9. Cấu trúc luận văn
2.5. Hệ thống bài tập chương “Từ trường” vật lí 11
Trong các bài tập dưới đây quy ước:
- Cực Bắc của nam châm (kim nam châm) có màu tối hoặc gạch chéo. - Ứng với chiều đi từ trong ra ngoài mặt phẳng hình vẽ.
- Ứng với chiều đi từ ngoài vào trong mặt phẳng hình vẽ.
Dạng 1: Mô tả từ trường
Bài tập định tính:
Bài 1. Giải thích vì sao kim la bàn không nằm song song với mặt đất?
Mục đích sử dụng bài tập: Để học sinh vận dụng các kiến thức về từ trường, từ trường của Trái Đất để giải thích sự định hướng của kim la bàn.
Bài 2. Người trinh sát đã phát hiện được vị trí đường dây dẫn một chiều đặt ngầm dưới đất hay dưới sàn xi măng chỉ bằng một cái la bàn. Hãy giải thích tại sao?
Mục đích sử dụng bài tập: Để học sinh biết cách vận dụng các kiến thức về tương tác từ giữa nam châm với dòng điện để giải thích một hiện tượng thực tế.
Bài tập định lượng:
Bài 3. Hình 2.6 vẽ một nam châm thẳng và một số nam châm thử cân bằng.
a, Hãy vẽ đường sức từ (có ghi rõ cả chiều) đi qua
các nam châm thử đó và ghi tên các cực của nam châm thẳng.
A Hình 2.6
B
b, B là một điểm nằm đối xứng với nam châm thử A qua nam châm thẳng. Hãy vẽ đường sức từ qua B.
Mục đích sử dụng bài tập: Giúp học sinh biết vận dụng định nghĩa và các tính chất của đường sức từ để vẽ được một đường sức từ của nam châm thẳng thông qua sự định hướng của các nam châm thử.
Bài 4. Một dây dẫn thẳng dài đặt trong mặt phẳng P. Cho dòng điện cường độ I chạy qua dây dẫn. Xét hai điểm M1, M2 trong mặt phẳng P đối xứng nhau qua dây dẫn. Hỏi hai điểm M1, M2 có nằm trên cùng một đường sức từ không? Nếu cho cường độ dòng điện trong dây dẫn tăng lên gấp 2 lần hỏi khi đó dạng đường sức từ qua M1, M2 có thay đổi không? Tại sao?
Mục đích sử dụng bài tập: Để học sinh vận dụng đặc điểm của các đường sức từ của từ trường gây bởi một dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài và quy tắc nắm tay phải 1 để xác định chiều của đường sức từ.
Bài 5. Nhìn vào một mạch điện kín ta thấy chiều dòng điện trong mạch ngược chiều quay của kim đồng hồ. Xác định mặt bắc và mặt nam của mạch điện đó.
Mục đích sử dụng bài tập: Giúp học sinh biết vận dụng quy tắc nắm tay phải 2 (hoặc quy tắc vào Nam ra Bắc) để xác định chiều đường sức từ của từ trường gây bởi dòng điện trong mạch điện kín.
Bài 6. Hình 2.7 vẽ một ống dây có dòng điện chạy qua,
các đoạn AB và CD là các kim nam châm đang nằm cân bằng. Hãy cho biết cực của các kim nam châm đó bằng chữ cái?
Mục đích sử dụng bài tập: Để học sinh biết vận dụng quy tắc nắm tay phải 2 vào xác định chiều đường sức từ tại một điểm bên trong và bên ngoài ống dây. Từ đó xác định được sự định hướng của các kim nam châm tại các điểm nói trên
Bài tập thí nghiệm:
A B
C D
+ -
Bài 7. Có hai thanh kim loại giống hệt nhau A và B, một thanh đã bị nhiễm từ, một thanh không bị nhiễm từ. Chỉ với hai thanh này, em hãy làm thí nghiệm để nhận diện chúng.
Mục đích sử dụng bài tập: Để học sinh tự lực tiến hành thí nghiệm, thực hiện quan sát để tìm lời giải. Rèn luyện kỹ năng thực hành, phát huy năng lực sáng tạo.
Bài 8. Cho hai thanh nam châm thẳng, một tấm nhựa và một ít mạt sắt đủ để phủ kín một lớp mỏng trên tấm nhựa. Hãy làm thí nghiệm để khảo sát hình dạng đường sức từ khi chúng đặt gần nhau trong các trường hợp như hình 2.8:
Mục đích sử dụng bài tập: Để học sinh tự lực tiến hành thí nghiệm, thực hiện quan sát để tìm lời giải, rèn luyện kỹ năng thực hành, tính cẩn thận tỉ mỉ.
