Bài 30. Bài tập về từ trường

CHƯƠNG 4. TỪ TRƯỜNG TRƯỜNG THPT LỘC THÁI – LỚP 11A7 “Success is getting what you want. Happiness is wanting what you get. Thành công là đạt được thứ bạn muốn. Hạnh phúc là muốn thứ bạn đạt được.” HỌ TÊN:……………………………………………… ĐỊA CHỈ:……………………………………………… SỐ ĐIỆN THOẠI:…………………………………. FACEBOOK:……………………………………… Trích_dẫn_ưa_thích :…………………………………… ……… …………………………………………… …………………………….……………………………… …………………………………………………………… …………………………………………………………… Ghi chú …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2 Giáo viên: Phạm Văn Quyền CHƯƠNG 4. TỪ TRƯỜNG . LÝ THUYẾT I. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN CÓ HÌNH DẠNG ĐẶC BIỆT. 1. Các định nghĩa mở đầu. 1.1. Từ trường: a. Định nghĩa: Từ trường là một dạng vật chất tồn tại trong không gian có các điện tích chuyển động (xung quanh dòng điện hoặc nam châm). Từ trường có tính chất là nó tác dụng lực từ lên một dòng điện hay một nam châm đặt trong đó. b. Đặc trưng của từ trường: là cảm ứng từ ký hiệu là B  đơn vị của cảm ứng từ là T ( Tesla). c. Qui ước: Hướng của từ trường tại một điểm là hướng Nam - Bắc của kim nam châm cân bằng tại điểm đó. d. Từ trường sinh ra từ đâu: Từ trường sinh ra bởi những vật có từ tính, tương tác với nhau thông qua các lực tương tác từ ( lực từ). Những vật có từ tính như: nam châm, dòng điện. Lúc này: Tương tác giữa nam châm với nam châm, giữa dòng điện với nam châm và giữa dòng điện với dòng điện đều gọi là tương tác từ. Lực tương tác trong các trường hợp đó gọi là lực từ. Kim nam châm nhỏ, dùng để phát hiện từ trường, gọi là nam châm thử. e. Từ trường đều: là từ trường có các đường sức từ là những đường thẳng song song cách đều nhau. Từ trường đều xuất hiện ở đâu: Ở miền trong của nam châm hình chữ U hoặc trong ống dây thẳng dài. 1.2. Đường sức từ: a. Định nghĩa: Đường sức từ là những đường vẽ trong không gian có từ trường, sao cho tiếp tuyến tại mỗi điểm trùng với hướng của từ trường tại điểm đó. Chiều của đường sức từ tại một điểm là chiều của từ trường tại điểm đó. b. Tính chất chung: - Tại mỗi điểm trong từ trường, có thể vẽ được một đường sức từ đi qua và chỉ một mà thôi. - Các đường sức từ là những đường cong kín. - Nơi nào từ trường mạnh hơn thì các đường sức từ ở đó vẽ mau hơn (dày hơn), nơi nào từ trường yếu thì các đường sức từ ở đó vẽ thưa hơn. Hình ảnh các mạt sắt sắp xếp có trật tự trong từ trường cho ta từ phổ. 2. Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn có hình dạng đặc biệt. 2.1. Từ trường của dòng điện thẳng dài vô hạn. Bài toán: Xác định từ trường tại điểm M do dây dẫn có dòng điện I chạy qua. Biết khoảng cách từ M đến dây dẫn là r. Phương pháp: Lúc này từ trường gây ra bởi dây dẫn có dòng điện chạy qua, có tính chất như sau: Ghi chú …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3 Giáo viên: Phạm Văn Quyền CHƯƠNG 4. TỪ TRƯỜNG - Điểm đặt tại: M - Phương: Cùng phương với tiếp tuyến của đường tròn có tâm O, bán kính r tại điểm M. Trong đó: O là chân hình chiếu vuông góc của M lên dây dẫn. - Chiều: Được xác định theo qui tắc nắm tay phải Qui tắc nắm tay phải: Giơ ngón cái của bàn tay phải hướng theo chiều dòng điện, khum bốn ngón kia xung quanh dây dẫn thì chiều từ cổ tay đến các ngón là chiều của đường sức từ. - Độ lớn: 7 2.10 I B r   (T). 