Hỏi khối lượng các quả cân cần lấy bớt đi (hay đặt thêm vào) ở đĩa bên phải ? Coi hai cánh tay đòn của cân dài bằng nhau. Tính momen lực của các lực từ tác dụng lên khung dây CDEG đối vớ[r]
(1)Chương 6: TỪ TRƯỜNG
Bài 32: TƯƠNG TÁC TỪ - TỪ TRƯỜNG A TÓM TẮT LÝ THUYẾT
1 Tương tác từ
a) Tương tác nam châm nam châm
Hai cực tên nam châm đẩy nhau, hai cực khác tên hút Lực mà nam châm tác dụng lên gọi lực từ
b) Tương tác nam châm dịng điện
Thí nghiệm cho thấy dòng điện qua dây dẫn làm lệch kim nam châm đặt gần Vậy dịng điện tác dụng lực từ lên nam châm
c) Tương tác dòng điện dòng điện
Hai dây dẫn song song mang hai dịng điện ngược chiều đẩy Hai dây dẫn song song mang hai dịng điện chiều hút
d) Tương tác từ
Tương tác nam châm với nam châm, dòng điện với nam châm, dòng điện với dòng điện gọi tương tác từ
2 Từ trường
Qua thí nghiệm ta thấy xung quanh nam châm hay dòng điện có từ trường
Vì dịng điện điện tích chuyển động tạo thành nên suy xung quanh điện tích chuyển động có từ trường
Từ trường có tính chất tác dụng lực từ lên nam châm hay dòng điện đặt B BÀI TẬP
1 Mơ tả nói ý nghĩa thí nghiệm Erted
Hướng dẫn
Mơ tả thí nghiệm: Căng dây dẫn dọc theo kim nam châm quay tự do, chẳng hạn kim la bàn, sau cho dịng điện chạy qua dây dẫn ta thấy kim nam châm bị quay
Ý nghĩa:
+ Thí nghiệm Erted chứng tỏ dịng điện gây lực từ lên nam châm + Thí nghiệm chứng tỏ tượng điện từ có liên quan 2 Tương tác từ ?
Hướng dẫn
Tương tác nam châm với nam châm, dòng điện với nam châm, dòng điện với dòng điện gọi tương tác từ
3 Nêu tính chất từ trường Dùng nam châm thử ta làm để phát nơi có từ trường ?
Hướng dẫn
Đặc tính từ trường gây lực từ tác dụng lên nam châm thử đặt
(2)Bài 33: VECTO CẢM ỨNG TỪ - ĐƯỜNG SỨC TỪ A TÓM TẮT LÝ THUYẾT
1 Vecto cảm ứng từ
Vecto cảm ứng từ đại lượng đặc trưng cho từ trường mặt tác dụng lực từ Ký hiệu B. Phương nam châm thử nằm cân điểm phương vecto B điểm đó. Ta quy ước chiều từ cực Nam sang cực Bắc nam châm chiều vecto B.
Độ lớn B gọi cảm ứng từ Đối với cảm ứng từ: đoạn dòng điện đặt hai điểm khác từ trường Lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện lớn cảm ứng từ điểm lớn
2 Đường sức từ a) Từ phổ
Từ phổ hình ảnh đường sức từ
Từ phổ nam châm hình chữ U: “đường mạt sắt” bên hai cực song song với cách
b) Đường sức từ Định nghĩa:
Đường sức từ đường cong có hướng, vẽ từ trường, cho vecto cảm ứng từ điểm đường cong có phương tiếp tuyến với đường cong có chiều trùng với chiều đường cong
c) Tính chất đường sức từ
Các đường sức từ có số tính chất sau:
+ Tại điểm từ trường ta vẽ đường sức từ qua điểm
+ Các đường sức từ đường cong kín Nếu nam châm đường sức từ từ cực Bắc vào cực Nam
+ Tại điểm từ trường ta vẽ đường sức từ qua điểm
+ Các đường sức từ đường cong kín Nếu nam châm đường sức từ từ cực Bắc vào cực Nam
+ Các đường sức từ không cắt
+ Mật độ đường sức từ dày cảm ứng từ nơi lớn hơn, nơi đường sức từ thưa cảm ứng từ nơi nhỏ
3 Từ trường đều
Từ trường từ trường mà vecto cảm ứng điểm
(3)B BÀI TẬP
1 Vecto cảm ứng từ ? Nói rõ phương chiều vecto cảm ứng từ. Hướng dẫn
Vecto cảm ứng từ đại lượng đặc trưng cho từ trường mặt tác dụng lực từ Ký hiệu B. Phương nam châm thử nằm cân điểm phương vecto B điểm đó. Ta quy ước chiều từ cực Nam sang cực Bắc nam châm chiều vecto B.
2 Đường sức từ ?
Hướng dẫn
Đường sức từ đường cong có hướng, vẽ từ trường, cho vecto cảm ứng từ điểm đường cong có phương tiếp tuyến với đường cong có chiều trùng với chiều đường cong
