Tự học Lý lớp 10, tự học Lý lớp 11, tự học Lý lớp 12.

Theo thuyết này thì từ trường Trái Đất chủ yếu được hình thành từ các dòng đối lưu trong chất lỏng của Trái Đất ở độ sâu trên 3000 km.. Sự khác biệt về nhiệt độ trong chất lỏng của Trái[r]

(1)

Chương IV: TỪ TRƯỜNG Bài 19: TỪ TRƯỜNG I/ NAM CHÂM

- Nam châm loại có khả hút - Vật liệu dùng để làm nam châm thường chất - Mỗi nam châm có phân biệt cực

và cực

- Giữa nam châm có tương tác với Lực tương tác gọi nam châm gọi có

+ Cùng + Trái II/ TỪ TÍNH CỦA DÂY DẪN CĨ DỊNG ĐIỆN

- Dịng điện tác dụng lực lên nam châm - Nam châm tác dụng lực lên dịng điện - Hai dịng điện tương tác với

Kết luận: Giữa hai dây dẫn có , hai nam châm,

có lực gọi

III/ TỪ TRƯỜNG 1/Định Nghĩa

Từ trường dạng tồn không gian mà biểu cụ thể .của .tác dụng lên hay đặt

2/ Hướng từ trường điểm:

Ta quy ước: Hướng từ trường điểm hướng kim nam châm nhỏ nằm điểm

IV/ ĐƯỜNG SỨC TỪ 1/ Định Nghĩa

Đường sức từ đường không gian có , cho .tại điểm có .trùng với từ trường điểm

2/ Các ví dụ đường sức từ

Sgk trang 121, 122 3/ Các tính chất đường sức từ

- Qua điểm không gian vẽ đường sức từ

- Các đường sức từ đường - Chiều đường sức từ tuân theo xác định

(2)

V/ TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT

Từ trường Trái Đất trường từ Trái Đất, xuất tính chất từ vật chất Trái Đất hợp thành tạo Từ trường Trái Đất tồn từ lịng Trái Đất đến khơng gian rộng lớn bao quanh Trái Đất Nguyên nhân gây từ trường giải thích theo thuyết geodynamo Từ trường Trái Đất coi lưỡng cực từ trường, với cực gần cực bắc địa lý cực gần cực nam địa lý Một đường thăng tưởng tượng nối hai cực tạo thành góc khoảng 11,3° so với trục quay Trái Đất

Trên mặt đất cường độ từ trường vào khoảng từ 25 đến 65 micro tesla (0,25 đến 0,65 gauss) Các từ trường mở rộng vơ hạn, nhiên xét điểm xa nguồn chúng yếu dần Từ trường Trái Đất có tác dụng đến hàng chục ngàn km vũ trụ gọi Từ

quyển Từ Trái Đất với khí chặn dịng hạt tích điện, bảo vệ sống

Trái Đất

Nghiên cứu từ trường Trái Đất lĩnh vực địa vật lý Kết nghiên cứu áp dụng để miêu tả từ trường hành tinh, thiên thể khác

Tầm quan trọng

Từ trường Trái Đất có tác dụng ngăn cản hầu hết gió Mặt Trời, chứa hạt tích điện thổi đến làm tước tầng ozone mà giúp bảo vệ Trái Đất khỏi xạ cực tím có hại từ Mặt Trời.[4] Một chế tước không khí bị bẫy bong bóng từ, bị thổi tách gió Mặt Trời.[5] Các tính toán mát cacbon dioxide từ bầu khí Hỏa, kết từ tác động va chạm với ion gió Mặt Trời, tiêu tán từ trường Hỏa làm gần hết bầu khí hành tinh

Lĩnh vực nghiên cứu khứ từ trường Trái Đất biết đến cổ địa từ.[8] Lịch sử phân cực từ trường Trái Đất ghi lại đá mácma núi lửa, đảo ngược cực từ phát dựa "vằn từ" tập trung vào sống núi đại dương nơi mà trình tách giãn đáy đại dương lan rộng, ổn định cực địa từ lần đảo ngược cho phép nhà phân tích cổ địa từ biết chuyển động lục địa khứ Sự đảo ngược sở cho nghiên cứu từ địa tầng (magnetostratigraphy), cách để xác định tuổi đá trầm tích Trường từ làm từ hóa lớp vỏ Trái Đất, dị thường từ có ứng dụng để tìm kiếm quặng kim loại

