VnHocTap.com giới thiệu đến các em học sinh lớp 11 bài viết Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường, nhằm giúp các em học tốt chương trình Vật lí 11.  Nội dung bài viết Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường: DẠNG 1. LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN ĐOẠN DÂY DẪN MANG DÒNG ĐIỆN ĐẶT TRONG TỪ TRƯỜNG 1. Phương pháp chung – Xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây. – Xác định các lực khác tác dụng lên đoạn dây. – Áp dụng định luật II Newton. 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Đoạn dây dẫn chiều dài có dòng điện I chạy qua đặt trong từ trường đều B. Cho biết Tìm hướng và độ lớn của B hợp với I góc 30° độ lớn bất kì. Lời giải Đoạn dây dẫn chiều dài có dòng điện I chạy qua đặt trong từ trường đều B, ta có Lực từ tác dụng lên đoạn dây là Đáp án A. Cường độ dòng điện là Cảm ứng từ có độ lớn là hướng dọc theo dây, độ lớn bất kì. Đáp án D. Ví dụ 2: Một đoạn dây dẫn thẳng MN dài 6 (cm) có dòng điện I = 5 (A) đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,5 (T). Lực từ tác dụng lên đoạn dây có độ lớn F (N). Tính góc α hợp bởi dây MN và đường cảm ứng từ? Lời giải Góc α hợp bởi dây MN và đường cảm ứng từ là Đáp án A.Ví dụ 3: Một đoạn dây dẫn dài 20 cm, có dòng điện 0,5 A chạy qua đặt trong từ trường đều có B = 0,02T. Biết đường sức từ vuông góc với dây dẫn và đều nằm trong mặt phẳng ngang. Lực từ tác dụng lên dây có độ lớn và phương như thế nào? A. F có phương thẳng đứng, có độ lớn 3N. B. F có phương thẳng đứng, có độ lớn 3N. C. F có phương nằm ngang, có độ lớn 3N. D. F có phương nằm ngang, có độ lớn 4N. Lời giải Lực từ tác dụng lên dây F có phương thẳng đứng. Đáp án A. Ví dụ 4: Một khung dây cường độ 0,5 A hình vuông cạnh a = 20 cm. Từ trường có độ lớn 0,15 T có phương vuông góc với mặt phẳng khung dây, có chiều từ ngoài vào trong. Vẽ hình, xác định lực và độ lớn của các lực từ tác dụng lên các cạnh A. lực từ qua các cạnh đều bằng nhau và bằng 0,015 N. B. lực từ qua các cạnh đều bằng nhau và bằng 0,025 N. C. lực từ qua các cạnh đều bằng nhau và bằng 0,03 N. D. lực từ qua các cạnh đều bằng nhau và bằng 0,045 N. Lời giải + Vì khung dây là hình vuông và từ trường có phương vuông góc với mặt phẳng khung dây nên lực từ qua các cạnh đều bằng nhau Đáp án A. Ví dụ 5: Một dây dẫn MN có chiều dài khối lượng của một đơn vị dài của dây là D = 0,04 kg m. Dây được treo bằng hai dây dẫn nhẹ thẳng đứng và đặt trong từ trường đều có B = 0,04 T. Cho dòng điện I qua dây. a) Xác định chiều và độ lớn của I để lực căng của các dây treo bằng 0. A. Cường độ dòng điện I phải có hướng từ N đến M, độ lớn I = 10 A. B. Cường độ dòng điện I phải có