BÀI TẬP VỀ TỪ TRƯỜNG VẬT LÝ 11

BÀI TẬP VỀ TỪ TRƯỜNG CHỦ ĐỀ 1:TỪ TRƯỜNG CỦA DÂY DẪN CĨ HÌNH DẠNG ĐẶC BIỆT.NGUN LÍ CHỒNG CHẤT TỪ TRƯỜNG A.LÍ THUYẾT Từ trường tạo dây dẫn điện có hình dạng đặc biệt - Từ trường dòng điện thẳng dài vơ hạn Giả sử cần xác định từ trường M cách dây dẫn đoạn r dây dẫn điện có cường độ I (A) gây ta làm sau : - Điểm đặt : Tại M - Phương : với phương tiếp tuyến đường tròn ( O,r) M - Chiều : xác định theo quy tắc nắm bàn tay phải họăc quy tắc đinh ốc :  Quy tắc nắm bàn tay phải : Để bàn tay phải cho ngón nằm dọc theo dây dẫn theo chiều dòng điện , ngón khum lại cho ta chiều cảm ứng từ  Quy tắc đinh ốc : Quay đinh ốc để tiến theo chiều dòng điện chiều điểm chiều cảm ứng từ - Độ lớn : Trong : B (T) - I (A) - r (m) I BM O - Từ trường dòng r M điện tròn Giả sử cần xác định từ trường tâm O cách dây dẫn hìng tròn bán kính r dây - dẫn điện có cường độ I (A) gây ta làm sau : Điểm đặt : Tại O Phương : Vng góc với mặt phẳg vòng dây Chiều : xác định theo quy tắc đinh ốc : “Quay đinh ốc theo chiều dòng điện chiều tiến điểm chiều cảm ứng từ - Độ lớn : Trong : B (T) - I (A) - r (m) BM O I r - Từ trường ống dây l - N vòng Giả sử cần xác định từ trường tâm O ống dây dẫn điện có cường độ I (A) gây ta làm sau : - Phương : song song với trục ống dây - Chiều : xác định theo quy tắc đinh ốc : “Quay đinh ốc theo chiều dòng điện chiều tiến điểm chiều cảm ứng từ Hoặc I I _Đường sức từ vào mặt Nam mặt Bắc : +Mặt Nam: nhìn vào ta thấy dòng điện chạy chiều kim đồng hồ +Mặt Bắc: nhìn vào ta thấy dòng điện chạy ngược chiều kim đồng hồ - Độ lớn : Trong : B (T) - I (A) - l (m) – N số vòng dây III.Ngun lí chồng chất từ trường     5/ Nguyên lí chồng chất từ trường: B = B1 + B2 + + Bn Chú ý:Công thức chồng chất từ trường thực dạng vec tơ *các trường hợp đặc biệt tiến hành tính độ lớn từ uuu r uu r uur trường : B12 = B1 + B2 uu r uur a) B1 ↑↑ B2 ⇒ B12 = B1 + B2 uu r uur u r uur ·u ) b) B1 ↑↓B2 ⇒ B12 = B1 − B2 uu r uur c) B1 ⊥ B2 ⇒ B12 = B12 + B22 ( d) B1.B2 = α ⇒ B12 = B12 + B22 + 2.B1.B2 cos α B – BÀI TẬP Dạng 1:Từ trường dây dẫn có hình dạng đặc biệt Bài : Dây dẫn thẳng dài vô hạn đặt không khí , có dòng điện I = 0,5 A a) Tính cảm ứng từ M , cách dây dẫn cm b) Cảm ứng từ N có độ lớn 0,5.10 -6 T Tìm quỹ tích điểm N? ĐS : a) B = 2.10-6 T ; b) Mặt trụ có R= 20 cm y Bài 2: Một dây dẫn thẳng dài xun qua vng góc với mặt phẳng hình vẽ điểm O Cho dòng điện I = 6A có chiều hình vẽ Xác định vecto cảm ứng từ điểm :A1 (x = 6cm ; y = 2cm), A2 (x = 0cm ; y = 5cm), A3 (x = -3cm ; y = -4cm), A4 (x = 1cm ; y = -3cm) ĐS : a.1,897.10-5T ; b 2,4 10-5T ;c 2,4 10-5T ; d 3,794 10-5T Bài : Cuộn dây tròn gồm 100 vòng dây đặt không khí Cảm ứng từ tâm vòng dây 6,28.10-6 T Tìm dòng điện qua cuộn dây , biết bán kính vòng dây R = cm ÑS : I = mA Bài :Ống dây dài 20 cm , có 1000 vòng , đặt không khí Cho dòng điện I = 0,5 A qua Tìm cảm ứng từ ống dây ĐS : B = 3,14.10-3 T Bài 5: Cuộn dây tròn bán kính R = 5cm (gồm N = 100 vòng dây quấn nối tiếp cách điện với nhau) đặt khơng khí có dòng điện I