Con người sử dụng la bàn để xác định phương hướng từ kỷ XI TCN cho mục đích di chuyển từ kỷ XII Mặc dù độ từ thiên thay đổi theo thời gian, di chuyển chậm chạp làm cho la bàn đơn giản hữu ích việc điều hướng Khả cảm nhận từ (magnetoreception) sinh vật khác nhau, từ số loại vi khuẩn đến chim bồ câu, giúp chúng sử dụng từ trường Trái Đất để định hướng điều hướng

Phát từ trường

Từ thượng cổ, người biết đến từ trường Trái Đất phát minh la bàn để định phương hướng

Vào năm 1600, nhà vật lý người Anh William Gilbert đưa giả thuyết Trái Đất nam châm khổng lồ Ông làm cầu lớn sắt nhiễm từ, gọi "Trái Đất tí hon" đặt từ cực địa cực Đưa la bàn lại gần Trái Đất tí hon ơng thấy ngồi hai cực, điểm cầu, kim la bàn hướng Nam Bắc Hiện chưa có giải thích chi tiết thỏa đáng nguồn gốc từ tính Trái Đất

(3)

được hình thành tạo từ trường cho Trái Đất Tuy nhiên, thuyết cịn số điểm chưa rõ ràng Trong q trình hình thành từ trường Trái Đất, cần có "từ trường nguyên thuỷ", từ trường hình thành từ cách nào? Đây tồn chưa giải ngành khoa học Trái Đất

Gần đây, nhà khoa học cho ngồi từ trường Trái Đất hình thành từ lõi ngồi chiếm 98%, cịn có phần từ trường với nguồn gốc bên ngồi Trái Đất chiếm 2%, phần từ trường lại hay biến đổi, phần quan trọng gây tác động thể sống

Đặc điểm

Cũng nam châm, Trái Đất có cực địa từ, không trùng với cực địa lý Cực Bắc từ có toạ độ 70° Vĩ Bắc Và 96° Kinh Tây, lãnh thổ Canada, cách cực Bắc địa lý 800 km Cực Nam từ có toạ độ 73° Vĩ Nam 156° Kinh Đông vùng Nam cực, cách cực Nam địa lý 1000 km Trục từ trường tạo với trục Trái Đất góc 11° Các từ cực thường có vị trí khơng ổn định đảo ngược theo chu kỳ Do đồ địa từ phải thường xuyên điều chỉnh (5 năm lần) Việc thu nhập thông tin từ vệ tinh phát vành đai xạ bao quanh Trái Đất mơi trường khí cao từ 500–600 km dến 60.000- 80.000 km: từ (tầng điện ly trở lên)

Cường độ

Cường độ từ trường thường đo gauss (G), thông thường báo cáo nanotesla (nT), với G = 100.000 nT Một nanotesla gọi gamma (γ) Tesla đơn vị SI trường từ B Từ trường Trái Đất nằm phạm vi từ 25.000 đến 65.000 nT (0,25-0,65 G) Để so sánh, nam châm tủ lạnh mạnh có cường độ từ khoảng 10.000.000 nanotesla

(100 G)

Bản đồ đường đồng mức cường độ gọi "biểu đồ đẳng động lực học" Như Mô hình Từ trường Thế giới cho thấy, cường độ có xu hướng giảm từ cực đến xích đạo Một cường độ tối thiểu xảy Dị thường Nam Đại Tây Dương phía Nam Mỹ có cực đại miền bắc Canada, Siberia bờ biển Nam Cực phía nam Úc

Độ từ khuynh

Độ từ khuynh cho góc giả định giá trị từ -90° (lên) đến 90° (xuống) Ở bán cầu bắc, trường trỏ xuống Nó trỏ thẳng xuống cực Bắc từ quay ngược trở lên vĩ độ giảm nằm ngang (0°) xích đạo từ Nó tiếp tục quay lên trỏ thẳng lên cực Nam từ Độ từ khuynh đo vịng trịn đo góc từ khuynh Một biểu đồ đẳng khuynh (bản đồ đường đồng mức từ khuynh) cho từ trường Trái đất hiển thị bên

Độ từ thiên

(4)

