Một hạt tích điện chuyển động trong từ trường đều, mặt phẳng quỹ đạo của hạt vuông góc với đường sức từ. Mặt phẳng quĩ đạo của hạt vuông góc với vectơ cảm ứng từ[r]
(1)Chương IV: TỪ TRƯỜNG TÓM TẮT LÝ THUYẾT
CHỦ ĐỀ 1: TỪ TRƯỜNG
1 - Từ trường :
Đ/N: Từ trường dạng vật chất tồn không gian mà biểu cụ thể xuất lực từ tác dụng lên nam châm hay dịng điện đặt
Đặc trưng từ trường cảm ứng từ ký hiệu đơn vị cảm ứng từ T ( Tesla) Quy ước : Hướng từ trường điểm hướng Nam - Bắc kim nam châm cân điểm
2 - Đường sức từ :
Đ/N : Đường sức từ đường vẽ từ trường cho hướng tiếp tuyến điểm nào đường trùng với hướng véc tơ cảm ứng từ điểm BM
Tính chất : M
Qua điểm không gian vẽ đường sức từ
Các đường sức từ đường cong khép kín hoặc vơ hạn đầu
Chiều đường sức từ tuân theo quy tắc xác định ( quy tắc nắm tay phải , quy tắc đinh ốc…)
Quy ước : Vẽ đường cảm ứng từ cho chỗ từ trường mạnh đường sức dày chỗ từ trường yếu đường sức từ thưa
- Từ trường từ trường mà cảm ứng từ điểm nhau, đường sức của từ trường đường thẳng song song, cách nhau.
CHỦ ĐỀ 2: TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG CÁC DÂY DẪN CĨ HÌNH DẠNG ĐẶC BIỆT
1.Từ trường dịng điện thẳng dài vơ hạn Vecto cảm ứng từ B:
Điểm đặt: điểm xét
Phương: tiếp tuyến với đường sức từ điểm ta xét
Chiều : theo quy tắc bàn tay phải
Độ lớn: 2.10 I B
r
Trong mơi trường có độ từ thẩm µ : 2.10 I B
r
(2)Trong đó:
I : Cường độ dòng điện chạy dây dẫn (A) r : Khoảng cách từ điểm khảo sát đến dòng điện (m) B : Cảm ứng từ (T: Tesla)
Quy tắc nắm bàn tay phải :
Dùng bàn tay phải nắm lấy dây dẫn cho ngón theo chiều dịng điện , các ngón khum lại cho ta chiều đường sức từ (chiều từ trường B )
2 Từ trường dòng điện khung dây tròn:
Vecto cảm ứng từ B
Điểm đặt: tâm khung dây
Phương: tiếp tuyến với đường sức từ điểm ta xét
Chiều : theo quy tắc nắm bàn tay phải
Độ lớn:
Đối với khung có vòng dây:
R I
B2.107
Đối với khung có N vịng dây :
R I N
B
10
Trong đó:
I : Cường độ dịng điện chạy dây dẫn (A) R : Khoảng cách từ điểm khảo sát đến dòng điện (m) B : Cảm ứng từ (T: Tesla)
I
Dịng điện thẳng có chiều hướng phía sau Dịng điện thẳng có chiều
(3) Quy tắc nắm bàn tay phải:
Khum bàn tay phải theo vòng dây khung cho chiều từ cổ tay đến ngón tay trùng với chiều dịng điện khung , ngón chỗi chiều đường sức từ xuyên qua mặt phẳng dòng điện"
3.Từ trường dòng điện ống dây dài: Vecto cảm ứng từ Btrong lòng ống dây:
Phương : song song với trục ống dây
Chiều : theo quy tắc nắm tay phải
Độ lớn : B 10 N I 10 7n I
l
Trong đó:
I : Cường độ dòng điện chạy dây dẫn (A)
N n
l
: số vòng dây mét chiều dài(m-1)
N : số vòng dây
l :Chiều dài ống dây (m)
Quy tắc nắm tay phải
(4)CHỦ ĐỀ 3: LỰC TỪ