2.2. Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn uốn thành vòng tròn. Bài toán: Ta có một dây dẫn hình tròn có dòng điện I chạy qua, biết dây dẫn có tâm tại O, bán kính là r. 1 Đặt ống dây dài cho trục nằm ngang vuông góc với thành phần nằm ngang từ trường Trái Đất (Bđ) a Cho dòng điện cường độ I1 qua ống dây cảm ứng từ B1 ống dây lớn gấp lần Bđ Hỏi có kim nam châm thử ống dây nằm cân theo phương hợp với trục ống dây góc ? Coi Nam châm thử nằm cân mặt phảng song song với mặt đất Theo nguyên lí chống chất từ trường, ta viết: ur uu r uur B = B1 + Bd Dưới tác dụng từ trường tổng hợp, nam châm thử nằm cân ur theo phương vecto cảm ứng từ tổng hợp B ur Gọi góc hợp phương B trục ống dây α Bd tan α = = B1 ⇒ α = 30 o Khi kim nam châm thử hướng Đông – Bắc, góc hợp phương nam châm thử nằm cân trục ống dây 45o Do cảm ứng từ B2 nằm ống dây Bđ Vậy: B1 = B2 I2 = I1 B1 I1 ⇒ = B2 I k= BÀI TẬP VỀ TỪ TRƯỜNG A. MỤC TIÊU BÀI HỌC  Kiến thức - Luyện tập việc vận dụng định luật Am –pe về lực từ tác dụng lên một đoạn dòng điện. - Luyện tập việc vận dụng các công thức tính cảm ứng từ của dòng điện.  Kỹ năng - Xác định chiều đường sức từ của các dòng điện khác nhau. - Xác định cảm ứng từ của các dòng điện khác nhau. B. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên a) Kiến thức và đồ dùng: - Một số bài tập theo nội dung bài giảng. b) Dự kiến ghi bảng: (Chia làm hai cột). Bài 30: bài tập về từ trường I) Tóm tắt kiến thức 1) Cảm ứng từ: ; . sin F B I l   Đơn vị Tesla (T) II) Bài tập: 1) Bài tập 1: (SGK) CD=20cm; m=10g Cho : B= 0,2T; F max =0,06N; * Nguyên lí chồng chất từ trường: 1 2 B B B    ur ur ur 2) Định luật Ampe: F=BIl sinα. 3) Từ trường của dòng điện thẳng: hình dạng, chiều, độ lớn cảm ứng từ : 7 2.10 I B r   4) Từ trường của dòng điện tròn: hình dạng, độ lớn của cảm ứng từ: 7 . 2.10 N I B R   5) Từ trường của dòng điện trong ống dây : hình dạng, chiều, độ lớn cảm ứng từ: 7 4 .10 . . B n I    Tìm: I max? G= 10 2 m s Giải: (vẽ hình) B ur thẳng đứng CD nằm ngang F ur nằm ngang, kéo Cd lệch khỏi vị trí ban đầu => F=B.I.l. Trọng lực P, lực căng dây T thì: 2 2 2 (2 ) F P T   T thỏa mãn điều kiện: T<4F, nên ta có: 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4 4 F P I B l P F I B l      Thay số tìm được: I  1,66 2) Bài 2: (làm tương tự). 3) Bài 3… 2. Học sinh - Ôn tập về đường cảm ứng từ, cảm ứng từ, định luật Ampe. 3. Gợi ý ứng dụng CNTT GV có thể chuẩn bị một số hình ảnh về từ trường của dòng điện khác nhau (phức tạp) C. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC. Hoạt động 1 (… phút): Ổn định tổ chức. Kiểm tra bài cũ. Hoạt động của học sinh Sự trợ giúp của giáo viên - Báo cáo tình hình lớp. - Trả lời câu hỏi của thầy. - Nhận xét câu trả lời của bạn. - Yêu cầu HS cho biết tình hình của lớp. - Nêu câu hỏi về đường sức từ và cảm ứng từ của dong điện khác nhau. - Nhận xét câu trả lời của HS và cho điểm. Hoạt động 2 (… phút): Bài tập về từ trường. Phần 1: Tóm tắt kiến thức. Hoạt động của học sinh Sự trợ giúp của giáo viên - Suy nghĩ và trfinh bày câu trả lời các kiến thức về: + cảm ứng từ: Nguyên lý chồng chất từ trường. + Đường cảm ứng từ. - Yêu cầu HS theo dõi hiểu các thông tin phần hệ thống kiến thức + Định luật Ampe. - Trình bày: + cảm ứng từ: Nguyên lý chồng chất từ trường. + Đường cảm ứng. + Định luật Am-pe. - Nhận xét. - Tóm tắt các kiến thức. Hoạt động 3 (… phút): Phần 2: Bài tập về từ trường. Hoạt động của học sinh Sự trợ giúp của giáo viên - Đọc SGK. - Tìm hiểu đầu bài, những đại lượng đã cho và cần tìm. - Viết các công thức có liên quan. - Tìm các đại lượng trong bài. - Lập phương án giải. - Giải bài tập. - Trình bày bài giải lên bảng. - Nhận xét bạn làm bài. - Yêu cầu HS đọc bài tập 1. - Gợi ý tóm tắt đề bài. - Yêu cầu nêu phương pháp giải. - Yêu cầu HS trình bày kết quả. - Nhận xét bài làm của học sinh. - Yêu cầu HS đọc bài tập 2. - Đọc SGK. - Tìm hiểu đầu bài, những đại lượng đã cho và cần tìm. - Viết các công thức có liên quan. - Tìm các đại lượng trong bài. - Lập phương án giải. - Trình bày bài giảng lên bảng. - Nhận xét bạn làm bài. - 12. BÀI TẬP VỀ TỪ TRƯỜNG I. MỤC TIÊU BÀI HỌC 1. Kiến thức - Luyện tập việc vận dụng định luật Am –pe về lực từ tác dụng lên một đoạn dòng điện. - Luyện tập việc vận dụng các công thức tính cảm ứng từ của dòng điện. 2. Kỹ năng - Xác định chiều đường sức từ của các dòng điện khác nhau. - Xác định cảm ứng từ của các dòng điện khác nhau. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên  Kiến thức và đồ dùng: - Một số bài tập theo nội dung bài giảng. - Ôn tập về đường cảm ứng từ, cảm ứng từ, định luật Ampe. 2. Gợi ý ứng dụng CNTT - GV có thể chuẩn bị một số hình ảnh về từ trường của dòng điện khác nhau (phức tạp) III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC. Hoạt động 1: Ổn định tổ chức. Kiểm tra bài cũ. Hoạt động của học sinh Sự trợ giúp của giáo viên - Báo cáo tình hình lớp. - Trả lời câu hỏi của thầy. - Nhận xét câu trả lời của bạn. - Yêu cầu HS cho biết tình hình của lớp. - Nêu câu hỏi về đường sức từ và cảm ứng từ của dong điện khác nhau. - Nhận xét câu trả lời của HS và cho điểm. Hoạt động 2: Bài tập về từ trường. Hoạt động của học sinh Sự trợ giúp của giáo viên - Suy nghĩ và t trình bày câu trả lời các kiến thức về: + cảm ứng từ: Nguyên lý chồng chất từ trường. + Đường cảm ứng từ. + Định luật Ampe. - Trình bày: + cảm ứng từ: Nguyên lý chồng chất - Yêu cầu HS theo dõi hiểu các thông tin phần hệ thống kiến thức từ trường. + Đường cảm ứng. + Định luật Am-pe. - Nhận xét. - Tóm tắt các kiến thức. Hoạt động 3: Phần 2: Bài tập về từ trường. Hoạt động của học sinh Sự trợ giúp của giáo viên - Đọc SGK. - Tìm hiểu đầu bài, những đại lượng đã cho và cần tìm. - Viết các công thức có liên quan. - Tìm các đại lượng trong bài. - Lập phương án giải. - Giải bài tập. - Trình bày bài giải lên bảng. - Nhận xét bạn làm bài. - Đọc SGK. - Tìm hiểu đầu bài, những đại lượng đã cho và cần