Bài tập trắc nghiệm khách quan: Bài 9. Từ trường không tồn tại xung quanh
A. các nam châm vĩnh cửu B. các dòng điện
C. các điện tích chuyển động D. các điện tích đứng yên.
Mục đích sử dụng bài tập:Để học sinh nhớ lại khái niệm về từ trường
Bài 10. Từ trường không tác dụng lực lên A. các điện tích đứng yên. B. một ion đang chuyển động.
C. một dây dẫn có dòng điện chạy qua.
D. một bình đựng dung dịch chất điện phân có dòng điện chạy qua.
Mục đích sử dụng bài tập:Giúp học sinh nhớ lại biểu hiện của từ trường.
Bài 11. Chọn một đáp ánsai khi nói về từ trường:
S N S N a, S N N S b, N S S N c, Hình 2.8
A. Tại mỗi điểm trong từ trường chỉ vẽ được một và chỉ một đường sức từ đi qua. B. Các đường sức từ là những đường cong không khép kín .
C. Các đường sức từ không cắt nhau.
D. Tính chất cơ bản của từ trường là tác dụng lực từ lên nam châm hay dòng điện đặt trong nó.
Mục đích sử dụng bài tập:Giúp học sinh nhớ các tính chất của các đường sức từ.
Bài 12. Xét tương tác giữa các vật sau
I. Hai nam châm II. Hai hạt mang điện chuyển động III. Proton và electron trong nguyên tử IV. Hai dây dẫn có dòng điện chạy qua Các tương tác sau là tương tác từ:
A. Tất cả các tương tác trên B. Các tương tác I, II, III C. Các tương tác I, II, IV D. Các tương tác I, III, IV
Mục đích sử dụng bài tập: Giúp học sinh nắm được các loại tương tác nào là tương tác từ.
Bài 13. Bức tranh vẽ các đường sức từ của từ trường cho biết
A. độ mạnh yếu của từ trường ở mỗi điểm B. hướng của từ trường C. cả hướng và độ mạnh yếu của từ trường D. nguồn sinh ra từ trường.
Mục đích sử dụng bài tập: Giúp học sinh ghi nhớ định nghĩa và tính chất của đường sức từ.
Bài 14. Dạng từ phổ phụ thuộc vào
A. dạng của dây dẫn và cường độ của dòng điện qua dây dẫn. B. dạng của dây dẫn mang dòng điện.
C. cường độ và chiều dòng điện.
D. dạng của dây dẫn mang dòng điện, cường độ và chiều dòng điện.
Mục đích sử dụng bài tập: Để học sinh hiểu các kiến thức về từ phổ.
A. bằng không B. đều
C. tăng theo khoảng cách tính từ trục ống. D. giảm theo khoảng cách tính từ trục ống.
Mục đích sử dụng bài tập: Giúp học sinh nhớ lại tính chất từ trường bên trong ống dây.
Bài 16. Một kim nam châm sẽ bị lệch khỏi hướng Bắc- Nam, khi nó đặt gần: A. một dây dẫn bằng kim loại vì các electron chuyển động tự do trong dây dẫn tác dụng từ lên nó.
B. một bình chứa chất điện phân vì trong đó có các ion dương, ion âm chuyển động tự do tác dụng từ lên nó.
C. một quả cầu tích điện dương vì các điện tích tác dụng một lực điện lên nó. D. một ống chân không có dòng điện chạy qua vì có các electron chuyển động tác dụng từ lên nó.
Mục đích sử dụng bài tập: Để học sinh hiểu các kiến thức về khái niệm từ và tương tác từ, bản chất dòng điện trong các môi trường.
Bài 17. Các đường sức từ của từ trường do dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua có dạng
Mục đích sử dụng bài tập: Giúp học sinh biết vận dụng quy tắc nắm tay phải để xác định được chiều đường sức từ của một dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài.
Bài 18. Một dây dẫn hình tròn có dòng điện cường độ I chạy qua, đặt một kim nam châm ở tại tâm, phương vuông góc với mặt phẳng dây dẫn. Các cực của nam châm định hướng như hình vẽ nào dưới đây?
A. C. I + D. B. I I I
Mục đích sử dụng bài tập: Giúp học sinh biết vận dụng các kiến thức về tính chất đường cảm ứng từ của một dòng điện tròn để xác định sự định hướng của kim nam châm.
Bài 19. Từ trường nào trong các từ trường sau giống với từ trường của một nam châm thẳng?
A. Từ trường của một dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua. B. Từ trường của một ống dây có dòng điện chạy qua.
