mang dòng I2 25 cm?
b) cách dây dẫn mang dòng I1 16 cm và cách dây dẫn mang dòng I2 12 cm?
c) cách dây đều hai dẫn một đoạn 20 cm?
Hướng dẫn giải:
a) Giả sử hai dòng điện vuông góc với mặt phẳng
hình vẽ như hình 4.4
Cảm ứng từ do hai dòng điện gây ra tại M là
1; 2
B Br r có
+ Điểm đặt: Tại điểm M
+ Phương: tiếp tuyến với đường cảm ứng từ của
mỗi dòng điện đi qua điểm M
+ Chiều: cùng chiều với đường cảm ứng từ của
mỗi dòng điện tại điểm M
+ Độ lớn:
1
15 2.10 2.10
0,05
I B
r
2
2
15 2.10 2.10
0, 25
I B
r
Cảm ứng từ tổng hợp tại M: BrM = +Br1 Br2
⇒ BM = B1 + B2 = 6.10-5 + 1,2.10-5 = 7,2.10-5 T
b) Giả sử hai dòng điện vuông góc với mặt
phẳng hình vẽ như hình 4.5
Cảm ứng từ do hai dòng điện gây ra tại M là
1; 2
B Br r có
+ Điểm đặt: Tại điểm M
+ Phương: tiếp tuyến với đường cảm ứng từ của
mỗi dòng điện đi qua điểm M
+ Chiều: cùng chiều với đường cảm ứng từ của
mỗi dòng điện tại điểm M
+ Độ lớn:
1
Br Br2
1
Hình 4.3 BrM
⊗
1
Br
2
Br
1
I
2
I
Hình 4.4
M
Br
⊗
⊗
M
1
Br
2
Br
1
I
2
I
Hình 4.5
M
Br
α
Trang 5Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lí lớp 11.
1
15 2.10 2.10
0,16
I B
r
2
2
15 2.10 2.10
0,12
I B
r
Cảm ứng từ tổng hợp tại M: BrM = +Br1 Br2
1 2 (1,875.10 ) (2,5.10 )
M
Phương của
M
Br hợp với
1
Br một góc α 5
0 ' 2
5 1
2,5.10
1,875.10
B
B
α = = −− ⇒ =α
c) Giả sử hai dòng điện vuông góc với mặt phẳng hình vẽ
như hình 4.6
Cảm ứng từ do hai dòng điện gây ra tại M là B Br r1; 2có
+ Điểm đặt: Tại điểm M
+ Phương: tiếp tuyến với đường cảm ứng từ của mỗi
dòng điện đi qua điểm M
+ Chiều: cùng chiều với đường cảm ứng từ của mỗi dòng điện tại điểm M
+ Độ lớn:
1 2
15 2.10 2.10
0, 2
I
r
Cảm ứng từ tổng hợp tại M: BrM = +Br1 Br2
1 2 2 1 2 os( ;1 2) 1 1 2 1 1 os60 1 3
M
Phương song song với mặt phẳng chứa hai dây dẫn
Bài 3: Tính cảm ứng từ tại tâm của 2 vòng tròn dây dẫn đồng tâm; bán kính mỗi vòng là R =
8 cm, vòng kia là 2R; trong mỗi vòng có dòng điện cường độ I = 10 A chạy qua Xét các trường hợp sau:
a) Hai vòng nằm trong cùng một mặt phẳng, 2 dòng điện cùng chiều ?
b) Hai vòng nằm trong cùng một mặt phẳng, 2 dòng điện ngược chiều ?
c) Hai vòng nằm trong 2 mặt phẳng vuông góc với nhau ?
Hướng dẫn giải:
Cảm ứng từ do hai dòng điện gây ra tại tâm của mỗi vòng dây là B Br r1; 2
có
+ Điểm đặt: Tại điểm O
+ Phương: vuông góc với mặt phẳng chứa vòng dây?
