DE KT CHUONG TU TRUONG 21.9.2016

ĐỀ KT PHẦN TỪ TRƯỜNG E I x0 K Bài 1: Cho mạch điện đặt mặt phẳng nằm ngang, hình vẽ Trong AB dây dài vơ hạn mang dịng điện khơng đổi I lớn, CD MN hai kim loại đặt song với AB, dây AB cách CD khoảng x PQ kim loại có điện trở R, chiều dài l khối lượng m, tiếp xúc vng góc với CD MN Nguồn điện có suất điện động E, điện trở khơng đáng kể, cuộn dây cảm có độ tự cảm L Coi điện trở CD MN, điện trở khóa K dây nối không đáng kể Bỏ qua từ trường dòng điện nguồn điện gây Khóa K mở: Ngắt dịng điện dây AB, thiết lập từ trường  B vng góc với mặt phẳng hình vẽ, chiều từ trước sau chốn hết mạch điện tính từ E sang trái Giữ PQ, thời điểm t = thả nhẹ Lập biểu thức vận tốc PQ theo i di dt mạch biểu thức lực từ tác dụng lên PQ thời điểm t Bỏ qua ma sát K đóng Đoạn dây PQ chuyển động ur cắt đường sức từ trường dòng điện I chạy B AB gây cảm ứng từ hướng từ sau trước mặt phẳng hình vẽ Sau thời gian t PQ chuyển động quãng đường v.t, từ thông phần tử dx quét được: µI d φ = BdS = v.t.dx 2πx (Với số từ môi trường) Từ thông tạo PQ quét x +l µI µI x +l φ = ∫ v.t.dx = v.t ln 2π x0 x 2πx 0 Suất điện động cảm ứng PQ có độ lớn d φ µ0 I x +l EC = = v ln dt 2π x0 Áp dụng quy tắc bàn tay phải ta thấy dòng điện IC chiều dịng điện In E gây nên µI x +l E + v ln E + EC 2π x0 I= = R R K mở i0 = Ở thời điểm bng tay E R , có chiều từ Q đến P Sau thời điểm F = Bil t = 0, dòng điện mạch i có chiều từ Q đến P Lúc bng tay, lực từ vng góc với PQ kéo PQ sang trái Khi chuyển động với vận tốc v từ trường, xuất EC = Blv suất điện động cảm ứng Suất điện động cảm ứng gây dòng điện cảm ứng thanh, chiều từ P đến Q Dòng làm giảm dòng i0 mạch, gây tượng tự cảm cuộn dây Theo định luật Ôm E + EC + Etc i= R Từ v= − E iR Ldi + − Bl Bl Bldt Bài 2: Hình vẽ sơ đồ mẫu động điện đơn giản Một vịng dây dẫn hình trịn tâm C bán kính l nằm ngang cố định từ trường kim loại CD chiều dài l r B Một D rC B A R , khối lượng m quay quanh trục thẳng đứng E qua C, đầu kim loại trượt có ma sát vịng trịn Một nguồn có suất điện động E nối vào tâm C điểm A vòng tròn qua điện trở R Chọn t = lúc vừa nối nguồn Biết lực ma sát tác dụng lên kim loại có momen cản số Viết biểu thức tốc độ góc ω theo thời gian eC = − Khi CD quay với tốc độ góc có suất điện động i= Theo định luật Ôm: α l 2ω E + eC E l 2ω B = − R R 2R (1) Momen từ tác dụng lên đoạn dây có tọa độ x chiều dài dx: dM = iBx.dx Momen từ tác dụng lên CD là: dΦ l 2ω B =− dt với α l M = ∫ iBxdx = iBl 2 Phương trình chuyển động quay CD: ml d ω iBl = M FC + M = −α l 2ω + dt (2) Thay (1) vào (2) ta được:  ml d ω B l  BE l = −ω  α l + ÷+ dt 4R  2R  Đặt: (3)   B 2l  B 2l  BE l x = −ω  α l + + ⇒ dx = − ÷ α l + ÷dω 4R  2R 4R    Khi (3) viết lại:  B 2l  −3  α + dt 4R ÷ dx   = x m Khi ω lấy cận từ đến ω x lấy cận từ BE l 2R đến  ml dω B l  BE l = −ω  α l + ÷+ dt