hướng từ M đến N, độ lớn I = 10 A. C. Cường độ dòng điện I phải có hướng từ N đến M, độ lớn I = 1 A. D. Cường độ dòng điện I phải có hướng từ M đến N, độ lớn I = 1 A. b) Cho MN 25 cm có chiều từ N đến M. Tính lực căng của mỗi dây. Lời giải a) + Để lực căng dây treo bằng không thì trọng lực và lực từ lên dây dẫn thẳng MN phải bằng nhau và lực từ phải hướng lên trên, theo quy tắc bàn tay trái thì cường độ dòng điện I phải có hướng từ M đến N. Đáp án B. b) + Lực từ tác dụng lên MN: F BI 0,16 α N. + Vì chiều dòng điện từ N đến M nên theo quy tắc bàn tay trái thì lực F sẽ hướng xuống và cùng chiều với P + Khi MN nằm cân bằng thì: F chiếu lên phương của trọng lực P ta được N Đáp án C. Ví dụ 6: Đoạn dây dẫn MN có chiều dài l = 20 cm, khối lượng m = 10 g được treo nằm ngang bằng hai dây mảnh AM, BN. Thanh MN đặt trong từ trường đều B thẳng đứng hướng lên với B = 0,5 T. Khi cho dòng điện I chạy qua, đoạn dây MN dịch chuyển đến vị trí cân bằng mới, lúc đó hai dây treo AM, BN hợp với phương đứng một góc α = 30. Xác định I và lực căng dây treo. Lấy g. A. Cường độ dòng điện I = A, lực căng dây 3 30 T = N. B. Cường độ dòng điện 2 3 I = A, lực căng dây 3 15 T = N. C. Cường độ dòng điện 1 3 I = A, lực căng dây 3 15 T = N. D. Cường độ dòng điện 2 3 I = A, lực căng dây 3 30 T = N. Lời giải + Các lực tác dụng lên đoạn dây MN, PF và lực căng dây T + Theo quy tắc bàn tay trái ta được F có hướng sang ngang và vuông góc với trọng lực P + Đoạn dây MN nằm cân bằng nên PF T + Hơn nữa khi xét mặt cắt ngang của đoạn dây thì tan α Đáp án A. Ví dụ 7: Giữa hai cực của một nam châm hình móng ngựa có một điện trường đều. B thẳng đứng, B = 0,5 T. Người ta treo một dây dẫn thẳng chiều dài 5 cm, khối lượng 5 g nằm ngang trong từ trường bằng hai dây dẫn mảnh nhẹ. Tìm góc lệch của dây treo so với phương thẳng đứng khi cho dòng điện I = 2 A chạy qua dây. Cho g = 10 2 m s. Lời giải + Theo quy tắc bàn tay trái ta được F có hướng sang ngang và vuông góc với trọng lực P + Góc lệch của dây treo so với phương thẳng đứng là do hợp lực của P và F gây ra Đáp án C. Ví dụ 8: Một dây dẫn được uốn gập thành một khung dây có dạng tam giác vuông AMN như hình, đặt khung dây vào từ trường đều B như hình. Coi khung dây nằm cố định trong mặt phẳng hình vẽ. Xác định vectơ lực từ tác dụng lên các cạnh tam giác. Cho AM = 8 cm, AN = 6 cm. Lời giải + Lực từ tác dụng lên cạnh NA bằng 0 vì NA B + Lực từ tác dụng lên cạnh AM có điểm đặt tại trung điểm AM và theo quy tắc bàn tay trái nó có hướng từ ngoài vào trong và có độ lớn: + Lực từ tác dụng lên cạnh MN có điểm đặt tại trung điểm MN và theo quy tắc bàn tay trái nó có hướng từ trong ra ngoài và có độ lớn: Đáp án A.