3 Nêu quy tắc vẽ đường sức từ.
Hướng dẫn Quy tắc vẽ đường sức từ:
+ Tại điểm từ trường ta vẽ đường sức từ qua điểm
+ Các đường sức từ đường cong kín Nếu nam châm đường sức từ từ cực Bắc vào cực Nam
+ Các đường sức từ không cắt
+ Mật độ đường sức từ dày cảm ứng từ ỏ nơi lớn hơn, nơi đường sức từ thưa cảm ứng từ nơi nhỏ
4 Từ trường ? Có thể nói đường sức từ từ trường đều. Hướng dẫn
Từ trường từ trường mà vecto cảm ứng điểm
(4)Bài 34: PHƯƠNG VÀ CHIỀU CỦA LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN DỊNG ĐIỆN A TĨM TẮT LÝ THUYẾT
1 Phương lực từ
Lực từ tác dụng lên đoạn dịng điện có phương vng góc với mặt phẳng chứa đoạn dòng điện vecto cảm ứng từ điểm đặt đoạn dịng điện
1, 2: hai cực Bắc, Nam nam châm điện hình chữ U 3: cuộn dây nam châm điện
4: lực kế
5: sợi dây mềm
ABCD: khung dây (trong hình khơng vẽ dây nối để đưa dịng điện vào khung)
2 Chiều lực từ
Chiều lực từ tuân theo quy tắc bàn tay trái
Quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái cho đường sức từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay trùng với chiều dịng điện ngón chỗi 900 chiều lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện
B BÀI TẬP
1 Trong thí nghiệm lực từ phần chiều lực từ thay đổi nếu: a) Đổi chiều dòng điện AB
b) Quay nam châm để đổi chiều đường sức từ
c) Đồng thời vừa đổi chiều dòng điện nam châm AB vừa quay nam châm để đổi chiều đường sức từ ?
Hướng dẫn
a) Khi đổi chiều dòng điện AB chiều lực từ tác dụng lên AB hướng từ lên
b) Khi ta quay nam châm để đổi chiều đường sức từ lực từ tác dụng lên AB có chiều hướng từ lên
c) Nếu ta đồng thời vừa đổi chiều dòng điện AB vừa quay nam châm để đổi chiều đường sức từ chiều lực từ tác dụng lên không đổi
2 lực từ tác dụng lên đoạn dịng điện có phương vừa vng góc với đoạn dịng điện vừa vng góc với đường sức từ qua điểm khảo sát Nói hay sai ?
Hướng dẫn Nói
(5)(6)Bài 35: CẢM ỨNG TỪ - ĐỊNH LUẬT AMPÈRE A TÓM TẮT LÝ THUYẾT
1 Cảm ứng từ
Cảm ứng từ đại lượng đặc trưng cho từ trường mặt tác dụng lực, đo thương số lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có độ dài đủ nhỏ mang dịng điện đặt vng góc với đường cảm ứng từ điểm khảo sát tích cường độ dòng điện với độ dài đoạn dây dẫn
F B
Il Trong hệ SI, đơn vị cảm ứng từ tesla, ký hiệu T 2 Định luật Ampère
Dòng điện cường độ I chạy đoạn dây chiều dài l đặt từ trường đều, độ lớn lực từ tác dụng lên đoạn dịng điện xác định công thức:
sin
F BIl
- Với góc hợp đoạn dịng điện vecto cảm ứng từ. - Điểm đặt lực từ: trung điểm đoạn dây
- Phương chiều: tuântheo quy tắc bàn tay trái
3 Lực từ tác dụng hai dây dẫn thẳng song song
Lực tác dụng lên mét chiều dài hai dây dẫn thẳng song song, mang dòng điện:
7
2.10 I I F
r
B BÀI TẬP
B.1 Câu hỏi
1 Viết công thức biểu diễn định luật Ampère.
Hướng dẫn
Dòng điện cường độ I chạy đoạn dây chiều dài l đặt từ trường đều, độ lớn lực từ tác dụng lên đoạn dịng điện xác định cơng thức: F BIlsin
Trong góc hợp đoạn dòng điện vecto cảm ứng từ.
2 Hai đoạn dòng điện MN, PQ đặt từ trường hình vẽ Hỏi lực từ tác dụng lên các đoạn dịng điện ?
Hướng dẫn
Lực từ tác dụng lên hai đoạn dịng điện MN, PQ dịng điện song song với vecto cảm ứng từ
B.2 Bài tập
1 Một đoạn dây dẫn có dịng điện đặt từ trường song song với vecto cảm ứng từ Hỏi lực từ tác dụng lên đoạn dây có phụ thuộc vào chiều dài đoạn dây cường độ dòng điện đoạn dây khơng ? Giải thích ?
Hướng dẫn
Lực từ tác dụng lên đoạn dây khơng phụ thuộc vào chiều dài đoạn dây cường độ dịng điện đoạn dây, dịng điện song song với vecto cảm ứng từ nên 0 suy F = 0.
2 Một đoạn dây dẫn dài cm đặt từ trường vuông góc với vecto cảm ứng từ Dịng điện qua dây có cường độ 0,75 A Lực từ tác dụng lên đoạn dây 3.10-3 N Xác định cảm ứng từ từ trường
(7)Lực từ tác dụng lên đoạn dây: sin
F BIl
Vì đoạn dây vng góc với vecto cảm ứng từ nên 900 sin 1
Cảm ứng từ từ trường:
3
3.10
0, ( ) 0,75.2.10 F B T Il
3 Đoạn dòng điện MN đặt từ trường hình Đoạn dịng điện đường sức từ đều nằm mặt phẳng hình vẽ Cảm ứng từ 0,5 T; MN dài cm cường độ dòng điện qua MN A Lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện 0,045 N
a) Hỏi phương chiều lực từ tác dụng lên dịng điện ? b) Tính góc hợp dịng điện vecto cảm ứng từ
Hướng dẫn a) Áp dụng quy tắc bàn tay trái ta có:
Lực từ có chiều hướng vào mặt phẳng hình vẽ b) Theo định luật Ampère ta có:
2
0,045
sin sin = 0,3
0,5.5.6.10 17 27 '
F F BIl BIl
4 Phần tử dòng điện Il nằm từ trường có đường sức từ thẳng đứng Phải đặt Il lực điện từ:
a) nằm ngang ? b) không ?
Hướng dẫn a) Đặt theo phương không song song với đường sức từ b) Đặt theo phương song song với đường sức từ
5 Phần tử dòng điện Il treo nằm ngang từ trường Hướng độ lớn cảm ứng từ B phải để lực điện từ cân với trọng lực mg phần tử dòng điện ?