+ Chiều: cùng chiều với đường cảm ứng từ của mỗi dòng điện đi quaO
+ Độ lớn:
1
10
2 10 2 10
0,08
I B
R
π − π −
2
2
10
2 10 2 .10
2.0,08
I B
R
Cảm ứng từ tổng hợp tại O: BrO= +Br1 Br2
a) Khi hai dòng điện cùng chiều
giả sử chiều dòng điện như hình vẽ 4.7
⇒B0 = B1 + B2 = 7,85.10-5 + 3,93.10-5 = 11,78.10-5 T
b) Khi hai dòng điện ngược chiều
giả sử chiều dòng điện như hình vẽ 4.8
⇒B0 = B1 - B2 = 7,85.10-5 - 3,93.10-5 = 3,92.10-5 T
r
M
Br
2
Br
1
I
2
I
Hình 4.6
⊗
⊗
1
Br
2
Br
0
Br
1
I
2
I
Hình 4.7
2
Br
1
Br
1
I
2
I
0
Br
Hình 4.8
1
Br
2
I
1
Br
Hình 4.9 I1
o
Br
Trang 6c) Hai vòng nằm trong 2 mặt phẳng vuông góc với nhau
giả sử chiều dòng điện như hình vẽ 4.9
1 2 (7,85.10 ) (3,93.10 )
o
Bài 4: Nối 2 điểm M,N của vòng tròn dây dẫn tiết diện đều với hai cực một nguồn điện không
đổi
Tính cảm ứng từ tại tâm O của vòng tròn (hình vẽ 4.10)
Hướng dẫn giải:
Gọi l1; l2 và I1; I2 là chiều dài và cường độ dòng điện chạy qua mỗi đoạn
dây MN của vòng tròn
Ta có từ trường do đoạn dây l1 gây ra tại tâm O là Br1 có chiều hướng ra
mặt phẳng hình vẽ có
R
l R
I B
2 10
1 = π − π .
Ta có từ trường do đoạn dây l2 gây ra tại tâm O là Br2 có chiều hướng vào
2 2 10
2
B
π
π
−
=
Từ trường tổng hợp tại tâm O: Br0 = +Br1 Br2
Vì l1 và l2 là 2 đoạn dây mắc song song nên
U1 = U2 => 1 2
1 .l 2 .l
ρ = ρ ⇒I l1 1 =I l2 2 ⇒B1=B2 ⇒ = −B B1 B2 =0
Bài 5: Hai dây dẫn thẳng, rất dài, đặt song song, cách nhau 15cm trong không khí, có hai
dòng điện cùng chiều, có cường độ I1 = 10A, I2 = 5A chạy qua Xác định điểm M mà tại đó cảm ừng từ tổng hợp do hai dòng điện này gây ra bằng 0
Hướng dẫn giải:
Gọi M là điểm tại đó cảm ứng từ do hai dòng điện gây ra bằng không
⇒ M ở trên mặt phẳng chứa hai dòng điện
Vì ai dòng điện cùng chiều nên M ở giữa hai dòn điện Gọi khoảng cách từ M đến dòng I1 là x
π − = π −
− ⇒(d - x)I1 = x.I2
1 2
15
10 5
d
Vậy quỹ tích các điểm M mà tại đó cảm ừng từ tổng hợp do hai dòng điện này gây ra bằng 0
là đường thẳng song song với hai dòng điện cách dòng I1 một đoạn 10 cm cách I2 5 cm
Bài 7: Hai dây dẫn thẳng, rất dài, đặt trong không khí, trùng với hai trục toạ độ vuông góc
xOy Dòng điện qua dây Ox chạy cùng chiều với chiều dương của trục toạ độ và có cường độ I1 = 2A, Dòng điện qua dây Oy chạy cùng chiều với chiều dương của trục toạ độ và có cường
độ I2 = 3A Xác định cảm ứng từ tổng hợp do hai dòng điện này gây ra tại điểm M
a) có toạ độ x = 4 cm và y = -2 cm?
b) có toạ độ x = -2 cm và y = 4 cm?
c) có toạ độ x = 3 cm và y = 4 cm?
Hướng dẫn giải:
Cảm ứng từ do hai dòng điện gây ra tại M là B Br r1; 2có
+ Điểm đặt: Tại điểm M
+ Phương: tiếp tuyến với đường cảm ứng từ của mỗi dòng
điện đi qua điểm M
+ Chiều: cùng chiều với đường cảm ứng từ của mỗi dòng
điện tại điểm M
Như hình vẽ 4.11
M
1
Br BrM
1
I
2
I
Hình 4.11
M
N
I1
I2 O
l2
l1 Hình 4.10
Trang 7Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lí lớp 11.