1.Lực từ: lực từ F tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt từ trường có:
Điểm đặt: trung điểm dòng điện
Phương: vng góc với dịng điện I vng góc với đường sức từ tức vng góc với mp I B,
Chiều : xác định theo quy tắc bàn tay trái
Quy tắc bàn tay trái: Để bàn tay trái mở rộng cho từ trường hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay chiều dịng điện, ngón chỗi 900 chiều lực từ
Độ lớn: F IBlsin
Trong
: : :
: :
I B l
F Nhận xét:
Nếu 0hoặc 180
F = dây dẫn // với cảm ứng từ khơng
chịu tác dụng lực từ Nếu 90 F Fmax IBl
2 Lực Lorentz (Lo-ren-xơ): lực từ tác dụng lên điện tích chuyển động
Khi điện tích chuyển động từ trường, chịu tác dụng lực từ gọi lực Lorentz
Lực Lorentz có:
Điểm đặt : điện tích
Phương : mp (v B, )
Chiều : Xác định theo quy tắc bàn tay trái
Quy tắc bàn tay trái: đặt bàn tay trái duỗi thẳng đường cảm ứng từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay trùng với chiều vecto vận tốc điện tích, ngón tay chỗi 900 chiều lực Lorentz hạt mang điện dương chiều ngược lại hạt mang điện âm
Cường độ dòng điện (A)
Cảm ứng từ (T) Chiều dài dây dẫn (m)
Góc hợp B l
Lực từ tác dụng lên đoạn dây (N)
BM
(5) Độ lớn : fL q vBsin q : điện tích hạt (C)
v : vận tốc hạt (m/s) B : cảm ứng từ (T)
v B,
fL : lực Lorentz (N)
PHÂN DẠNG BÀI TẬP
Dạng : Xác định cảm ứng từ dây dẫn có hình dạng đặc biệt
Phương pháp :
Vận dụng kiến thức cảm ứng từ dòng điện mạch điện đơn giản - Về độ lớn : độ lớn cảm ứng từ
* Dòng điện thẳng dài:
r I
B
10
* Dòng điện tròn:
R I N
B 2.107 (Tại tâm O khung dây có N vòng dây) * Ống dây dài: B4.107n.I ;
l N n
- Dựa vào qui tắc học để xác định phương chiều véctơ cảm ứng từ.
Câu 1. Một dây dẫn thẳng dài có dịng điện cường độ I = 0.5A đặt khơng khí a. Tính cảm ứng từ M cách dây 4cm
b. Cảm ứng từ N có độ lớn 10-6T Xác định khoảng cách từ dây dẫn tới N
Câu 2. Dòng điện I = (A) chạy dây dẫn thẳng dài Cảm ứng từ điểm M cách dây
dẫn 10 (cm) có độ lớn bao nhiêu? ĐS: 2.10-6(T)
Câu 3. Một dịng điện có cường độ I = (A) chạy dây dẫn thẳng, dài Cảm ứng từ do dòng điện gây điểm M có độ lớn B = 4.10-5 (T) Điểm M cách dây khoảng bao nhiêu?
f
B
(6)ĐS: 2,5 (cm)
Câu 4. Một dòng điện chạy dây dẫn thẳng, dài Tại điểm A cách dây 10 (cm) cảm ứng từ dịng điện gây có độ lớn 2.10-5 (T) Tính cường độ dịng điện chạy dây.
ĐS: 10 (A)
Câu 5. Tại tâm dòng điện tròn cường độ (A) cảm ứng từ đo 31,4.10-6(T) Tính đường kính dịng điện ĐS: 20 (cm)
Câu 6. Một khung dây tròn bán kính R = 30cm gồm 10 vịng dây giống nhau, cường độ dòng điện qua vòng dây 0,3A Xác định cảm ứng từ tâm khung dây
Câu 7. Một ống dây dài 50 (cm), cường độ dòng điện chạy qua vòng dây (A) cảm ứng từ bên ống dây có độ lớn B = 25.10-4 (T) Tính số vòng dây ống dây.