Hướng dẫn
Cảm ứng từ B nằm theo phương ngang cho lực từ tác dụng lên đoạn dây hướng thẳng đứng lên thỏa mãn: F IlBsin mg.
6 Hạt proton chuyển động theo quỹ đạo trịn bán kính m tác dụng từ trường B = 10-2 T Xác định:
a) Tốc độ proton
b) Chu kì chuyển động proton Cho mp = 1,672.10-27 kg
Hướng dẫn a) Từ
2 19
0
0 27
1,6.10 5.10
4, 78.10 / 1,672.10
q RB mv
q vB v m s
R m
b) Chu kỳ:
6
2 R 2.3,14.5
(8)7 Trong từ trường có B thẳng đứng, cho dòng ion bắt đầu vào từ điểm A ra C, cho AC 1/2 đường tròn mặt phẳng ngang Các ion có điện tích, vận tốc đầu Cho biết khoảng cách AC ion C2H5O+ 22,5 cm, xác định khoảng cách AC ion C2H5OH+; C2H5+; OH+; CH2OH+; CH3+; CH2+
Hướng dẫn - Khoảng cách AC đường kính quỹ đạo trịn: AC = 2R
- Từ
mv R
q B
thấy với q0, v B khơng đổi R tỉ lệ thuận với khối lượng ion tức tỉ lệ thuận với phân tử gam ion
Ta lập bảng sau:
Ion C2H5O+ C2H5OH+ C2H5+ OH+ CH2OH+ CH3+ CH2+ Phân tử
gam 45 46 29 17 31 15 14
(9)Bài 36 : TỪ TRƯỜNG CỦA MỘT SỐ DỊNG ĐIỆN CĨ DẠNG ĐƠN GIẢN A TĨM TẮT LÝ THUYẾT
1 Từ trường dịng điện thẳng
Từ trường dịng điện có dạng đường thẳng đường tròn đồng tâm, tâm đường tròn giao điểm dòng điện miếng bìa
Chiều dịng điện chiều đường sức từ liên hệ với theo quy tắc đinh ốc Quy tắc đinh ốc :
Đặt đinh ốc dọc theo dây dẫn Quay đinh ốc cho tiến theo chiều dịng điện chiều quay đinh ốc chiều đường sức từ
Độ lớn:
7
2.10 I B
r
r : khoảng cách từ điểm khảo sát đến dòng điện (m) I : cường độ dòng điện (A)
B: cảm ứng từ (T)
2 Từ trường dòng điện tròn
Đường cảm ứng từ dòng điện tròn đường cong, đường cảm ứng từ qua tâm O đường thẳng
Chiều đường cảm ứng từ xác định theo quy tắc đinh ốc :
Đặt đinh ốc dọc theo trục khung, quay đinh ốc theo chiều dòng điện khung, chiều tiến đinh ốc chiều đường sức xuyên qua mặt phẳng dòng điên
Độ lớn :
7
2 10 I B
R
R : bán kính khung dây
3 Từ trường dòng điện ống dây Đường cảm ứng từ từ trường ống dây:
(10)+ Bên ống: giống với đường cảm ứng từ nam châm thẳng, cực Bắc, vào cực Nam
Chiều đường cảm ứng từ chiều dòng điện xác định theo quy tắc đinh ốc Độ lớn: B4 10 7nI
N: số vòng dây đơn vị chiều dài ống B BÀI TẬP
B.1 Câu hỏi
1 Vẽ đường sức từ qua điểm M nằm gần dòng điện thẳng Có thể vẽ đường sức đi qua điểm M ?
Hướng dẫn
Giả sử mặt phẳng hình vẽ chứa điểm M vng góc với dịng điện, O giao điểm mặt phẳng hình vẽ dòng điện Lấy O làm tâm, vẽ đường tròn qua M
Chiều đường sức phụ thuộc vào chiều dịng điện Giả sử dịng điện có chiều hướng từ phía trước phía sau mặt phẳng hình vẽ đường sức có chiều hình
Qua M ta vẽ đường sức mà 2 Phát biểu quy tắc đinh ốc 1.
Hướng dẫn
Đặt đinh ốc theo dây dẫn Quay đinh ốc cho tiến theo chiều dịng điện chiều quay đinh ốc chiều đường sức từ
3 Phát biểu quy tắc đinh ốc xác định chiều đường sức từ dòng điện tròn. Hướng dẫn
Đặt đinh ốc theo trục khung, quay đinh ốc theo chiều dịng điện khung, chiều tiến đinh ốc chiều đường sức xuyên qua mặt phẳng dịng điện
4 Trình bày cách xác định chiều đường sức dòng điện ống dây. Hướng dẫn
Đặt đinh ốc dọc theo trục ống dây, quay đinh ốc theo chiều dòng điện vịng dây ống, chiều tiến đinh ốc chiều đường sức xuyên ống dây
B.2 Bài tập
1 Cho dòng điện có cường độ A chạy dây dẫn thẳng Tính cảm ứng từ điểm cách dây dẫn 10 cm
Hướng dẫn Cảm ứng từ điểm cách dây dẫn 10 cm:
7
2.10 2.10 2.10 ( )