qua vòng dây, từ trường tâm vòng dây B = 5.10-4T Tìm I? ĐS: 0,4A Dạng 2:Nguyên lý chồng chất từ trường I/ Phương pháp - Để đơn giản trình làm tập biểu diễn từ trường người ta quy ước sau : : có phương vng góc với mặt phẳng biểu diễn , chiều vào : có phương vng góc với mặt phẳng biểu diễn , chiều - Ví dụ : I – Phương BM I r M r M BM pháp làm : Giả sử toán yêu cầu xác định từ trường tổng hợp điểm M nhiều cảm ứng từ ta làm sau : B1 : xác định từ M cảm ứng từ gây : B2 : Áp dụng nguyên lý chồng chất ta có : , = II / Bài tập vận dụng (Hai dây dẫn thẳng) , ……… I x Bài 1: Hai dòng điện thẳng dài vơ hạn đặt song song khơng khí cách khoảng d=100cm.Dòng điện chạy hai dây dẫn chạy chiều cường độ I=2A.Xác định ur cảm ứng từ B điểm M hai trường hợp sau: a)M nằm mặt phẳng chứa hai dây dẫn cách hai dây dẫn d 1=60cm, d2=40cm b)M cách hai dây dẫn d1=60cm, d2=80cm ĐS:B==3,3.10-7T; B==8,3.10-7T Bài 2: Hai dây dẫn thẳng, dài song song cách 32 (cm) khơng khí, dòng điện chạy dây I1 = (A), dòng điện chạy dây I = (A) ngược chiều với I Điểm M nằm mặt phẳng hai dây cách hai dây Tính cảm ứng từ M ĐS: 7,5.10-6 (T) Bài 3: Hai dây dẫn thẳng, dài song song cách 32 (cm) khơng khí, dòng điện chạy dây I1 = (A), dòng điện chạy dây I = (A) ngược chiều với I Điểm M nằm mặt phẳng dòng điện ngồi khoảng hai dòng điện cách dòng điện I 8(cm) Tính cảm ứng từ M ĐS: 1,2.10-5 (T) Bài 4: Hai dây dẫn thẳng song song dài vô hạn đặt cách d = 14cm khơng khí Dòng điện chạy hai dây I = I2 = 1,25A.Xác định vecto cảm ứng từ M cách dây r = 25cm trường hợp hai dòng điện: a Cùng chiều b.Ngược chiều ĐS: a B // O1O2, B = 1,92.10-6T; b B ⊥ O1O2, B = 0,56.10-6T Bài 5: Hai dây dẫn thẳng dài vô hạn d1 ; d2 đặt song song khơng khí cách khoảng 10 cm, có dòng điện chiều I1 = I2 = I = 2,4A qua Tính cảm ứng từ tại: a M cách d1 d2 khoảng r = 5cm b N cách d1 20cm cách d2 10cm c P cách d1 8cm cách d2 6cm d Q cách d1 10cm cách d2 10cm ĐS : a BM = ; b BN = 0,72.10 – T ; c BP = 10 – T ; d BQ = 0,48.10 – T T Bài 6: Cho hai dòng điện I1, I2 có chiều hình vẽ, có cường độ :I1 = I2 = I = 2A ; khoảng cách từ M đến hai dòng điện a = 2cm ; b = 1cm Xác định vector cảm ứng từ M ĐS : 4,22.10-5 T M b Bài 7: Hai dòng điện thẳng dài vơ hạn I1 = 10A ; I2 = 30A vng góc khơng khí Khoảng cách ngắn chúng 4cm Tính cảm ứng từ điểm cách dòng điện 2cm ĐS : B = 10 10-4 T = 3,16.10-4T Bài 8: Hai dây dẫn thẳng dài vô hạn đặt khơng khí vng góc (cách điện với nhau) nằm mặt phẳng Cường độ dòng điện qua hai dây dẫn I1 = 2A ; I2 = 10A a Xác định cảm ứng từ gây hai dòng điện M(x=5cm,y=4cm) mặt phẳng hai dòng điện b Xác định điểm có vector cảm ứng từ gây hai dòng điện ĐS : a.B=3.10-5T , 4,2.10-5T ; b.Những điểm thuộc đường thẳng y = 0,2x., y=5x I1 a I2 (Kết hợp) I Câu 1: Một dây dẫn dài căng thẳng trừ đoạn dây uốn thành vòng tròn bán kính 1,5cm Cho dòng điện 3A chạy dây dẫn Xác định cảm ứng từ tâm vòng tròn vòng tròn phần dây thẳng nằm mặt phẳng: D 8,6 10-5T Câu 2: Một dây dẫn dài căng thẳng trừ đoạn dây uốn thành vòng tròn bán kính 1,5cm Cho dòng điện 3A