- Lực từ F→ có đặc điểm: + Điểm đặt tại trung điểm đoạn dòng điện + Có phương vuông góc với I→ và B→, có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái + Độ lớn: F = B.I.l.sin α (với α là góc tạo bới I→ và B→) Trong đó: B là cảm ứng từ (đơn vị là Tesla – T); I là cường độ dòng điện (A); l là chiều dài của sơi dây (m). Quảng cáo - Quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái xòe rộng, sao cho lòng bàn tay hứng các đường sức từ, chiều từ cổ tay đến các ngón tay giữa chỉ chiều dòng điện, khi đó ngón cái choãi ra 90° chỉ chiều của lực từ. Lưu ý: + Chiều của cảm ứng từ bên ngoài nam châm là chiều vào Nam (S) ra Bắc (N) + Quy ước:
Ví dụ 1: Hãy áp dụng quy tắc bàn tay trái để xác định chiều (của một trong ba đại lượng F→, B→, I→) còn thiếu trong các hình vẽ sau đây: Quảng cáo Hướng dẫn: Trước tiên ta phát biểu quy tắc bàn tay trái: Quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái xòe rộng, sao cho lòng bàn tay hứng các đường sức từ, chiều từ cổ tay đến các ngón tay giữa chỉ chiều dòng điện, khi đó ngón cái choãi ra 90° chỉ chiều của lực từ. Ví dụ 2: Một dây dẫn có chiều dài 10 m được đặt trong từ trường đều có B = 5.10-2 T. Cho dòng điện có cường độ 10 A chạy qua dây dẫn. a) Xác định lực từ tác dụng lên dây dẫn khi dây dẫn đặt vuông góc với B→. b) Nếu lực từ tác dụng có độ lớn bằng 2,5√3 N. Hãy xác định góc giữa B→ và chiều dòng điện ? Hướng dẫn: a) Lực từ F→ có đặc điểm: + Điểm đặt tại trung điểm đoạn dây mang dòng điện + Có phương vuông góc với I→ và B→, có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái + Độ lớn: F = B.I.l.sin α = (5.10-2).10.10.sin 90° = 5 (N) b) Ta có: F = B.I.l.sin α Ví dụ 3: Cho đoạn dây MN có khối lượng m, mang dòng điện I có chiều như hình, được đặt vào trong từ trường đều có vectơ B→ như hình vẽ. Biểu diễn các lực tác dụng lên đoạn dây MN (bỏ qua khối lượng dây treo). Quảng cáo Hướng dẫn: + Các lực tác dụng lên đoạn dây MN gồm: Trọng lực P→ đặt tại trọng tâm (chính giữa thanh), có chiều hướng xuống; Lực căng dây T→ đặt vào điểm tiếp xúc của sợi dây và thanh, chiều hướng lên; Lực từ F→: áp dụng quy tắc bàn tay trái xác định được F→ có phương thẳng đứng, chiều hướng lên như hình. + Các lực được biểu diễn như hình. Ví dụ 4: Treo đoạn dây dẫn MN có chiều dài l = 25 cm, khối lượng của một đơn vị chiều dài là 0,04 kg/m bằng hai dây mảnh, nhẹ sao cho dây dẫn nằm ngang. Biết cảm ứng từ có chiều như hình vẽ, có độ lớn B = 0,04 T. Cho g = 10 m/s2. a) Xác định chiều và độ lớn của I để lực căng dây bằng 0. b) Cho I = 16A có chiều từ M đến N. Tính lực căng mỗi dây ? Hướng dẫn: a) Lực căng dây bằng 0 nghĩa là dây nằm lơ lững ⇒ P→ + F→ = 0 ⇒ F→ = - P→ + Do đó lực từ F→ phải có chiều hướng lên. Áp dụng quy tắc bàn tay trái ta xác định được chiều của dòng điện có chiều từ N đến M. + Mặt khác ta cũng có: F = P ⇔ B.I.l.sin 90° = mg + Mật độ khối lượng của sợi dây: d = m/l + Vậy: b) Khi dòng điện có chiều từ M đến N thì lực từ F→ có chiều hướng xuống. Do lực căng dây T→ có chiều hướng lên nên: T = P + F = mg + BIl + Mật độ khối lượng của sợi dây: d = m/l + Vậy: + Vì có hai sợi dây nên lực căng mỗi sợi là T1 = T2 = T/2 = 0,13 (N) Bài 1: Hãy áp dụng quy tắc bàn tay trái để xác định chiều (của một trong ba đại lượng F→, B→, I→) còn thiếu trong các hình vẽ sau đây:
Bài 2: Xác định chiều đường sức từ (ghi tên cực của nam châm)
Áp dụng quy tắc bàn tay trái ta xác định được các cực và chiều của B→ như sau: +) Theo quy tắc bàn tay trái thì vecto cảm ứng từ có phương thẳng đứng và chiều từ dưới lên. Đường sức của vecto cảm ứng từ có chiều vào Nam, ra Bắc nên cực trên của nam châm là Nam (S) và cực dưới là Bắc (N) (như hình 1). +) Theo quy tắc bàn tay trái thì vecto cảm ứng từ có phương thẳng đứng và chiều từ trên xuống. Đường sức của vecto cảm ứng từ có chiều vào Nam, ra Bắc nên cực trên của nam châm là Bắc (N) và cực dưới là Nam (S) (như hình 2). +) Theo quy tắc bàn tay trái thì vecto cảm ứng từ có phương vuông góc với mặt phẳng hình vẽ và chiều hướng từ trong ra ngoài (như hình 3). Bài 3: Một dây dẫn có chiều dài l = 5m, được đặt trong từ trường đều có độ lớn B = 3.10-2 T. Cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn có giá trị 6A. Hãy xác đinh độ lớn của lực từ tác dụng lên dây dẫn trong các trường hợp sau đây: a) Dây dẫn đặt vuông góc với các đường sức từ. b) Dây dẫn đặt song song với các đường sức từ. c) Dây dẫn hợp với các đường sức từ một góc 45°.