0,1 I
B T
r
2 Tại tâm dòng điện tròn cường độ I = A người ta đo cảm ứng từ B = 31,4.10-6 (T). Hỏi đường kính dịng điện ?
(11)7
7 4.10
2 10
0,2( )
I I
B d R
R B d m
3 Một ống dây dài 50 cm có dịng điện cường độ I = A chạy qua Tính cảm ứng từ bên ống. Cho biết ống dây có 500 vịng
Hướng dẫn Cảm ứng từ bên ống:
7 7500
4 10 10 10 25.10 ( )
0,5 N
B nI I B T
l
4. So sánh cảm ứng từ bên hai ống dây điện sau:
Ống A 000 vòng Dài 2m
Ống 2 A 10 000 vòng Dài 1,5 m
Hướng dẫn 7 5000
4 10 5 10 ( )
10000
4 10 5,3 .10 ( ) 1,5 B T B T
Vậy cảm ứng từ bên ống dây lớn
5 Hai dòng điện đồng phẳng: dòng thứ thẳng dài, I1 = A; dịng thứ hai hình trịn, tâm O2 cách dịng thứ 40 cm, bán kính R2 = 20 cm, I2 = A Xác định cảm ứng từ O2
Hướng dẫn
7
1
7
2
2
2.10 2.10 10 ( ) 0,
2
2 10 10 6, 28.10 ( ) 0, I B T r I B T r
Trường hợp 1: B = B1 + B2 = 7,28.10-6 T Trường hợp 2: B = B1 – B2 = 5,28.10-6 T
6 Hai dòng điện I1 = A, I2 = A, chạy hai dây dẫn thẳng dài, song song cách 50 cm theo chiều Xác định điểm B0.
Hướng dẫn
7
1
1
2.10 ;I 2.10 I
B B
r r
Ta có:
7 1
1 2
2.10 I 2.10 I r I 1,5
B B
r r r I
(1) 50
r r cm (2)
(12)Bài 37: LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN KHUNG DÂY CĨ DỊNG ĐIỆN A TĨM TẮT LÝ THUYẾT
1 Trường hợp mặt phẳng khung dây song song với đường cảm ứng từ
Khi cho khung dây hình chữ nhật ABCD quay quanh trục thẳng đứng OO’ đặt từ trường đều, mặt phẳng khung dây song song với đường cảm ứng từ
Cho dòng điện chạy qua khung, ta thấy khung quay
Áp dụng quy tắc bàn tay trái, ta thấy lực từ tác dụng lên AB CD khơng, lực từ tác dụng lên AD BC có chiều hình vẽ Hai lực làm khung quay
Hai lực FAD,FBC
tạo thành ngẫu lực làm khung quay
Nếu ta đổi chiều dịng điện khung quay theo chiều ngược lại 2 Momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây có dịng điện Ta có cơng thức momen ngẫu lực khung: M = IBS
Trong đó: S: diện tích phần mặt phẳng giới hạn khung dây B BÀI TẬP
B.1 Câu hỏi
1 Giải thích lực từ đặt lên khung dây dẫn cứng đặt từ trường có tác dụng làm quay khung. Hướng dẫn
Giả sử khung dây đường sức từ nằm mặt phẳng hình vẽ Lực từ tác dụng lên cạnh BC AD không Áp dụng quy tắc bàn tay trái ta tìm lực từ tác dụng lên cạnh AB CD có chiều hình Hai lực hợp thành ngẫu lực, khiến khung quay
2 Viết biểu thức momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây đường sức từ nằm mặt phẳng khung
Hướng dẫn
Biểu thức momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây đường sức từ nằm mặt phẳng khung:
M = IBS với S diện tích phần mặt phẳng giới hạn khung dây B.2 Bài tập
1 Một khung dây hình chữ nhật ABCD đặt từ trường cảm ứng từ B = 5.10-4 (T) Cạnh AB khung dài cm, cạnh BC dài cm Dòng điện khung có cường độ A Tính giá trị lớn momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung hai trường hợp
a) Cạnh AB khung vng góc cịn cạnh BC song song với đường sức từ b) Cạnh BC khung vng góc cịn cạnh AB song song với đường sức từ
Hướng dẫn
a) Giá trị lớn momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung cạnh AB khung vng góc cịn cạnh BC song song với đường sức từ:
M = IBS = 2.5.10-4.15.10-4 = 15.10-7 (Nm)
b) Giá trị lớn momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung cạnh BC khung vng góc với đường sức từ cịn cạnh AB song song với đường sức từ:
(13)2 Một khung dây cứng có kích thước cm x cm đặt từ trường Khung dây gồm 200 vòng. Cho dòng điện cường độ mA vào khung dây Momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung có giá trị lớn 24.10-9 Nm Hỏi cảm ứng từ ?
Hướng dẫn Dòng điện khung: I = 200.0,002 = 0,4 (A)
Diện tích khung: S = 2.3.10-4 = 6.10-4 (m2) Cảm ứng từ qua khung:
9
4
24.10
10 ( ) 0, 4.6.10
M
M IBS B T
IS
(14)Bài 38: LỰC LORENTZ A TÓM TẮT LÝ THUYẾT
1 Lực Lorenzt
Qua thí nghiệm ta thấy từ trường tác dụng lực từ lên electron hay hạt mang điện chuyển động bên
+ Định nghĩa: Lực mà từ trường tác dụng lên hạt mang điện chuyển động gọi lực Lorentz
+ Phương chiều lực Lorentz:
Lực Lorentz có phương vng góc với mặt phẳng chứa vecto vận tốc hạt mang điện vecto cảm ứng từ điểm khảo sát
+ Chiều lực Lorentz:
Đặt bàn tay trái cho đường sức từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay trùng với chiều chuyển động điện tích dương ngón chỗi 900 chiều lực Lorentz tác dụng lên điện tích
Nếu điện tích điện tích âm chiều lực Lorentz ngược với hướng ngón
Chiều quay lực Loren tác dụng lên hạt mang điện dương
Chiều quay lực Loren tác dụng lên hạt mang điện âm
+ Độ lớn lực Lorentz:
Nếu vecto vận tốc hạt hợp với vecto cảm ứng từ góc độ lớn lực Lorentz: sin
f qBv Trong q giá trị tuyệt đối điện tích hạt B BÀI TẬP
B.1 Câu hỏi
1 Lực Lorentz ? Hướng dẫn
Lực mà từ trường tác dụng lên hạt mang điện chuyển động gọi lực Lorentz 2 Chọn câu đầy đủ.