+ Độ lớn:
1
2 2.10 2.10
I B
y
2
3 2.10 2.10
I B
x
Cảm ứng từ tổng hợp tại M: BrM = +Br1 Br2
⇒B0 = B1 + B2 = 2.10-5 + 1,5.10-5 = 3,5.10-5 T
b) Cảm ứng từ do hai dòng điện gây ra tại M là B Br r1; 2có
+ Điểm đặt: Tại điểm M
+ Phương: tiếp tuyến với đường cảm ứng từ của mỗi dòng điện đi qua điểm M
+ Chiều: cùng chiều với đường cảm ứng từ của mỗi dòng điện tại điểm M
Như hình vẽ 4.12
+ Độ lớn:
1
2 2.10 2.10
I B
y
2
3 2.10 2.10
I B
x
Cảm ứng từ tổng hợp tại M: BrM = +Br1 Br2
⇒B0 = B1 + B2 = 1.10-5 + 3.10-5 = 4.10-5 T
c) Cảm ứng từ do hai dòng điện gây ra tại M là B Br r1; 2có
+ Điểm đặt: Tại điểm M
+ Phương: tiếp tuyến với đường cảm ứng từ của mỗi dòng điện đi qua điểm M
+ Chiều: cùng chiều với đường cảm ứng từ của mỗi dòng điện tại điểm M
Như hình vẽ 4.13
+ Độ lớn:
1
2 2.10 2.10
I B
y
2
3 2.10 2.10
I B
x
Cảm ứng từ tổng hợp tại M: BrM = +Br1 Br2
⇒BM = B2 + B1 = 2.10-5 - 1.10-5 = 1.10-5 T
Bài 8: Một dây dẫn rất dài được căng thẳng trong đó có một đoạn nhỏ ở giữa
dây được uốn thành một vòng tròn bán kính 1,5 cm như hình 4.14 Cho dòng
điện I =3 A chạy qua dây Tìm cảm ứng từ tại tâm O của vòng tròn khi:
a) Cả đoạn dây dẫn đồng phẳng ?
b) Đoạn dây thẳng vuông góc với mặt phẳng của khung dây tròn ?
Hướng dẫn giải:
Ta xem sợi dây gồm hai phần:
+ một dòng điện thẳng dài
+ một dòng điện tròn
Tại O nhận được cảm ứng từ do dòng điện thẳng dài gây ra và dòng điện tròn gây ra tại tâm
* Cảm ứng từ do dòng điện thẳng dài gây ra tại O là Br1có
+ Điểm đặt: Tại điểm O
+ Phương: tiếp tuyến với đường cảm ứng từ của mỗi dòng điện đi qua điểm O
+ Chiều: cùng chiều với đường cảm ứng từ của mỗi dòng điện tại điểm O: đi ra mặt phẳng hình vẽ
1
I
2
I
Hình 4.12
M
BrB2
r Br1 M
1
I
2
I
Hình 4.13
M
Br
2
Br
1
Br M
Hình 4.14
Trang 8Như hình vẽ 4.15
3 2.10 2.10
0,015
I B
R
* Cảm ứng từ do dòng điện tròn gây ra tại O là Br2có
+ Điểm đặt: Tại điểm O
+ Phương: tiếp tuyến với đường cảm ứng từ của mỗi dòng điện đi qua điểm O
+ Chiều: cùng chiều với đường cảm ứng từ của mỗi dòng điện tại điểm O: đi
vào mặt phẳng hình vẽ Như hình vẽ 4.15
3
2 .10 2 .10
0,015
I B
R
Cảm ứng từ tổng hợp tại O: BrO = +Br1 Br2
a) Khi hai đoạn dây đồng phẳng thì Br2ngược chiều Br1
nên B0 = B2 - B1 = 4 .π 10-5 - 4.10-5 = 4(π-1).10-5 = 8,57.10-5 T
Chiều BrO cùng chiều với Br2
b) Khi đoạn dây thẳng vuông góc với mặt phẳng của khung dây tròn thì Br2vuông góc với Br1
nên
O
B = B +B = − + π − = 4.10 1− 5 +π2 = 1,32.10-5 T
Phương của BrO hợp với Br1mặt phẳng vòng dây một góc α
5
0 2
5 1
4 10
4.10
B
B
π
α = = −− ⇒ =α
Bài 11: Cho 3 dòng điện thẳng song song có ba dòng điện
I1 = I2 = I3 = 10 A vuông góc với mặt phẳng hình vẽ 4.16
Khoảng cách từ M đến 3 dòng điện bằng nhau và bằng 2 cm
như hình vẽ Xác định cảm ứng từ do ba dòng điện gây ra tại
M khi
a) Cả 3 dòng điện đều ra phía sau mặt phẳng hình vẽ?
b) Hai dòng I2, I3 hướng ra phía trước, I1 hướng ra phía sau mặt
phẳng hình vẽ?