a) Khi dây đặt vuông góc với các đường sức từ thì α = 90° Lực từ tác dụng lên đoạn dây lúc này có độ lớn: F = B.I.l.sin 90° = 0,9 (N) b) Khi dây đặt song song với các đường sức từ thì α = 0° Lực từ tác dụng lên đoạn dây lúc này có độ lớn: F = B.I.l.sin 0° = 0 c) Khi dây đặt tạo với các đường sức từ thì α = 45° Lực từ tác dụng lên đoạn dây lúc này có độ lớn: F = B.I.sin 45° = 0,64 (N) Bài 4: Một đoạn dây thẳng MN dài 6 cm, có dòng điện 5A, đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,5 T. Lực từ tác dụng lên đoạn dây có độ lớn F = 7,5.10-2 N. Góc hợp bởi dây MN và đường cảm ứng từ là bao nhiêu ?
Ta có: F = B.I.l.sinα Bài 5: Một dây dẫn mang dòng điện I = 5A, có chiều dài 1m, được đặt vuông góc với cảm ứng từ B = 5.10-3T. Hãy xác định lực từ tác dụng lên dây dẫn ?
Ta có: F = B.I.l.sinα = 5.10-3.5.1.sin 90° = 25.10-3 (N) Bài 6: Một đoạn dây dẫn dài 5cm đặt trong từ trường đều và vuông góc với vecto cảm ứng từ. Dòng điện chạy qua dây có cường độ 0,75A. Lực từ tác dụng lên dây có giá trị 3.10-2 N. Hãy xác định cảm ứng từ của từ trường.
Ta có: F = B.I.l.sinα Bài 7: Một dây dẫn thẳng MN chiều dài l, khối lượng của một đơn vị dài của dây là D = 0,04kg/m. Dây được treo bằng hai dây dẫn nhẹ thẳng đứng và đặt trong từ trường đều có B→ vuông góc với mặt phẳng chứa MN và dây treo, B = 0,04T. Cho dòng điện I qua dây. a) Định chiều và độ lớn của I để lực căng của các dây treo bằng không. b) Cho MN = 25cm, I = 16A có chiều từ N đến M. Tính lực căng của mỗi dây.
a) Để lực căng của dây treo bằng không thì trọng lực và lực từ tác dụng lên dây dẫn thẳng MN phải bằng nhau và lực từ phải hướng lên trên. Theo quy tắc bàn tay trái thì cường độ dòng điện I phải có chiều từ M đến N: P→ + F→ = 0→ ⇒ F = P ⇔ B.I/sinα = mg ⇔ B.I.l = D.l.g b) Lực từ tác dụng lên MN: F = B.I.l.sinα = 0,04.16.0,25 = 0,16 N Khi MN nằm cân bằng thì: F→ + P→ + 2T→ = 0→ (1) Chiếu (1) lên phương của P→: F + P – 2T = 0 Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí lớp 11 có trong đề thi THPT Quốc gia khác:
Giới thiệu kênh Youtube VietJack
Đã có app VietJack trên điện thoại, giải bài tập SGK, SBT Soạn văn, Văn mẫu, Thi online, Bài giảng....miễn phí. Tải ngay ứng dụng trên Android và iOS.
Nhóm học tập facebook miễn phí cho teen 2k5: fb.com/groups/hoctap2k5/ Theo dõi chúng tôi miễn phí trên mạng xã hội facebook và youtube:Nếu thấy hay, hãy động viên và chia sẻ nhé! Các bình luận không phù hợp với nội quy bình luận trang web sẽ bị cấm bình luận vĩnh viễn. luc-tu.jsp |