Phương lực Lorentz :
A Trùng với phương vecto cảm ứng từ
B Trùng với phương vecto cảm ứng từ với vecto vận tốc hạt C Vng góc với đường sức từ
D Vng góc với đường sức từ với vecto vận tốc hạt Đáp án : D
3 Hãy nói quy tắc xác định chiều lực Lorentz.
(15)Đặt bàn tay trái cho đường sức từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay trùng với chiều chuyển động điện tích dương ngón chỗi 900 chiều lực Lorentz tác dụng lên điện tích
Nếu điện tích điện tích âm chiều lực Lorentz ngược với hướng ngón 4 Viết biểu thức tính độ lớn lực Lorentz.
Hướng dẫn Độ lớn lực Lorentz : f qBvsin
Với q giá trị tuyệt đối điện tích hạt B.2 Bài tập
1 Một electron bay vào từ trường B vng góc với vecto vận tốc ban đầu v0
a) Xem v0
nằm mặt phẳng tờ giấy, B vng góc với mặt phẳng tờ giấy Hãy vẽ vecto lực Lorentz f
tác dụng lên electron b) Tính độ lớn f
v0 = 2.105 m/s B = 0,2 T.
c) So sánh giá trị lực f tính với trọng lượng electron Nhận xét Biết khối lượng electron 9,1.10-31 kg.
Hướng dẫn a) Giả sử từ trường B vecto vận tốc ban đầu v0
electron có chiều hình vẽ Khi áp dụng quy tắc bàn tay trái xác định chiều lực Lorentz, ta thấy lực có chiều hướng thẳng đứng lên
b) Độ lớn lực Lorentz:
f = Bqv = 0,2.1,6.10-19.2.105 = 6,4.10-15 N c) Trọng lượng electron:
P = mg = 9,1.10-31.10 = 9,1.10-30 N
Ta có: P/f = 1,42.10-15 Ta thấy : Pf nên thông thường người ta bỏ qua trọng lượng hạt mang điện
2 Một proton bay vào từ trường theo phương hợp với đường sức từ góc 300 Vận tốc ban đầu proton v0 = 3.107 m/s từ trường có cảm ứng từ B = 1,5 T Tính độ lớn lực Lorentz
Hướng dẫn Độ lớn lực Lorentz :
19 12
sin 1,5.1,6.10 3.10 0,5 3,6.10
f Bqv N
(16)Bài 39 : MỘT VÀI ỨNG DỤNG CỦA LỰC TỪ A TÓM TẮT LÝ THUYẾT
1 Điện kế khung quay a) Cấu tạo
Điện kế khung quay có cấu tạo hình bên Nó gồm: + Một nam châm mạnh hình móng ngựa
+ Một lõi sắt hình trụ trịn hai cực nam châm
+ Khung dây hình chữ nhật, có hai cạnh nằm khe hẹp hai cực nam châm lõi sắt
+ Hai lị xo giữ cho khung vị trí xác định
1: Nam châm mạnh hình móng ngựa 2: Lõi sắt hình trụ
3: Khung dây Lị xo
b) Hoạt động
Khi cho dòng điện vào khung, ngẫu lực từ làm khung quay lệch khỏi vị trí cân
Lúc lị xo sinh momen cản Đến momen cản cân với momen lực từ khung quay ngừng lại Lúc ta chứng minh góc lệch khỏi vị trí ban đầu tỉ lệ với cường độ dòng điện chạy khung
Để biến điện kế thành ampe kế hay vôn kế người ta mắc thêm shunt hay điện trở phụ 2 Sự lái tia điện tử
Khi electron phóng từ sợi dây diot (súng điện tử) ống phóng điện tử Bình thường electron bay theo đường thẳng đến đập vào hình M
Tuy nhiên đường đi, electron chịu tác dụng từ trường tạo hai ống dây nằm ngang nên quỹ đạo electron lệch đi, bay đến điểm N
Ngồi người ta cịn lắp thêm hai ống dây thẳng đứng sinh từ trường thẳng đứng Do electron bị lái theo phương ngang
Tóm lại tác dụng từ trường ngang từ trường đứng tia điện tử qt tồn hình
1: dây đốt
2: chắn có lỗ nhỏ để electron qua 3; 3’: hai ống dây nằm ngang
4; 4’: hai ống dây thẳng đứng
B BÀI TẬP
1 Trình bày cấu tạo hoạt động điện kế khung quay. Hướng dẫn Xem phần mục tóm tắt lý thuyết
2 Trình bày lái tia điện tử từ trường ống phóng điện tử. Hướng dẫn
(17)BÀI TẬP BỔ SUNG
1 Hai dây dẫn thẳng, dài, song song xun qua vng góc với mặt phẳng hình vẽ Khoảng cách hai dây giữ cố định Dịng điện thứ có chiều hình vẽ có cường độ I1 = A a) Hỏi dịng điện thứ hai phải có chiều cường độ I2 để cảm ứng từ điểm N không ?
b) Xác định vecto cảm ứng từ điểm M trường hợp dịng điện thứ hai tìm câu a
ĐA:
a) I2 = A
b) BM = 1,2.10-5 T.