C. Từ trường của một chùm electron chuyển động song song với nhau. D. Từ trường trong khoảng giữa hai cực của một nam châm hình móng ngựa
Mục đích sử dụng bài tập: Để học sinh hiểu về tính chất đường cảm ứng từ của từ trường.
Bài 20. Có thể dùng la bàn để xác định hướng khi đi biển hoặc đi rừng như thế nào? Tại sao?
A. Cực Bắc của la bàn chỉ hướng Bắc địa lí, cực Nam chỉ hướng Nam vì Trái đất như một nam châm cực từ Bắc trùng với cực Bắc địa lí, cực từ Nam trùng với cực Nam địa lí.
B. Cực Bắc của la bàn chỉ hướng Nam địa lí vì Trái đất như một nam châm cực từ Bắc trùng với cực Nam địa lí.
C. Cực Bắc của la bàn chỉ hướng Bắc địa lí vì Trái đất như một nam châm cực từ Bắc gần với cực Nam địa lí.
D. Cực Bắc của la bàn chỉ hướng Nam địa lí vì Trái đất như một nam châm cực từ Bắc gần với cực Bắc địa lí. D. C. B. A. S N I S N I S I N N I S
Mục đích sử dụng bài tập: Giúp học sinh biết vận dụng các kiến thức về từ trường của trái đất tên các cực của từ trường trái đất so với tên các cực địa lí, từ đó xác định sự định hướng của kim la bàn để giải thích nguyên tắc hoạt động của nó.
Dạng 2:Véc tơ cảm ứng từ
Bài tập định lượng
Bài 21. Một dòng điện 2A chạy qua sợi dây dẫn đặt vuông góc với các đường cảm ứng từ của một từ trường đều. Đoạn dây dài 10cm chịu tác dụng của lực 1N. Tính độ lớn cảm ứng từ của từ trường này.
Mục đích sử dụng bài tập: Để học sinh hiểu về các đại lượng trong công thức
Il F
B , áp dụng để tính B.
Bài 22. Một dây dẫn thẳng dài có dòng điện I=6A chạy qua, hướng từ trong ra ngoài như hình vẽ.
Xác định véctơ cảm ứng từ tại điểm A có tọa độ( 3cm; -4cm).
Mục đích sử dụng bài tập: Giúp học sinh hiểu về cách xác định phương, chiều và độ lớn của véctơ cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường của dòng điện thẳng dài.
Bài 23. Hai dây dẫn dài song song nằm cố định trong mặt phẳng P cách nhau khoảng d=2cm trong không khí. Dòng điện trong hai dây dẫn cùng cường độ I1=I2= I=2,5A. Xác định véctơ cảm ứng từ tại điểm nằm trong mặt phẳng P cách đều hai dây dẫn khi:
a, hai dòng điện cùng chiều b, hai dòng điện ngược chiều.
Mục đích sử dụng bài tập: Giúp học sinh rèn luyện kỹ năng vận dụng quy tắc nắm tay phải để biểu diễn các véc tơ cảm ứng từ, kỹ năng tính toán tổng hợp hai vectơ cảm ứng do hai dòng điện thẳng gây ra tại một điểm.
O I
y(cm)
Bài 24. Hai sợi dây dẫn rất dài O1,O2 căng thẳng song song trong không khí cách nhau 10cm mang hai dòng điện cùng chiều cùng cường độ 2,4A.
a, Tính độ lớn cảm ứng từ tại điểm N biết NO1=20cm, NO2=10cm; tại điểm P biết PO1=10cm, PO2=10cm; tại điểm Q biết QO1=8cm, QO2=6cm.
b, Tìm những điểm mà tại đó B=0.
Mục đích sử dụng bài tập: Giúp học sinh rèn luyện kỹ năng vận dụng quy tắc nắm tay phải để biểu diễn các véctơ cảm ứng từ, kỹ năng tính toán tổng hợp hai véctơ cảm ứng không cùng phương do hai dòng điện thẳng gây ra tại một điểm. Biết khảo sát mối liên hệ giữa các đại lượng.
Bài 25. Một dây dẫn rất dài căng thẳng, ở khoảng giữa được uốn thành một vòng tròn bán kính R=6cm như hình 2.9. Cho dòng điện cường độ I=3,75A chạy qua dây.
Xác định véctơ cảm ứng từ tại tâm vòng tròn.
Mục đích sử dụng bài tập: Giúp học sinh rèn luyện kỹ năng vận dụng quy tắc nắm tay phải để biểu diễn các véctơ cảm ứng từ, kỹ năng tính toán tổng hợp hai véctơ cảm ứng do một dòng điện thẳng và một dòng điện tròn gây ra tại một điểm tại tâm dòng điện tròn.
Bài 26. Cho dòng điện I1=5A chạy trong khung dây tròn bán kính 10cm (khung dây đặt trong mặt phẳng hình vẽ) và dòng I2 =20A chạy trong dây dẫn thẳng dài
(dây đặt vuông góc mặt phẳng hình vẽ) hình 2.10
Gọi O là tâm của khung tròn, O cách dòng I2 đoạn 20cm, chiều các dòng điện như hình vẽ. Tìm độ lớn cảm ứng từ tại O.
Mục đích sử dụng bài tập: Giúp học sinh rèn luyện kỹ năng vận dụng quy tắc nắm tay phải để biểu diễn các véctơ cảm ứng từ, kỹ năng tính toán tổng hợp hai
Hình 2.9 r O I1 I2 Hình 2.10
véctơ cảm ứng từ (không cùng phương) do một dòng điện thẳng và một dòng điện tròn gây ra tại tâm dòng điện tròn.
Bài 27. Hai dây dẫn thẳng dài vô hạn trùng với hai trục của hệ tọa độ vuông góc xOy. Dòng điện qua dây Ox, Oy lần lượt là I1=2A, I2=5A. Xác định:
a, Cảm ứng từ tại A(2cm,4cm). b, Tập hợp các điểm có B=0.
Mục đích sử dụng bài tập: Giúp học sinh rèn luyện kỹ năng biểu diễn các véctơ cảm ứng từ, kỹ năng tính toán tổng hợp hai véctơ cảm ứng do hai dòng điện thẳng gây ra tại một điểm. Biết khảo sát mối liên hệ giữa các đại lượng.
Bài 28. Cho hai dây dẫn thẳng dài song song cách nhau 2a=20cm trong không khí mang hai dòng điện cùng chiều, cùng cường độ I=10A. Mặt phẳng P vuông góc với hai dây dẫn cắt chúng tại A1, A2. M là một điểm trên trung trực của A1 A2; OM=x.
a, Xác định cảm ứng từ tại M
b, Tìm x tại đó cảm ứng từ đạt giá trị cực đại? Giá trị cực đại đó bằng bao nhiêu?
Mục đích sử dụng bài tập: Giúp học sinh rèn luyện kỹ năng biểu diễn các véctơ cảm ứng từ, kỹ năng tính toán tổng hợp hai véctơ cảm ứng không cùng phương do hai dòng điện thẳng gây ra tại một điểm. Biết khảo sát giá trị cực trị một đại lượng vật lí.
Bài 29. Hình 2.11 vẽ xx’ là trục ống dây dài mang dòng điện I1. Bên trong ống dây đặt khung dây tròn bán kính R=1cm và có dòng điện I2. Ống dây dài l=80cm có N=100
vòng dây I1=1A, I2=2,5A.Tâm O của khung dây nằm trên trục của ống dây. Tính cảm ứng từ tại O. I1 x I2 x’ O Hình 2.11
Mục đích sử dụng bài tập: Giúp học sinh rèn luyện kỹ năng biểu diễn các véc tơ cảm ứng từ, kỹ năng tính toán tổng hợp hai véctơ cảm ứng không cùng phương do một dòng điện tròn và một ống dây gây ra tại một điểm bên trong ống dây.
Bài 30. Cho ba dòng điện I1=I2=12A, I3=24A chạy trong ba dây dẫn thẳng dài vô hạn, đồng phẳng song song, có chiều như hình 2.12, dòng điện ở giữa cách đều hai dòng điện cạnh nó đoạn a=6cm trong chân không. Trong mặt phẳng của ba dòng điện xác định:
a, Cảm ứng từ tại điểm M cách đều hai dòng I2, I3 b, Quỹ tích các điểm có cảm ứng từ bằng không
Mục đích sử dụng bài tập: Giúp học sinh rèn luyện kỹ năng biểu diễn các véctơ cảm ứng từ, kỹ năng tính toán tổng hợp nhiều véctơ cảm ứng do nhiều dòng điện gây ra tại một điểm. Biết khảo sát mối liên hệ giữa các đại lượng.
Bài tập trắc nghiệm khách quan:
Bài 31. Hình vẽ nào dưới đây xác định sai hướng của véctơ cảm ứng từ tại M gây bởi dòng điện trong dây dẫn thẳng dài vô hạn?
Mục đích sử dụng bài tập: Để học sinh biết vận dụng quy tắc nắm tay phải vào xác định hướng véc tơ cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường của dòng điện thẳng.
Bài 32. Hình vẽ nào dưới đây xác định đúng hướng của véctơ cảm ứng từ tại M