R  2R  Tích phân vế ta được:   B 2l  BE l B2l  −3 α + ÷t −ω  α l + + 4R ÷ ÷   R R   m = e BE l 2R  B 2l   −3 α + ÷t 4R ÷    BE m ω= 2 − e  B l + 4α R     ÷ ÷ ÷ ÷  Bài : Xác định mật độ hạt electron tự kim loại Trong thí nghiệm, người ta sử dụng dụng cụ thiết bị sau: - Một nam châm vĩnh cửu hình chữ U (Biết khe hai cực từ nam châm hình chữ U đủ lớn để đưa dụng cụ cần thiết vào đó); - Một nguồn điện chiều; - Một biến trở; - Một vơn kế có nhiều thang đo; - Một kim loại đồng, mỏng, đồng chất, tiết diện hình chữ nhật; - Thước đo chiều dài; - Cuộn chỉ; - Cân đòn (cân khối lượng); - Dây nối, khóa K a Xây dựng cơng thức cần sử dụng b Vẽ sơ đồ thí nghiệm Nêu bước tiến hành thí nghiệm c Trình bày cách xây dựng bảng biểu đồ thị xử lý số liệu Các nguyên nhân gây sai số Cơ sở lý thuyết: * Lý thuyết hiệu ứng Hall: Hình 2.18 FL = eBv - Electron chuyển động từ trường chịu tác dụng lực Lorentz: - Dòng điện chạy kim loại dịng chuyển dời có hướng electron tự do: I = ne ×v ×S ⇒ v = FL = I ne ×S B ×I n ×S Ta có: (1) Khi hình thành hiệu điện hai mặt kim loại, gây điện trường, tác dụng lực điện lên electron chuyển động: V U FE = e ×E = e × d (2) - Khi hiệu điện đạt giá trị ổn định: FL = FE ⇒ U = BId × ne S S = a ×d ⇒ U = BI × ne a mà (3) (Hiệu điện gọi hiệu điện Hall) - Thực tế: BI U= × × ne a _ _ _ _ _ uu r FL r v e + + + uu r Fd d ur E + + ℓ Hình 2.18 a I ur B I Hình 2.18 K E, r Hình 2.19 R * Cân lực từ: Hình 2.19 - Khi khóa K mở: Đặt cân cho kim cân số - Khi khóa K đóng: Thêm, bớt cân có khối lượng Δm để kim cân số Nghĩa là: F = ∆P ⇒ BIl = ∆m ×g ⇒ BI = ∆m ×g l (4) * Từ (3) (4) ta có: U= ∆m ×g g ∆m × ⇒n= × ne a ×l e ×a ×l U Sơ đồ thí nghiệm: Hình 2.18 2.19 Các bước tiến hành thí nghiệm: - Bước 1: Đo chiều dài ℓ, chiều dày a kim loại - Bước 2: Sử dụng sợi treo kim loại vào đòn cân cho thành kim loại nằm ngang từ trường vng góc với đường sức từ - Bước 3: Mắc sơ đồ mạch điện hình 2.18 + 2.19 - Bước 4: Khi K mở, đặt cân cho cân thăng bằng, khối lượng cân m - Bước 5: Khi K đóng: + Điều chỉnh giá trị biến trở R để thay đổi cường độ dòng điện I + Ứng với giá trị dòng điện I, thêm bớt cân để cân thăng bằng: khối lượng cân m2, đọc số U vôn kế Kết đo: - Đo kích thước kim loại: + Chiều dài: ℓ = + Chiều dày: a= - Kết đo hiệu điện khối lượng: Bảng số liệu 2.7: m1 (kg) m2 (kg) Δm (kg) U (V) n Nguyên nhân sai số: - Thanh kim loại không nằm ngang, khơng vng góc với đường sức từ - Sai số thước đo, cân vôn kế - Sai số tính tốn (electron chuyển động mạng tinh thể) Bài 4: Một cạnh a ;MO dây vị trí r v0 N Q theo cảm ứng từ góc với mặt x u r B P uu r v0 y khung dây dẫn hình vng MNPQ có chiều dài khung dây có điện trở R, khối lượng m Ban đầu khung hình vẽ , truyền cho khung dây vận tốc ban đầu phương ngang Khung dây chuyển động cắt đường từ trường có đường cảm ứng từ vng phẳng khung dây hình vẽ Cảm ứng từ từ B = B0 (1 + ky) trường phụ thuộc vào tọa độ y theo quy luật , với B0 , k số dương Bỏ qua ma sát lực cản mơi trường, q trình chuyển động khung dây khơng thay đổi hình dạng ln chuyển động mặt phẳng thẳng đứng Viết phương trình biểu diễn phụ thuộc thành phần vận tốc v y (thành phần vận tốc theo trục Oy) khung dây theo thời gian t, vẽ đồ thị biểu diễn phương trình nêu nhận xét q trình chuyển động khung dây Cho gia tốc rơi tự g BG - Xét thời điểm t bất kì, cạnh MN vị trí có tọa độ y, thành phần vận tốc khung theo trục Oy vy - Áp dụng quy tắc bàn tay phải ta xác định chiều suất điện động cảm ứng cạnh khung dây hình vẽ + Xét chuyển động khung dây theo trục Ox (thành phần vận tốc theo trục Ox) Cạnh MN, PQ không tạo suất điện động cảm ứng Do tính đối xứng suất điện động cảm ứng hai cạnh MQ NP tạo có ξ NP = ξQN độ lớn + Xét chuyển động khung dây theo trục Oy (thành phần vận tốc theo trục Oy) Cạnh QM, NP không tạo suất điện động cảm ứng y y+a O + i M r FMN r FPQ i i Q x N i u r B P y Hình vẽ lực từ tác dụng lên cạnh theo phương thẳn ξ MN = av yB0 (1 + ky) Suất điện động cảm ứng cạnh MN tạo ξPQ = av y B0 [ + k(y + a)] Suất điện động cảm ứng cạnh PQ tạo - Chọn chiều dương mạch ( khung dây) hình vẽ Gọi cường độ dịng điện khung thời điểm xét i - Áp dụng định luật Ơm cho tồn mạch, ta được: ξ PQ − ξQM − ξ MN + ξ NP = iR ⇔ av y B0 [ + k(y + a) ] − av y B0 (1 + ky) = iR ⇔ kB0a v y = iR ⇔ i= kB0a v y R (1) - Áp dụng quy tắc bàn tay trái ta xác định lực từ tác dụng lên cạnh MN, PQ khung dây hình vẽ FMN = iaB0 (1 + ky) FPQ = iaB0 [ + k(y + a) ] Lực từ tác dụng lên hai cạnh MQ NP có phương nằm ngang, độ lớn, ngược chiều Vậy theo trục Ox tổng hợp lực tác dụng lên khung dây khơng, thành phần vận tốc khung dây theo trục Ox không đổi v0 Xét theo trục Oy, áp dụng định luật II Niutơn cho khung, ta có: FMN + P − FPQ = ma y = my" ⇔ iaB0 (1 + ky) − iaB0 [ + k(y + a) ] + mg = my" ⇔ − iaB0ka + mg = my" Thay (1) vào (2), ta (2) ⇔ mg − kB0a ⇔ mg − Đặt kB0a v y R k B02a y' = my" R Y = y ' ⇒ Y ' = y" = my" ( y’ = vy) k B02a ⇔ mg − Y = mY ' R ⇔ Y' = g − A= Đặt Đặt (1) kBa ⇒ Y ' = g − AY mR (1) Z=Y− k B02a Y mR g  ⇔ Y ' = g − AY = − A  Y − ÷ A  (2) g ⇒ Z' = Y' A , ta dZ dZ ⇔ Z' = − AZ ⇔ = − AZ ⇔ = − Adt dt Z g g ⇔ Z = Ce − At ⇔ Y − = Ce − At ⇔ y' = + Ce − At A A g ⇔ y' = v y = + Ce− At A ( Có thể dùng phương pháp thử nghiệm, từ phương trình Z = Ce − At ⇔ Y − g g = Ce − At ⇔ y ' = + Ce − At A A Tại t = 0, vy = 0, ta có 0= ⇔ y ' = vy = g −g + Ce − A.0 ⇔ C = A A k B0 a − g mgR  − At v y = ( − e ) = 2  − e mR A k B0a  Vậy t  ÷ ÷  Z' = − AZ g + Ce − At A ) ta có nghiệm Nhận xét: vy Đồ thị biểu diễn phương trình Từ đồ thị, ta thấy sau thời mgR vận tốc vy tăng dần theo hàm 2 k B0 a thời gian chuyển động vy mgR k B02a O khơng đổi có dạng gian chuyển động số mũ, sau tiến tới giá trị x