2 Một khung dây phẳng hình chữ nhật có cạnh a = cm, b = cm Khung có n = 20 vịng dây, vịng có dịng điện I = A chạy qua Khung đặt từ trường đều, vecto cảm ứng từ B nằm ngang B = 0,1 T Mặt phẳng khung dây mặt phẳng thẳng đứng làm thành với vecto B góc 600.
a) Xác định lực từ tác dụng lên cạnh khung (ĐS: 0,2 N; 0,3 N)
b) Tính momen lực từ tác dụng lên khung trục OO’ (ĐS: 6.10-3 Nm)
c) Tính momen lực từ trục TT’ song song với OO’ qua tâm khung (ĐS: 6.10-3 Nm)
3 Hai hạt điện tích bay vào từ trường theo phương vng góc với đường cảm ứng từ Lực Lorenx tác dụng lên hai hạt có độ lớn Khi lọt vào từ trường vận tốc chúng tương ứng v1 = 1,71.105 m/s, v2 = 0,9.106 m/s Điện tích hạt thứ hai e2 = -38.10-15 C Hỏi điện tích hạt thứ e1 ? (ĐS:
15 200.10
e C
)
Với điều kiện cho tốn kết luận dấu điện tích khơng ? (ĐA: khơng) 4 Hai dây dẫn dài song song với nhau, nằm cố định mặt phẳng P cách khoảng d. Dịng điện chạy hai dây dẫn có cường độ I Tính cảm ứng từ điểm nằm mặt phẳng P cách hai dây dẫn hai trường hợp:
a) Dòng điện hai dây dẫn chiều (ĐS: T)
b) Dòng điện hai dây dẫn ngược chiều (ĐS: 5.10-5 T) Cho biết: I = 10 A, d = 16 cm
5 Một ống dây dài có 1200 vòng dây Cảm ứng từ bên ống dây (không kể từ trường Trái Đất) là B = 7,5.10-3 T Tính cường độ dịng điện ống dây Cho biết ống dây dài 20 cm (ĐS: 0,9947 A) 6 Một dòng điện cường độ I = 20 A chạy dây dẫn thẳng, dài Xác định cảm ứng từ điểm cách dây khoảng l0,5cm (ĐS: 8.10-4 T)
7 Một dòng điện cường độ I = A chạy dây dẫn thẳng, dài Cảm ứng từ điểm M có giá trị B = 4.10-5 T Hỏi điểm M cách dây khoảng ? (Bỏ qua từ trường Trái Đất).
(18)8 Một dòng điện chạy dây dẫn thẳng, dài Tại điểm A cách dây khoảng a = 10 cm có cảm ứng từ B = 2.10-5 T Tìm cường độ dịng điện I chạy dây dẫn (ĐS: 10 A)
9 Một dây dẫn thẳng, dài xun qua vng góc với mặt phẳng hình vẽ điểm O Cho dòng điện chạy dây dẫn có chiều hình vẽ Xác định vecto cảm ứng từ B điểm:
a) A1 (x1 = cm; y1 = cm) (ĐS: 1,897.10-5 T) b) A2 (x2 = cm, y2 = cm) (ĐS: 2,4.10-5 T) c) A3 (x3 = - cm; y3 = -4 cm) (ĐS: 2,4.10-5 T) d) A4 (x4 = cm; y4 = -3 cm) (ĐS: 3,794.10-5 T)
Cho biết cường độ dòng điện dây I = A
10 Một dây dẫn thẳng, dài xun qua vng góc với mặt phẳng hình vẽ điểm O Cho dòng điện chạy dây dẫn có chiều hình vẽ Xác định vecto cảm ứng từ B điểm:
a) A1 (x1 = cm; y1 = cm) (ĐS: 1,897.10-5 T) b) A2 (x2 = cm, y2 = cm) (ĐS: 2,4.10-5 T) c) A3 (x3 = - cm; y3 = -4 cm) (ĐS: 2,4.10-5 T) d) A4 (x4 = cm; y4 = -3 cm) (ĐS: 3,794.10-5 T)
Cho biết cường độ dòng điện dây I = A
11 Hai dây dẫn thẳng, dài, song song cách khoảng cố định 0,40 m Trong dây có dịng điện 100 A chạy qua Tính cảm ứng từ điểm nằm mặt phẳng chứa hai dây cách hai dây khoảng 10 cm Cho biết dòng điện hai dây chiều
(ĐS: 24.10-5 T; 13,3.10-5 T; 13,3.10-5 T; 24.10-5 T)
12 Hai dây dẫn thẳng, dài, song song cách khoảng cố định 0,40 m Trong dây có dịng điện 100 A chạy qua Tính cảm ứng từ điểm nằm mặt phẳng chứa hai dây cách hai dây khoảng 10 cm Cho biết dòng điện hai dây ngược chiều
(ĐS: 16.10-5 T; 26,7.10-5 T)
13 Một khung dây trịn bán kính R = cm Khung dây gồm 12 vịng dây Tính cảm ứng từ tâm của khung vịng dây có dịng điện cường độ I = 0,5 A chạy qua (ĐS: 7,539.10-5 T)
14 Một sợi dây dẫn dài căng thẳng, trừ đoạn khoảng dây uốn lại thành vòng tròn hình vẽ Bán kính vịng trịn dây dẫn R = cm Cho dòng điện cường độ I = 3,75 A chạy qua dây dẫn Tính cảm ứng từ tâm vòng tròn Đồng thời rõ phương chiều vecto cảm ứng từ B điểm (ĐS: 2,6769.10-5 T, B chiều với vecto B2
)
(19)15 Có dây đồng dài 48 m, bên ngồi có phủ lớp sơn cách điện mỏng Sợi dây quấn thành ống dây dài dài 50 cm, đường kính cm Hỏi ống dây có dịng điện 0,5 A chạy qua từ trường bên ống dây có cảm ứng từ ? Coi vòng dây sát