ĐS: 497
Câu 8. Một dây dẫn trịn bán kính R = 5cm, dịng điện chạy dây dẫn có cường độ 5A xác định cảm ứng từ tâm O dây dẫn
ĐS: 6,28.10-5 T
Dạng 2: Xác định cảm ứng từ tổng hợp
Phương pháp:
- Áp dụng nguyên lý chồng chất từ trường
n
i i B B
1
Cảm ứng từ tổng hợp điểm xác định bởi: BB1B2 B xác định cách sau:
*Nếu B B1, 2 cùng phương: -Cùng chiều: BB1B2 -Ngược chiều: B B1B2 *Nếu B B1, 2 vuông góc nhau:
2
1
B B B
*Nếu B B1, 2 cùng độ lớn và hợp với một góc : 2 .cos1
B OH B B
*Tổng quát, B B1, 2 khác độ lớn và hợp với một góc α
2 2
1 2 .1 2.cos
B B B B B
Lưu ý:Cảm ứng từ tổng hợp triệt tiêu
Cảm ứng từ tổng hợp điểm triệt tiêu khi: BB1B2 0
-Cộng lần lượt cá c véc tơ theo quy tắc hình bình hành, đưa ̣ về còn hai véc tơ cảm ứng từ Hai véc tơ này phải trực đối (cùng giá, ngược chiều, cùng độ lớn)
Câu 1. Hai dây dẫn dài song song với nhau, nằm cố định mặt phẳng, cách d = 16cm dòng điện dây I1 = I2 = 10A Tính cảm ứng từ điểm nằm mặt phẳng cách hai dây dẫn trường hợp:
(7)Câu 2. Hai dây dẫn thẳng song song dài vô hạn đặt cách d = 8cm khơng khí Dòng điện hai dây I1 = 10A, I2 = 20A ngược chiều Tìm cảm ứng từ tại:
a. Tại M cách dây 4cm
b. Tại N cách dây I1 8cm, cách I2 16cm
Câu 3. Hai dây dẫn thẳng dài vơ hạn, đặt song song khơng khí cách khoảng d = 10cm, có dịng điện chiều I1 = I2 = I = 2,4A qua Tính cảm ứng từ tại:
a. M cách I1 I2 một khoảng R=5cm b. N cách I1 :R1=20cm, cách I2: R2=10cm c. P cách I1 :R1=8cm, cách I2: R2=6cm
Câu 4. Hai dây dẫn thẳng dài song song cách 10 (cm) khơng khí, dịng điện chạy hai dây có cường độ (A) ngược chiều Tính cảm ứng từ điểm M cách hai dòng điện khoảng 10 (cm)
ĐS: 1.10-5 (T)
Câu 5. Hai dây dẫn thẳng, dài song song cách cách 40 (cm) Trong hai dây có hai dịng điện cường độ I1 = I2 = 100 (A), chiều chạy qua Cảm ứng từ hệ hai dòng điện gây điểm M nằm mặt phẳng hai dây, cách dòng I1 10 (cm), cách dòng I2 30 (cm) có độ lớn bao nhiêu?
ĐS: 24.10-5 (T)
Câu 6. Hai dây dẫn thẳng dài vơ hạn đặt song song khơng khí cách d = 6cm, có dịng điện ngược chiều I1= 1A, I2= 2A Định vị trí điểm có cảm ứng từ bằng
Câu 7. Hai dây dẫn thẳng dài vô hạn đặt song song khơng khí cách 6cm có các dòng điện I1 = 1A, I2 = 4A qua Xác định điểm có cảm ứng từ gây hai dịng điện khơng? Xét hai trường hợp:
a. I1, I2 chiều b I1, I2 ngược chiều
Câu 8. Một dây dẫn dài căng thẳng, có đoạn nhỏ khoảng dây uốn thành vịng trịn bán kính R20cm Cho dịng điện có cường độ I5A chạy dây dẫn Xác định vectơ cảm ứng từ tâm O vòng tròn hai trường hợp:
a/ Vịng trịn uốn hình a
b/ Vịng trịn uốn hình b, chỗ bắt chéo hai đoạn dây không nối với
Hình a Hình b
Câu 9: Hai dây dẫn thẳng dài vô hạn đặt khơng khí vng góc cách điện với nằm mặt phẳng với hệ trục tọa độ trùng với hai dòng điện Cường độ dòng điện qua hai dây dẫn I1 = A; I2 = 10 A
a Xác định cảm ứng từ gây hai dòng điện M mặt phẳng hai dòng điện với M có x = cm, y = cm
I O I
I I
O I
(8)b Xác định điểm có vector cảm ứng từ gây hai dòng điện 0.