tìm. - Yêu cầu HS đọc bài tập 1. - Gợi ý tóm tắt đề bài. - Yêu cầu nêu phương pháp giải. - Yêu cầu HS trình bày kết quả. - Nhận xét bài làm của học sinh. - Yêu cầu HS đọc bài tập 2. - Viết các công thức có liên quan. - Tìm các đại lượng trong bài. - Lập phương án giải. - Trình bày bài giảng lên bảng. - Nhận xét bạn làm bài. - Gợi ý tóm tắt đầu bài. - Nêu phương pháp giải. - Yêu cầu trình bày kết quả. - Nhận xét bài làm của HS. Hoạt động 4: Vận dụng, củng cố. Hoạt động của học sinh Sự trợ giúp của giáo viên - Suy nghĩ . - Trả lời các câu hỏi P (trong phiếu học tập). - Nêu các câu trắc nghiệm p (trong phiếu học tập). - Nhận xét. Hoạt động 5: Hướng dẫn về nhà. Hoạt động của học sinh Sự trợ giúp của giáo viên - Ghi câu hỏi và bài tập về nhà. - Ghi nhớ lời nhắc của GV. - Giao các câu hỏi và bài tập trong SGK. - Giao các câu hỏi trắc nghiệm P (trong phiếu học tập). - Nhắc HS đọc bài mới và chuẩn bị bài sau Bài 30: BÀI TẬP VỀ TỪ TRƯỜNG I - Mục tiêu: - Vận dụng định luật Am-pe lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện - Vận dụng công thức tính cảm ứng từ dòng điện II - Tổ chức hoạt động dạy học: Hoạt đông 1: Giải tập số Hoạt động học sinh Thực yêu cầu GV Từ trường Đường sức từ nằm ngang dọc trục ống dây (chiều phụ thuộc vào chiều dòng điện) Từ trường tổng hợp từ trường dòng điện ống dây gây thành phần nằm ngang từ trường trái đất (theo nguyên lí chồng chất từ trường) Trùng Hoạt động giáo viên Yêu cầu HS đọc đề 1, GV tóm tắt đề bảng: Thuyết trình cho HS hiểu thành phần nằm ngang từ trường trái đất (từ trường trái đất chủ yếu thể thành phần này) Từ trường bên ống dây từ trường gì? Ống dây nằm ngang đường sức từ bên ống dây nằm nào? Xét điểm bên ống dây từ trường tổng hợp từ trường nào? (theo nguyên lí nào) Véc tơ cảm ứng từ tổng hợp trục nam châm thử điểm xét có tương quan gì? Từ lập luận cho HS vẽ hình dễ dàng dẫn đến kết quả: Bd B tan α = = α = 300 Trả lời α = 450 B2 = Bd Rút được: Tương tự GV gợi ý cho HS hoàn tất câu b) Nam châm hướng tây bắc góc lệcn nói trường hợp bao nhiêu? B1 Bd = B1 B2 = B1 B2 = I1 I Từ tính k Tương quan B2 Bd ? B1 Từ B = π 10-7 nI B2 = ? Hoạt động 2: Giải tập số Hoạt động học sinh Hoạt động giáo viên Thực yêu cầu GV Yêu cầu HS đọc đề SGK Nêu được: B1 = π 10-7 Độ lớn cảm ứng B1 từ tâm O dòng điện I1 sinh ra? Độ lớn cảm ứng từ B2 tâm O dòng điện I2 sinh ra? I1 R I2 R B2 = π 10-7 Dễ dàng trả lời yêu cầu SGK tính B= B1 + B 2 -5 = 3,14.10 T Phương chiều vectơ B1 B2 ? (dựa vào hình vẽ) Phương chiều độ lớn véc tơ Dễ dàng véctơ từ trường tổng tổng hợp ? B1 hợp từ hình vẽ cụ thể tan α = B2 = Do α = 370 Hoạt động 3: Giải tập số Hoạt động học sinh Hoạt động học sinh Thực yêu cầu GV HS đọc đề Nêu công thức B = π 10-7nI Cảm ứng từ bên ống dây dài tính theo công thức nào? Nêu cách tính : n = d Cách tính số vòng dây đơn vị chiều dài ? U l ρ Qua đại lượng I = R với R = S 4l ρ = πd Hiệu điện U đưa vào công thức qua đại lượng nào? ρlB −7 U = 10 ( 3,14) 0,0012 = 3,5 V Suy công thức cuối U ? III - Rút kinh nghiệm sau tiết dạy: BÀI TẬP VỀ TỪ TRƯỜNG NHẮC LẠI CÔNG