(ĐS: 6,4.10-4 T)
16 Người ta dùng loại dây đường kính mm (kể lớp sơn cách điện bên ngoài) để làm ống dây dài Ống có lớp dây nối tiếp với cho cho dòng điện vào ống dịng điện vịng dây lớp chiều Các vòng dây lớp quấn sát Hỏi cho dòng điện 0,2 A vào ống dây cảm ứng từ bên ống có giá trị ? (ĐS: 12566,3.10-7 T)
17 Có dây đồng điện trở R = 1,1 Ω, đường kính 0,8 mm, lớp sơn cách điện bên mỏng. Người ta dùng dây đồng để quấn ống dây có đường kính d = cm, dài l40cm Hỏi nếu muốn từ trường lịng ống dây có cảm ứng từ B = 6,28.10-3 T phải đặt ống dây vào hiệu điện ? Cho biết điện trở suất đồng 1,76.108m Coi vòng dây quấn sát (ĐS: 4,4 V)
18 Cho đoạn dây dẫn đồng chất có khối lượng m = 10 g, dài l30cm Đầu đoạn dây treo vào điểm O quay tự chung quanh O Đầu đoạn dây chạm vào thủy ngân đựng chậu
Khi cho dòng điện cường độ I = A chạy qua đoạn dây đặt toàn đoạn dây vào từ trường có phương nằm ngang đoạn dây lệch khỏi phương thẳng đứng góc 50 Hãy xác định cảm ứng từ B Lấy g = 9,8 m/s2 sin 50 0,0872 (ĐS: 3,560.10-3 T)
19 Hình vẽ đưới vẽ sơ đồ nguyên tắc thín nghiệm “cân” lực từ Cạnh EG khung dây CDEG đặt vào từ trường có cảm ứng từ B = 0,1 T Mặt phẳng khung dây vng góc với đường cảm ứng từ Đầu tiên ta điều chỉnh cho cân thăng Sau cho dòng điện vào khung dây Chiều dòng điện vecto cảm ứng từ rõ hình vẽ Hỏi cho dịng điện vào khung cân bị lệch ? Đoạn EG dài cm, dịng điện cạnh khung có cường độ 10 A Hỏi khối lượng cân cần lấy bớt (hay đặt thêm vào) đĩa bên phải ? Coi hai cánh tay đòn cân dài Lấy g = 10 m/s2 (ĐS: g)
20 Tính momen lực lực từ tác dụng lên khung dây CDEG trục T qua tâm hình vng song song với cạnh DE Sau tính momen lực từ trục T’ song song với T Cho CD = a, cường độ dòng điện khung I vecto cảm ứng từ B song song với cạnh CD GE (ĐS: IBa2)
(20)22 Trong hình vẽ, hình MNPQM’N’P’Q’ hình hộp vng sáu mặt hộp sáu hình vng nhau, cạnh a = cm Người ta gập dây dẫn theo cạnh đường chéo mặt hộp thành đường gấp khúc M’MQNP’ Đoạn dây gấp khúc M’MQNP’ đặt từ trường có cảm ứng từ B = 0,03 T Đường cảm ứng từ vng góc với hai đáy hộp MNPQ, M’N’P’Q’ Tính lực từ tác dụng lên đoạn dây M’M, MQ, QN, NP’ cho dòng điện cường độ I = A chạy qua dây dẫn Chỉ rõ phương chiều điểm đặt lực (ĐS: 3.10-3 N; 4,2.10-3 N)
23 Thanh MN có khối lượng m = g treo nằm ngang hai sợi dây mảnh CM DN Thanh MN nằm từ trường cảm ứng từ B = 0,3 T Vecto cảm ứng từ B nằm ngang, vng góc với MN có chiều hình vẽ Mỗi sợi treo chịu lực kéo khơng q 0,04 N Hỏi dịng điện chạy MN có cường độ hai dây treo bị đứt ? Chỉ rõ chiều dịng điện Cho chiều dài MN l20cm Lấy g = 9,8 m/s2.
(ĐS: I0,5166A)
24 Hai dây dẫn D1, D2 thẳng, dài song song với cách khoảng cố định a = 0,10 m Trong dây dẫn có dịng điện I = 10 A chạy qua Dòng điện hai dây dẫn chiều Trong mặt phẳng chứa hai dây dẫn D1, D2 người ta căng thêm dây dẫn D3 song song với hai dây dẫn cách dây dẫn D2 khoảng cố định a’ = 15 cm Tính lực từ tác dụng lên mét dây dẫn D3 ta cho dòng điện cường độ I’ = A chạy qua dây dẫn Trong trường hợp dịng điện qua dây D3 có chiều hình vẽ lực tác dụng lên dây D3 lực hút phía dây D1, D2 hay lực đẩy xa dây ? (ĐS: 0,107.10-3 N)
25 Cùng đầu trên, tính lực tác dụng lên mét dây dây dẫn D1 Đồng thời rõ lực tác dụng lên dây dẫn D1 hướng phía nào, phía dây dẫn D2 hay D3 ? (ĐS: 0,16.10-3 N)
26 Cùng đầu trên, tính lực từ tác dụng lên mét dây dẫn D2 Đồng thời chỉ rõ lực tác dụng lên dây dẫn D2 hướng phía nào, phía dây dẫn D1 hay D3 ? (ĐS: 0,267.10-3 N)
(21)từ B = 0,3 T Các đường cảm ứng từ đường thẳng đứng có chiều hướng lên phía Khi cho dịng điện I = A chạy qua khung dây khung quay góc 50 kể từ vị trí ban đầu CD’E’G.