chạy dây dẫn Xác định cảm ứng từ tâm vòng tròn vòng tròn phần dây thẳng nằm mặt phẳng, chỗ bắt chéo hai đoạn dây không nối với nhau: B 16,6 10-5T (Nam châm từ trường Trái Đất) O I O Chú ý: Khi từ trường ngồi nam châm hướng theo hướng Bắc-Nam từ trường trái đất, chịu thêm từ trường ngồi chịu tổng hợp hai vectơ cảm ứng từ quay) Câu : Một dây dẫn không khí uốn thành vòng tròn bán kính R = 0.1m có I = 3.2 A chạy qua Mặt phẳng vòng dây trùng với mặt phẳng kinh tuyến từ Tại tâm vòng dây treo kim nam châm nhỏ Tính góc quay kim nam châm ngắt dòng điện Cho biết thành phần nằm ngang cảm ứng từ trái đất có ĐS:α=450 Câu : Một Ống dây điện đặt không khí cho trục vng góc với mặt phẳng kinh tuyến từ Cảm ứng từ trái đất có thành phần nằm ngang T Trong ống dây có treo kim nam châm có dòng điện I = mA chạy qua dây dẫn ta thấy kim nam châm lệch khỏi vị trí ban đầu Biết ống dây dài 31.4cm lớp Tìm số vòng dây ống ……………………………………………………………………………………………… ………………………… CHỦ ĐỂ 2:LỰC TỪ DẠNG 1:LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN ĐOẠN DÂY DẪN MANG DỊNG ĐIỆN I.Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện đặt từ trường: ur Lực từ F từ trường tác dụng lên đoạn dây thẳng l có dòng điện I có đặt điểm: -Điểm đặt: trung điểm đoạn dây -Phương ur r ( ) : vuông góc với mặt phẳng B; l -Chiều : xác đònh theo quy tắc bàn tay trái -Độ lớn : xác đònh theo công thức Ampère: ur r F = B.I l.sin B; I (1) ( ) Nhận xét: _Trường hợp đường sức dòng điện phương(tức α = 00 ∨ α = 1800 )thì F=0 _Trường hợp đường sức dòng điện vuông góc nhau(tức α = 900 )thì F= Fmax = B.I l Bài : Hãy xác đònh đại lượng yêu cầu biết: a.B=0,02T,I=2A,l=5cm, a =300 F=? b.B=0,03T,l=10cm,F=0,06N, a =450 I=? c.I=5A,l=10cm,F=0,01N a =900 B=? Bài 2:Một đoạn dây uốn gập thành khung dây có dạng tam giác AMN vuông góc A hình vẽ.Đặt khung dây vào từ trường đều,vecto cảm ứng từ song song với cạnh AN hướng từ trái sang phải.Coi khung dây nằm có đònh mặt phẳng hình vẽ urvà AM=8cm ,AN=6cm , B=3.10-3T, I=5A.Xác đònh lực từ F tác dụng lên đoạn dây dẫn trường hợp hình vẽ sau DẠNG 2:LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN HAI DÒNG ĐIỆN SONG SONG II.Lực tương tác hai dây dẫn thẳng song song mang dòng điện: Độ lớn lực tác dụng lên đoạn dây dẫn có chiều dài l là: F = 2.10−7 I1.I l (2) r -Trong đó:+r:khoảng cách hai dòng điện +I1;I2 :cường độ dòng điện chạy hai dây dẫn -Lực tương tác là:+Lực hút I1 Z Z I +Lực đẩy I1 Z [ I Bài 1: Hai dây dẫn thẳng, dài song song cách 10 (cm) chân khơng, dòng điện hai dây chiều có cường độ I = (A) I = (A) Tính lực từ tác dụng lên 20(cm) chiều dài dây ĐS: lực hút có độ lớn 4.10-6 (N) Bài 2: Hai dây dẫn thẳng, dài song song đặt khơng khí Dòng điện chạy hai dây có cường độ (A) Lực từ tác dụng lên mét chiều dài dây có độ lớn 10-6(N) Tính khoảng cách hai dây ĐS: 20 (cm) DẠNG 3:LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN KHUNG DÂY ` IV.Mômen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây mang dòng điện:  M = BISsinθ Với θ = ( B, n) (4) M: mômen ngẫu lực từ (N.m) B: cảm ứng từ (T) I: cường độ dòng điện qua khung (A) S: diện tích khung dây (m2)  n : vectơ pháp tuyến khung dây  • Chiều vectơ pháp tuyến: n hướng khỏi mặt Bắc khung Mặt Bắc mặt mà nhìn vào ta thấy dòng điện chạy ngược chiều kim đồng hồ Nhận xét: _Trường hợp đường sức vuông góc với mặt phẳng khung lực từ không làm cho khung quay mà có tác dụng làm biến dạng khung _Trường hợp đường sức từ nằm mặt phẳng khung M=Mmax= I.B.S Bài 1: Khung dây dẫn hình vng cạnh a = 20 (cm) gồm có 10 vòng dây, dòng điện chạy vòng dây có cường độ I = (A) Khung dây đặt từ trường có cảm ứng từ B = 0,2 (T), mặt phẳng khung dây chứa đường cảm ứng từ Tính mơmen lực từ tác dụng lên khung dây ĐS: 0,16 (Nm) Bài 2: Một khung dây dẫn hình chữ nhật ABCD đặt từ trường có cảm ứng từ B=5.10-2 (T) Cạnh AB khung dài (cm), cạnh BC dài (cm) Dòng điện khung dây có cường độ I = (A) Giá trị lớn mômen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây có độ lớn bao nhiêu? ĐS: 3,75.10-4 (Nm) Bài 3: Một khung dây cứng hình chữ nhật có kích thước (cm) x (cm) đặt từ trường Khung có 200 vòng dây Khi cho dòng điện có cường độ 0,2 (A) vào khung mơmen ngẫu lực từ tác dụng vào khung có giá trị lớn 24.10 -4 (Nm) Tính độ lớn cảm ứng từ từ trường ĐS: 0,10 (T) DẠNG 4: LỰC LORENXƠ a.lí thuyết III.Lực từ tác dụng lên điện tích chuyển động từur trường-lực Lorentz: Lực từ F từ trường tác dụng lên điện tích chuyển động từ trường có đặt điểm -Điểm đặt:điện tích ur r -Phương : vuông góc với mặt phẳng B; v ( ) -Chiều : xác đònh theo quy tắc bàn tay trái* -Độ lớn : xác đònh theo công thức Lorentz: ur r F = q B.v.sin ( B; v ) (3) Nhận xét: _Lực Loren không làm thay đổi độ lớn vận tốc hạt mang điện, mà làm thay đổi hướng vận tốc _Khi α=0 hạt mang điện chuyển động tròn từ trường Bài tốn 1: [6] Một hạt có khối lượng m → → điện tích q bay vào từ trường có cảm ứng từ Β Hạt có vận tốc v hướng vng góc với đường sức từ Hãy xác định xem hạt chuyển động từ trường? → Giải: Hạt chịu tác dụng lực Lorent FL , lực có độ lớn V → khơng đổi FL = qvB có hướng ln vng góc với v ( hình vẽ) → Gia tốc hạt a = FL có độ lớn khơng đổi thời m → điểm chuyển động, vng góc với vận tốc Như vậy, hạt FL B R ● toán xét chuyển động tròn lực Lorentz truyền cho gia tốc hướng tâm mv = qvB R mv qB 2πR 2πm = Và chu kỳ quay hạt là: T = v qB Nghĩa bán kính quỹ đạo tròn R = Chú ý: chu kỳ quay hạt không phụ thuộc vào vận tốc hạt  ... từ trường tổng hợp điểm M nhiều cảm ứng từ ta làm sau : B1 : xác định từ M cảm ứng từ gây : B2 : Áp dụng nguyên lý chồng chất ta có : , = II / Bài tập vận dụng (Hai dây dẫn thẳng) , ……… I x Bài. .. tròn từ trường Bài tốn 1: [6] Một hạt có khối lượng m → → điện tích q bay vào từ trường có cảm ứng từ Β Hạt có vận tốc v hướng vng góc với đường sức từ Hãy xác định xem hạt chuyển động từ trường? ... ………………………… CHỦ ĐỂ 2:LỰC TỪ DẠNG 1:LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN ĐOẠN DÂY DẪN MANG DỊNG ĐIỆN I.Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện đặt từ trường: ur Lực từ F từ trường tác dụng lên đoạn