THỨC ĐÃ HỌC Từ trường dòng điện thẳng B  2.10-7 I r Trong đó: B: cảm ứng từ (T) I: cường độ dòng điện chạy dây dẫn thẳng dài (A) r: khoảng cách từ M đến dây dẫn (m) Từ trường dòng điện tròn B  2.10-7.N I R Trong đó: B: cảm ứng từ (T) N: số vòng dây I: cường độ dòng điện chạy qua vòng dây (A) R: bán kính vòng dây điện (m) Từ trường dòng điện ống dây N B  4.10 7.n.I  4.10 I l Trong đó: B: cảm ứng từ (T) n: số vòng mét chiều dài ống I: cường độ dòng điện chạy ống dây (A) N: số vòng ống dây L: chiều dài ống dây (m) Từ trường tổng hợp nhiều dòng điện B  B1  B2   Bn Trong đó: B: từ trường tổng hợp điểm M (T) B1: từ trường dòng điện I1 gây điểm M (T) B2: từ trường dòng điện I2 gây điểm M (T) Bn: từ trường dòng điện In gây điểm M (T) Quy tắc tổng hợp B :  B1  B2 : B = B1 +B2  B1  B2 : B = B1 - B2  B1 hợp với B2 góc : B2 = B12 +B22 +2B1B 2cos  I XÁC ĐỊNH TỪ TRƯỜNG CỦA CÁC DÒNG ĐIỆN CÓ HÌNH DẠNG KHÁC NHAU Bài tập Dòng điện thẳng dài có cường độ I = A đặt không khí a Tính cảm ứng từ điểm M cách I khoảng 10 cm b Tính khoảng cách từ N đến I BN = 8.10-6 T Bài tập Mười lăm vòng dây tròn đặt chân không, có bán kính R = 10 cm mang dòng điện I = A a Độ lớn vectơ cảm ứng từ tâm vòng dây bao nhiêu? b Nếu cho dòng điện nói qua vòng dây có bán kính giảm hai lần tâm vòng dây, độ lớn cảm ứng từ B thay đổi nào? Bài tập Một ống dây dài hình trụ, có chiều dài 10cm gồm 2000 vòng dây quấn theo chiều dài ống, ống dây lõi sắt đặt không khí Cường độ dòng điện qua dây quấn quanh ống I = 2A Tìm cảm ứng từ ống dây? II XÁC ĐỊNH ĐỘ LỚN VÀ CHIỀU CỦA CẢM ỨNG TỪ TỔNG HỢP TẠI MỘT ĐIỂM Bài tập Hai dòng điện I1= A, I2= A chạy hai dây dẫn thẳng dài, song song cách 50 cm theo chiều Xác định cảm ứng từ B: a Tại trung điểm M đoạn nối khoảng cách hai dây b Tìm điểm N để B = Bài tập Hai dòng điện I1= A, I2 = A chạy hai dây dẫn thẳng dài, song song cách 50 cm, ngược chiều Xác định cảm ứng từ B: a Tại trung điểm M đoạn nối khoảng cách hai dây b Tìm điểm N để B = III LỰC TỪ TƯƠNG TÁC DO HAI DÒNG ĐIỆN SONG SONG GÂY RA Hai dây dẫn thẳng dài đặt cách đoạn R, cường độ chạy hai dây dẫn tương ứng I1 I2, , song song, chiều hút nhau, ngược chiều đẩy Lực tương tác độ dài l dây dẫn cho công thức: F =2.10-7 I1I2 l R Trong đó: F: lực tương tác đơn vị độ dài dây dẫn (N) I: cường độ dòng điện chạy dây dẫn (A) l: chiều dài dây dẫn (m) R: khoảng cách hai dây dẫn (m) Bài tập Hai dòng điện I1=5 A, I2=4 A chạy hai dây dẫn thẳng dài, song song cách 200 cm Hãy xác định lực tương tác dây có độ dài m? ... mặt đất Theo nguyên lí chống chất từ trường, ta viết: ur uu r uur B = B1 + Bd Dưới tác dụng từ trường tổng hợp, nam châm thử nằm cân ur theo phương vecto cảm ứng từ tổng hợp B ur Gọi góc hợp phương... dây dài cho trục nằm ngang vuông góc với thành phần nằm ngang từ trường Trái Đất (Bđ) a Cho dòng điện cường độ I1 qua ống dây cảm ứng từ B1 ống dây lớn gấp lần Bđ Hỏi có kim nam châm thử ống dây... nam châm thử hướng Đông – Bắc, góc hợp phương nam châm thử nằm cân trục ống dây 45o Do cảm ứng từ B2 nằm ống dây Bđ Vậy: B1 = B2 I2 = I1 B1 I1 ⇒ = B2 I k=