a) Nếu khung dây lệch phía trước mặt phẳng thẳng đứng hình vẽ dòng điện khung chạy theo chiều ? (ĐS: CDEG)
b) Cho CD = GE = 10 cm, DE = 15 cm Tính lực từ tác dụng lên đoạn CD, DE EG Đồng thời rõ phương chiều điểm đặt lực (ĐS: FCD = FEG = 0,013 N; FDE = 0,225 N)
28 Khung dây phẳng CDEG gồm 40 vòng dây Diện tích mặt phẳng khung dây S = cm2 Khung dây gắn vào đầu đòn cân đặt vào ống dây dài hình vẽ Đĩa cân đầu đòn bên đặt cân cho cân thăng Mặt phẳng khung dây mặt phẳng nằm ngang Đầu bên phải ống dây cực nam Trục ống dây song song với cạnh DE, CG
a) Khi cho dòng điện vào khung dây địn cân bên trái bị kéo xuống Hỏi chiều dòng điện khung ? (ĐS: CGEDC)
b) Ống dây dài l 40cm có N = 800 vòng dây Dòng điện vòng dây ống khung có cường độ I = 10 A; OA = 20 cm Hỏi phải đặt thêm vào đĩa cân cân có khối lượng để cân lại thăng ? Lấy g = 10 m/s2 (ĐS: g)
29 Một hạt tích điện chuyển động dọc theo đường cảm ứng từ Hỏi hạt có chịu tác dụng Lorenx khơng ? (ĐS: Không)
30 Trong buồng bọt ta quan sát thấy hai vệt (c) (d) Đó quỹ đạo hạt mang điện trái dấu Vecto cảm ứng từ từ trường vng góc với mặt phẳng chứa vệt (c), (d) có chiều hình vẽ Hỏi hai vệt vệt ứng với quỹ đạo hạt mang điện dương, vệt ứng với quỹ đạo hạt mang điện âm ? (ĐS: (c) ứng với hạt mang điện âm, (d) ứng với hạt mang điện dương)
(22)32 Một electron bay vào từ trường đều, cảm ứng từ B = 1,2 T Lúc lọt vào từ trường, vận tốc của hạt v0 = 107 m/s vecto v0
làm thành với vecto cảm ứng từ B góc 300 Tính lực Lorenx
tác dụng lên electron Điện tích electron e = -1,6.10-19 C (ĐS: 0,96.10-12 N)
33 Một hạt mang điện tích q = 4.10-10 C chuyển động với vận tốc v = 2.105 m/s từ trường đều. Mặt phẳng quỹ đạo hạt vng góc với vecto cảm ứng từ Lực Lorenx tác dụng lên hạt có giá trị f = 4.10-5 N Tính cảm ứng từ B từ trường (ĐS: 0,5 T)
34 Một hạt tích điện chuyển động từ trường Mặt phẳng quỹ đạo hạt vng góc với đường cảm ứng từ Nếu hạt chuyển động với vận tốc v1 = 1,8.106 m/s lực Lorenx tác dụng lên hạt có giá trị f1 = 2.10-6 N Hỏi hạt chuyển động với vận tốc v2 = 4,5.107 m/s lực f2 tác dụng lên hạt có giá trị ? (ĐS: 5.10-5 N)
35 Một chùm hạt có vận tốc ban đầu không đáng kể tăng tốc hiệu điện U = 106 V Sau tăng tốc, chùm hạt bay vào từ trường cảm ứng từ B = 1,8 T Phương bay chùm hạt vng góc với đường cảm ứng từ
a) Hỏi vận tốc hạt bắt đầu bay vào từ trường ? (ĐS: 0,98.107 m/s) b) Hỏi lực Lorenx tác dụng lên hạt ? (ĐS: 0,979.107 m/s)
Cho biết hạt có khối lượng m = 6,67.10-27 kg điện tích q = 3,2.10-19 C.
36 Một hạt có khối lượng m, mang điện tích e, bay vào từ trường với vận tốc v Phương của vận tốc vng góc với đường cảm ứng từ Thí nghiệm cho biết quỹ đạo hạt đường tròn mặt phẳng quỹ đạo vng góc với đường cảm ứng từ Cho biết cảm ứng từ từ trường B, tính bán kính R đường trịn quỹ đạo (ĐS: 5,2 cm)
Áp dụng số: m = 1,67.10-27 kg; e = 1,6.10-19 C; v = 2.106 m/s; B = 0,4 T. * Chú ý:
Một hạt chuyển động đường trịn bán kính R với vận tốc v gia tốc hướng tâm hạt
2
v R . 37 Hai hạt bay vào từ trường với vận tốc Hạt thứ có khối lượng m1 = 1,66.10-27 kg, điện tích e1 = -1,6.10-19 C Hạt thứ hai có khối lượng m2 = 6,65.10-27 kg, điện tích e2 = 3,2.10-19 C Bán kính quỹ đạo hạt thứ R1 = 7,5 cm Tính bán kính quỹ đạo hạt thứ hai (ĐS: 15 cm) 38 Hai ion có điện tích tăng tốc hiệu điện Sau tăng tốc hai ion bay vào từ trường Khối lượng ion thứ m1 = 387,75.10-27 kg ion thứ hai m2 = 6,65.10-27 kg Bán kính quỹ đạo ion thứ hai R2 = 3,1 cm Tính bán kính quỹ đạo R1 ion thứ Trước tăng tốc hai ion có vận tốc nhỏ (ĐS: 23,7 cm)
39 Một hạt khối lượng m = 6,65.10-27 kg mang điện tích q = +1,6.10-19 C xuất phát từ điểm A với vận tốc v = 5.104 m/s Hạt chuyển động thẳng đến M gặp miền khơng gian có từ trường (miền có đóng khung hình vẽ) O tâmcủa phần đường tròn quỹ đạo từ trường Quỹ đạo AMN hạt nằm mặt phẳng hình vẽ cịn đường cảm ứng từ vng góc với mặt phẳng hình vẽ Hãy tính cảm ứng từ B rõ chiều đường cảm ứng từ Cho biết khoảng cách AM = a = 10 cm góc
0
30
(23)40 Một hạt tích điện chuyển động thẳng với vận tốc v đến gặp miền có từ trường điện trường (miền có đóng khung hình vẽ) Vecto vận tốc v nằm mặt phẳng hình vẽ Vecto cảm ứng từ B vng góc với mặt phẳng hình vẽ có chiều hình Vecto cảm ứng từ B vecto cường độ điện trường E vuông góc với Hãy tính E quỹ đạo hạt đường thẳng từ trường Đồng thời rõ phương chiều vecto E