Bài 20: LỰC TỪ - CẢM ƯNG TỪ I/ CÔNG THỨC

1/ Từ trường đều:

Từ trường trường mà đặc tính điểm, đường sức từ đường , cách

2/ Lực từ từ trường tác dụng lên đoạn dây dẫn có dịng điện

Một dây dẫn MN = l có dịng điện I chạy qua đặt từ trường B hợp với dây dẫn l góc  chịu tác dụng lực F có:

 Điểm đặt:  Phương:  Chiều: theo quy tắc bàn tay trái

Phát biểu quy tắc: Đặt bàn tay trái duỗi thẳng cho đường sức từ ( ) vào ., chiều từ .đến chiều Khi đó, ngón choải 90o chiều tác dụng lên dây dẫn

 Độ lớn: F = BIlsin

Trong đó: F : lực từ tác dụng lên dây dẫn (N) B : cảm ứng từ (T = Tesla)

I : cường độ dòng điện (A)

l: chiều dài dây dẫn (m)

 : góc hợp B l

Chú ý:

 Chiều mũi tên hướng vào mặt phẳng hình vẽ: X +  Chiều mũi tên hướng mặt phẳng hình vẽ: 

II/ BÀI TẬP

1/ Xác định hướng lực từ trường hợp sau:

a/ b/ c/ d/ I 

I + B  I B  I

e/ I f/ g/ h/ B B + I B I  I +

N S

N

S

(5)

2/ Xác định hướng cảm ứng từ B trường hợp sau

a/ F b/ c/ I d/ I 

I + F F  I  F

e/ f/ g/ F F + I F + I +

I

3/ Xác định chều cường độ dòng điện I trường hợp sau: a/ b/ c/ d/ F 

F + B  F B  F

e/ F f/ g/ h/ B B + F B F F +

4/ Tính lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn dài 20cm, mang dòng điện I = 15A đặt từ trường có B = 0,06T Biết cảm ứng từ dòng điện dây dẫn hợp với mơt góc 30o 5/ Cho dịng điện I = 10A chạy dây dẫn dài 30cm đặt từ trường có B = 0,2T

Lực từ tác dụng lên dây dẫn 100 mN Tính góc hợp vecto cảm ứng từ dòng điện dây dẫn

6/ Dây dẫn MN có dịng điện I chạy qua đặt từ trường B hình vẽ sau: F B B



M I N I 60o 45o I

M N M N Hình a Hình b Hình c

a/ Cho MN = 10cm, I = 5A, F = 0,02N Xác định B

b/ Biết Mn B thuộc mặt phẳng hình vẽ Cho I = 2A, B = 0,02T, MN = 5cm Xác định F

c/ Biết Mn B thuộc mặt phẳng hình vẽ Cho F = 0,05N, B = 0,03T, MN = 10cm Xác định I chạy qua MN phương chiều F

N S

N

S

(6)

Bài 21: TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN

CHẠY TRONG CÁC DÂY DẪN CĨ HÌNH DẠNG ĐẶC BIỆT I/ CÔNG THỨC

1/ Từ trường dòng điện chạy dây dẫn thẳng dài

Cảm ứng từ B điểm M gây dịng điện có cường độ I chạy day dẫn thẳng có:

 Phương : vng góc với tạo

 Độ lớn :

2.10 I B

r 



Trong đó: B : cảm ứng từ điểm dòng điện thẳng gây (T) I : cường độ dòng điện dây dẫn (A)

r : khoảng cách từ điểm xét đến dòng điện (m)  Chiều đường cảm ứng từ: theo quy tắc nắm tay phải

Đặt bàn tay phải cho chiều Khi đó, chiều chiều

Vẽ hình minh họa:

2/ Từ trường dòng điện chạy dây dẫn uốn thành vòng tròn  Phương: vng góc với chứa

 Độ lớn:

.2 10 I B N

R

 



Trong đó: B : cảm ứng từ tâm O dòng điện tròn (T) N : số vòng dây tròn khung (vòng)

I : cường độ dòng điện khung (A) R : bán kính vịng tròn (m)

 Chiều : theo quy tắc nắm tay phải

(7)

3/ Từ trường dịng điện chạy ống dây dẫn hình trụ  Độ lớn: B = 4.10-7.n.I (n N

l

 )

Trong đó: B: cảm ứng từ lòng ống dây (T) N : tổng số vòng dây (vòng)