Dạng 3: Xác định lực từ tác dụng lên dòng điện
Phương pháp :
Lực từ tác dụng lên đoạn dây điện thẳng có: - Điểm đặt : trung điểm đoạn dây - Phương : mp (B,l)
- Chiều : Theo quy tắc bàn tay trái - Độ lớn : FIBlsin
o Nếu
0
hoặc
180
F = 0: dây dẫn trùng với cảm ứng từ thì khơng chịu tác dụng lực từ
o Nếu
90
F Fmax IBl
Câu 1. Một đoạn dây dẫn dài (cm) đặt từ trường vng góc với vectơ cảm ứng từ Dịng điện chạy qua dây có cường độ 0,75 (A) Lực từ tác dụng lên đoạn dây 3.10-2 (N) Tính độ lớn Cảm ứng từ từ trường
ĐS: B 0,8 (T)
Câu 2. Một đoạn dây dẫn thẳng MN dài (cm) có dịng điện I = (A) đặt từ trường có cảm ứng từ B = 0,5 (T) Lực từ tác dụng lên đoạn dây có độ lớn F = 7,5.10-2(N) Tính góc hợp dây MN đường cảm ứng từ
ĐS:300
Câu 3. Một đoạn dây dẫn MN đặt từ trường có cảm ứng lừ 0,5T Biết MN = cm, cường độ dòng điện qua MN 5A, lực từ tác dụng lên đoạn dây 0,075 N Góc hợp MN vectơ cảm ứng từ ?
ĐS : = 300
Câu 4. Tính lực từ tác lên đoạn dây dẫn thẳng, dài 10cm mang dòng điện 5A đặt từ trường cảm ứng từ b = 0,08T Đoạn dây dẫn vng góc với véc tơ cảm ứng từ B ĐS: 0,04N
Câu 5. Xác định vectơ lực từ (phương, chiều, độ lớn) trong trường hợp sau
a B = 0,02T, α = 450, I = 5A, l = 5cm b B = 0,05T, I = 4A, l = 10cm, α = 900
Câu 6. Một dậy dẫn thẳng dài mang dịng điện 20A, đặt từ trường có cảm ứng từ B = 5.10-3T Đặt vng góc với vectơ cảm ứng từ chịu lực từ 10-3N Chiều dài đoạn dây dẫn bao nhiêu?