Hướng dẫn giải:
Cảm ứng từ do ba dòng điện gây ra tại M là B B Br r r1; ;2 3có
+ Điểm đặt: Tại điểm M
+ Phương: tiếp tuyến với đường cảm ứng từ của mỗi dòng điện đi qua điểm M
+ Chiều: cùng chiều với đường cảm ứng từ của mỗi dòng điện tại điểm M
Như hình vẽ 4.17
10 2.10 2.10
0,02
I
r
= = = = = 10-4 T Cảm ứng từ tổng hợp tại M: BrM = +Br1 Br2+Br3
⇒ BM = B3 = 10-4 T
b) Cảm ứng từ do ba dòng điện gây ra tại M là B B Br r r1; ;2 3có
+ Điểm đặt: Tại điểm M
+ Phương: tiếp tuyến với đường cảm ứng từ của mỗi dòng điện đi
qua điểm M
+ Chiều: cùng chiều với đường cảm ứng từ của mỗi dòng điện tại
điểm M
Như hình vẽ 4.18
10 2.10 2.10
0,02
I
r
= = = = = 10-4 T
Hình 4.18
1
3
I
1
Br
2
Br
3
Br M
M
Br
Hình 4.17
1
3
I
1
Br
2
Br
3
Hình 4.15
I1
I3
I2 2cm
2cm 2cm M
Hình 4.16
Trang 9Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lí lớp 11.
Cảm ứng từ tổng hợp tại M: BrM = +Br1 Br2+Br3
(B +B ) +B = (2.10 )− +(10 )− = 5 10-4 T
Bài tập tự giải
Bài 1: Hai dây dẫn thẳng dài, đặt song song cách nhau 10 cm trong không khí, có hai dòng
điện cùng chiều, cùng cường độ I1 = I2 = 15A chạy qua Xác định cảm ứng từ tổng hợp do hai dòng điện này gây ra tại điểm M cách dây dẫn mang dòng I1 6 cm và cách dây dẫn mang dòng I2 8 cm
Đáp Số: BM = 6,25.10-5 T; BrM hợp với Br1 một góc 36052’
Bài 2: Hai dây dẫn thẳng, rất dài, đặt song song, cách nhau 20cm trong không khí, có hai
dòng điện ngược chiều, cùng cường độ I1 = I2 = 15A chạy qua Xác định cảm ứng từ tổng hợp
do hai dòng điện này gây ra tại điểm C cách dây dẫn mang dòng I1 16cm và cách dây dẫn mang dòng I2 12cm
Đáp Số: BC = 3,125.10-5 T; BrC hợp với Br1 một góc 36052’
Bài 3: Hai dây dẫn thẳng, rất dài, đặt song song, cách nhau 20 cm trong không khí, có hai
dòng điện ngược chiều, cùng cường độ I1 = I2 = 9A chạy qua Xác định cảm ứng từ tổng hợp
do hai dòng điện này gây ra tại điểm M cách đều hai dây dẫn một khoảng 30cm
Đáp Số: BM = 4.10-6 T; BrM vuông góc với mặt phẳng chứa hai dòng điện
Bài 4: Hai dây dẫn thẳng, rất dài, đặt song song, cách nhau 10cm trong không khí, có hai
dòng điện cùng chiều, cùng cường độ I1 = I2 = 6A chạy qua Xác định cảm ứng từ tổng hợp do hai dòng điện này gây ra tại điểm D cách đều hai dây dẫn một khoảng 20cm
Đáp Số: BD = 1,16.10-5 T; BrD song song với mặt phẳng chứa hai dòng điện
Bài 5: Hai dây dẫn thẳng, rất dài, đặt song song, cách nhau 15cm trong không khí, có hai
dòng điện cùng chiều, có cường độ I1 = 10A, I2 = 5A chạy qua Xác định điểm M mà tại đó cảm ừng từ tổng hợp do hai dòng điện này gây ra bằng 0
Đáp Số: Điểm M nằm trên đường thẳng song song với hai dòng điện nằm trong đoạn nối hai
dòng điện cách dòng điện I2 một đoạn 5 cm
Bài 6: Hai dây dẫn thẳng, rất dài, đặt song song, cách nhau 10cm trong không khí, có hai
dòng điện ngược chiều, có cường độ I1 = 20A, I2 = 10A chạy qua Xác định điểm N mà tại đó cảm ừng từ tổng hợp do hai dòng điện này gây ra bằng 0
Đáp Số: Điểm N nằm trên đường thẳng song song với hai dòng điện nằm ngoài đoạn nối hai
dòng điện cách dòng điện I2 một đoạn 10 cm
Dạng 3: Xác định lực từ tác dụng lên dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường.