I : cường độ dòng điện ống dây (A) n : số vòng dây đơn vị dài (vòng/m)

l : chiều dài ống dây hình trụ (m)

Chú ý: Nếu đề cho chiều dài sợi dây quấn L N L d



 với d đường kính (m)  Chiều đường sức từ: Theo quy tắc nắm tay phải

Vẽ hình minh họa:

II/ BÀI TẬP

1/ Một dây dẫn thẳng dài mang dịng điện có cường độ I = 0,4A, đặt khơng khí a Tính cảm ứng từ điểm M cách dây dẫn 5cm

b Biết cảm ứng từ điểm N 2.10-6T Tính khoảng cách từ N đến dây dẫn ĐS: a BM = 1,6.10-6T b RN = 4cm

2/ Hai dây dẫn dài song song với nhau, nằm cố định mặt phẳng P cách

khỏang d= 16cm Dịng điện chạy hai dây dẫn có cừơng độ I = 10A Tính cảm ứng từ điểm nằm mặt phẳng P cách hai dây

dẫn hai trường hợp:

a Dòng điện hai dây dẫn chiều

b Dịng điện hai dây dẫn ngược chiều

Đáp số a B= 0; b B = 5.10-5T

3/ Hai dây dẫn thẳng dài vơ hạn, song song khơng khí cách khoảng AB = 6cm có dịng điện chiều I1 = I2 = A Xác định cảm ứng từ tại:

a) M trung điểm AB

b) N cách A khoảng 12 cm cách B khoảng 6cm

c) Tại C Biết C nằm đường trung trực AB cách AB khoảng 6cm

4/ Hai dây dẫn thẳng dài vơ hạn song song khơng khí cách khoảng d = 6cm có dịng điện I1 = 1A, I2 = 2A chạy qua, ngược chiều Định vị trí điểm có cảm ứng từ

(8)

6/ Cho dây dẫn thẳng song song đặt A, B cách 8cm chân khơng có I1 = I2 = 10A chạy chiều Tìm cảm ứng từ điểm :

a) M có MA = 2cm, MB = 10cm b) N cách A,B khoảng cm c) Tại P có PA = 6cm, PB = 10cm

d) Tìm vị trí H có từ trường e) Tìm vị trí K có B1B2 B1 3B2

7/ Vòng dây tròn có bán kính R = 3,14cm, mang dòng điện I = 0,87A  (A)

3 , có trục hợp với vectơ cảm ứng từ từ trường góc  = 600 Cho B0 = 10-5T độ lớn cảm ứng từ từ trường Xác định B tâm vịng dây

ĐS: B = 2,4.10-5T

8/ Một ống dây thẳng chiều dài 20cm, đường kính 2cm Một dây dẫn có vỏ bọc cách điện dài 300m quấn theo chiều dài ống Ống dây khơng có lõi đặt khơng khí Cường độ dịng điện qua dây dẫn 0,5A Tìm cảm ứng từ ống dây

ÑS: B = 15.10-3T

9/ Hai dây dẫn thẳng dài đặt song song có mang dịng điện I1 = I2 = 10A, ngược chiều Xác định vectơ cảm ứng từ điểm M cách hai dây khoảng 5cm Vẽ hình Biết hai dây đặt điểm A B khơng khí, AB = 10cm

Đáp số : BM = 8.10-5T 10/ Một sợi dây dẫn dài căng thẳng, trừ đoạn khoảng

dây uốn lại thành vịng trịn hình Bán kính vịng trịn dây dẫn R = 6cm Cho cường độ dòng điện I = 3,75 A chạy qua dây dẫn Tính cảm ứng từ tâm vịng tròn Đồng thời rõ phương chiều vecto cảm ứng từ B điểm

Đáp số :B = 2,68.10-5T

11/ Một ống dây dài có 1200 vịng dây Cảm ứng từ bên ống dây (không kể từ trường trái đất)là B = 7,5.10-3T Tính cường độ dịng điện ống dây Cho biết ống dây dài 20cm

Đáp số : I = 1A

12/ Hai dịng điện thẳng dài có cường độ I1 = 10A I2 = 30A vng góc Khoảng cách ngắn chúng 4cm I1

Tính cảm ứng từ điểm cách dòng điện 2cm  I2 ĐS: 3,16.10-4T

13/ Cho dòng điện song song cường độ I = 20A đặt đỉnh I1  I2 hình vng cạnh a = 20cm Xác định cảm ứng từ tâm O

ĐS : 8.10-5T

(9)

Bài 22: LỰC LORENTZ I/ CÔNG THỨC

1/ Lực Lorentz : .tác dụng lên hạt mang chuyển động với có:

 Phương:  Chiều: xác định quy tắc bàn tay trái

Đặt bàn tay trái cho hướng vào lòng bàn tay, chiều từ đến .chỉ chiều .khi chiều Khi đó, choãi chiều

 Điểm đặt:  Độ lớn: fL | |q vBsin

2/ Chuyển động hạt mang điện từ trường

Hạt điện tích q, khối lượng m bay vào với vận tốc ban đầu với từ trường, có quỹ đạo nằm mặt phẳng vng góc với từ trường với bán kính:

| |

mv R

q B

 3/ Nhắc lại chuyển động tròn

a) Chu kì T(s) ; tần số f (Hz – vịng/s), vận tốc góc  (rad/s) T

f

 

 

b) Liên hệ vận tốc góc  vận tốc dài v (m/s) v = R.

VD1/ (7/138 SGK) Hạt proton chuyển động theo quỹ đạo trịn bán kính 5m tác dụng

từ trường B = 10-2 T Cho mp = 1,672.10-27 kg Xác định: a) Tốc độ proton

b) Chu kì chuyển động proton

ĐS: a) 4,784.106 m/s b) 6,6.10-6 s

4/ Nhắc lại định lý động

2

1

2

A mv  mv mà A = |q|U  | | 22 12

2

(10)

VD2: (22.7/55 SBT) Hạt electron với vận tốc đầu 0, gia tốc qua hiệu điện 400V

Tiếp đố, dẫn vào miền có từ trường với Bv Quỹ đạo electron đường trịn bán kính R = 7cm.Xác định cảm ứng từ B.Cho e = -1,6.10-19 C;

me = 9,1.10-31 kg

ĐS: 0,96.10-3 T

II/ BÀI TẬP

1/ Xác định lực Lorentz tác dụng lên hạt electron chuyển động với vận tốc v = 2.106 m/s từ trường B = 0,1T

2/ Xác định vận tốc v hạt proton chuyển động từ trường B = 0,2T biết lực Lorentz tác dụng lên hạt proton 1,8.10-3 N

3/Một chùm hạt  có vận tốc ban đầu không đáng kể tăng tốc HĐT U= 106V Sau tăng tốc, chùm hạt bay vào từ trường cảm ứng từ B= 1,8T Phương bay chùm hạt vng góc với đường cảm ứng từ

a) Hỏi vận tốc hạt  bắt đầu bay vào từ trường ? b) Hỏi lực Lorenx tác dụng lên hạt ?

Cho biết hạt  có khối lượng m= 6,67.10-27kg điện tích q= 3,2.10-19C

4/ Electron gia tốc hiệu điện U = 1000V bay vào từ trường Bv, B = 1,19.10-3T Tính bán kính chu kì quay quỹ đạo

ĐS: 9cm ; 3.10-8s

5/ Hạt electron chuyển động với vận tốc v = 5.106 m/s vùng có điện trường BE Cường độ điện trường E = 103 V/m Xác định hướng E độ lớn B cho electron chuyển động điện từ trường

ĐS: 2.10-4T

6/ Hai hạt m1 = 1,6.10-27 kg , q1 = 1,6.10-19C m2 = 6,6.10-27kg , q2 = 3,2.10-19C bay vào từ trường với vận tốc v có phương vng góc với đường cảm ứng Bán kính quỹ đạo m1 R1 = 7,5 cm Tính R2 = ? ĐS : 15 cm

Hendrik Antoon Lorentz (18 tháng năm 1853, Arnhem – tháng năm 1928, Haarlem) nhà vật lý Hà Lan nhận chung Giải Nobel Vật lý với Pieter Zeeman phát cách giải thích lý thuyết hiệu ứng Zeeman Lorentz phát triển công cụ nhận thức toán học làm trung tâm thuyết tương đối đặc biệt mà sau nhà bác học Albert Einstein hoàn thiện

Định dạng
Số trang	10
Dung lượng	443,58 KB