ĐS: 1cm
Câu 7. Một đoạn dây dẫn dài l = 0,2m đặt từ trường cho dây dẫn hợp với vectơ cảm ứng từ
B ước = 300 Biết dòng điện chạy qua dây 10A, cảm ứng từ B= I
α
(9)2.10-4 T Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn bao nhiêu? ĐS: 2.10-4 N
Câu 8. Một đoạn dây dẫn dài l = 0,8m đặt từ trường cho dây dẫn hợp với vectơ cảm ứng từ B góc = 60o Biết dịng điện I = 20A dây dẫn chịu lực từ
F = 2.10-2 N Độ lớn cảm ứng từ
B bao nhiêu? ĐS: l,4.10-3T
Dạng 4: Xác định lực từ tác dụng lên điện tích chuyển động - lực lorenzt (lo-ren-xơ)
Phương pháp : Lực Lo-ren-xơ có:
- Điểm đặt : điện tích - Phương : mp (v,B)
- Chiều : Theo quy tắc bàn tay trái - Độ lớn : độ lớn fL qvBsin
o q : điện tích hạt (C)
o v : vận tốc hạt (m/s)
o (v,B)
o B : cảm ứng từ (T)
o fL: lực lo-ren-xơ (N)
- Nếu có lực Lorenzt tác dụng lên hạt 90 ) , (
v B
hạt chuyển động trịn Khi vật chuyển động trịn lực Lorenzt đóng vai trị lực hướng tâm
Bán kính quỹ đạo :
B q mv R
Câu 1. Một electron bay vào khơng gian có từ trường có cảm ứng từ B=0,2(T) với vận tốc ban đầu v0 = 2.105 (m/s) vng góc với B Tính lực Lorenxơ tác dụng vào electron
ĐS: 6,4.10-15 (N)
Câu 2. Một hạt proton chuyển động với vận tốc 2.106 (m/s) vào vùng không gian có từ trường đều B = 0,02 (T) theo hướng hợp với vectơ cảm ứng từ góc 300 Biết điện tích hạt proton 1,6.10-19 (C) Tính lực Lorenxơ tác dụng lên proton
ĐS: 3,2.10-15 (N)
Câu 3. Một hạt mang điện tích q = 3,2.10-19C bay vào từ trường đều, cảm ứng từ B = 0,5T Lúc lọt vào từ trường vận tốc hạt v = 106m/s vng góc với B Tính lực Lorenxo tác dụng lên hạt
ĐS: 1,6.10-13N
Câu 4. Một electron bay vào từ trường đều, cảm ứng từ B = 1,2T Lúc lọt vào từ trường, vận tốc hạt v0 = 107m/s vecto v0 làm thành với Bmột góc = 300 Tính lực Lorenxo tác dụng lên electron
(10)Câu 5. Một electron bay vào khơng gian có từ trường có cảm ứng từ B = 10-4 (T) với vận tốc ban đầu v0 = 3,2.106 (m/s) vng góc với B, khối lượng electron 9,1.10-31(kg) Tính bán kính quỹ đạo electron từ trường
ĐS: 18,2 (cm)
Câu 6. Một hạt tích điện chuyển động từ trường đều, mặt phẳng quỹ đạo hạt vng góc với đường sức từ Nếu hạt chuyển động với vận tốc v1 = 1,8.106 (m/s) lực Lorenxơ tác dụng lên hạt có giá trị f1 = 2.10-6 (N), hạt chuyển động với vận tốc v2 = 4,5.107 (m/s) lực Lorenxơ tác dụng lên hạt có giá trị bao nhiêu?
ĐS: f2 = 5.10-5 (N)
Câu 7. Một hạt có điện tích q = 3,2.10-19C bay vào vùng có từ trường với v B, với v =2.106m/s, từ trường B = 0,2T Lực lorenxơ tác dụng vào hạt điện có độ lớn ?
ĐS : 1,28.10-13N
Câu 8. Một e bay vng góc với đường sức từ trường có độ lớn 5.10-2T chịu lực lorenxơ có độ lớn 1,6.10-14N Vận tốc e bay vào ?
ĐS : 2.106 m/s
Câu 9. Một hạt mang điện tích q = 4.10-10C chuyển động với vận tốc v = 2.105 m/s từ trường Mặt phẳng quĩ đạo hạt vng góc với vectơ cảm ứng từ Lực Lorentz tác dụng lên hạt có giá trị 4.10-5N Tính cảm ứng từ B từ trường
ĐS : 0,5T
Câu 10. Một hạt khối lượng m, mang điện tích e, bay vào từ trường với vận tốc v Phương vận tốc vng góc với đường cảm ứng từ Thí nghiệm cho biết quỹ đạo đường trịn mặt phẳng quỹ đạo vng góc với đường cảm ứng từ Cho B = 0,4T ; m = 1,67.10-27kg ; q = 1,6.10-19 C ; v = 2.106 m/s Tính bán kính đường trịn quỹ đạo ? ĐS : 5,2cm