Lực từ do từ trường đều Br tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng dài lcó dòng điện I chạy qua là
Fr có:
+ Điểm đặt: tại trung điểm của đoạn dây
+ Phương: vuông góc với mặt phẳng chứa đoạn dây và Br
+ Chiều: tuân theo quy tắc bàn tay trái ”Đặt bàn tay trái duỗi thẳng sao cho các đường cảm ứng từ xuyên qua lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều dòng điện khi đó ngón cái choải ra 900 chỉ chiều lực từ tác dụng lên đoạn dây ”
+ Độ lớn: F = B.I l.sinα , với α là góc hợp bởi Br và chiều dòng điện.
Khi đường cảm ứng từ song song với đoạn dây thì F = 0
Khi đoạn dây nằm cân bằng thì tổng hợp lực tác dụng lên dây bằng không
Khi hai dây dẫn thẳng dài song song có hai dòng điện I1 và I2 chạy qua cách nhau một đoạn d thì lực tương tác giữa hai dòng điện lên một đoạn dây dài l là: 7 1 2
2.10 I I
F
d
−
+ Khi hai dòng cùng chiều thì chúng hút nhau
+ Khi hai dòng ngược chiều thì chúng đẩy nhau
Trang 10Bài toán mẫu
Bài 1: Đoạn dây dẫn CD dài 50 cm khối lượng 100 g treo bằng 2 dây mềm cách điện sao cho
đoạn dây CD nằm ngang trong từ trường đều có B = 2 mT và các đường sức từ là các đường nằm ngang vuông góc với đoạn CD có chiều đi vào Khi cho dòng điện I = 15 A chạy qua dây dẫn CD Xem khối lượng dây treo rất nhỏ; lấy g = 10 m/s2
Xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây CD và lực căng của mỗi sợi dây treo khi
a) Dòng điện chạy từ C đến D ?
b) Dòng điện chạy từ D đến C ?
Hướng dẫn giải:
a) Giả sử chiều cảm ứng từ Br như hình vẽ 4.19
Khi cho dòng điện chạy qua dây CD từ C đến D đoạn dây chịu tác
dụng của lực từ Fr có:
+ Điểm đặt: Tại trung điểm của đoạn dây CD
+ Phương: vuông góc với mặt phẳng chứa đoạn dây và Br
+ Chiều: tuân theo quy tắc bàn tay trái như hình vẽ
+ Độ lớn: F = B.I.CD = 2.10-3 15.0,5 = 0,015 N
Các lực tác dụng lên đoạn dây CD
+ Trọng lực tác dụng lên đoạn dây CD: Pr
+ Lực từ trường : Fr
+ Lực căng dây của hai dây treo: 2Tr
Khi dây CD cân bằng ta có P Fr+ +r 2Tr=0 (1)
⇒2.T + F - P = 0 ⇒ 0,1.10 0,015
P F
= 0,4925 N
b) Giả sử chiều cảm ứng từ Br như hình vẽ 4.20
Khi cho dòng điện chạy qua dây CD từ D đến C đoạn dây chịu tác dụng của lực từ Fr có:
+ Điểm đặt: Tại trung điểm của đoạn dây CD
+ Phương: vuông góc với mặt phẳng chứa đoạn dây và Br
+ Chiều: tuân theo quy tắc bàn tay trái như hình vẽ
+ Độ lớn: F = B.I.CD = 2.10-3 15.0,5 = 0,015 N
Các lực tác dụng lên đoạn dây CD
+ Trọng lực tác dụng lên đoạn dây CD: Pr
+ Lực từ trường : Fr
+ Lực căng dây của hai dây treo: 2Tr
Khi dây CD cân bằng ta có P Fr+ +r 2Tr=0 (1)
⇒2.T - F - P = 0 ⇒ 0,1.10 0,015
P F
= 0,5075 N
Bài 2: Đoạn dây dẫn MN dài 50 cm khối lượng 50 g treo bằng 2
dây mềm cách điện sao cho đoạn dây MN nằm ngang trong từ trường
đều có B = 0,5 T và các đường sức từ là các đường thẳng đứng hướng
lên như hình vẽ 4.21 Khi cho dòng điện I = 50 A chạy qua dây dẫn từ
M đến N
Xem khối lượng dây treo rất nhỏ; lấy g = 10 m/s2
a) Xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây MN?
b) Tính góc hợp bởi phương thẳng đứng và dây treo dây dẫn MN?
c) Tính lực căng của mỗi sợi dây treo dây dẫn?
Hướng dẫn giải:
a) Khi cho dòng điện chạy qua dây MN từ M đến N đoạn dây chịu tác dụng của lực từ Fr có: + Điểm đặt: Tại trung điểm của đoạn dây MN
+ Phương: vuông góc với mặt phẳng chứa đoạn dây và Br
M
N
Br
Hình 4.21
Hình 4.20
Fr
Pr
Br
Hình 4.19
Fr
P rI