Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường môn Vật Lý 11 năm 2021-2022

Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều tỉ lệ thuận với chiều dài của đoạn dây.. Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trườ[r]

LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN ĐOẠN DÂY DẪN MANG DÒNG ĐIỆN ĐẶT TRONG TỪ TRƯỜNG

MÔN VẬT LÝ 11 NĂM 2021-2022

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

a) B0, 02 T; I 2A; 5cm;  B I, 30 Tìm F?

A. 0,03 N B. 0,06 N C. 0, 03 2 N D. 0, 03 3 N

b) B0, 03 T; F 0, 06 N; 10 cm;  B I, 45 Tìm I?

A. 40 A B. 28,3 N C. 40

3

A D. 40 3 A

c) I 5A; 10 cm; F 0, 01N;  B I, 90 Tìm B?

A. 0,01 T B. 0,02 T C. 0,03 T D. 0,04 T

d) B0 ; I 3A; 15cm; F0 N Tìm hướng và độ lớn của B?

A. B hợp với I góc 30, độ lớn bất kì

B. B hợp với I góc 60, độ lớn bất kì

C. B hợp với I góc 90, độ lớn bất kì

D. B hướng dọc theo dây (hợp với I góc 0), 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

a) B0, 02 T; I 2A; 5cm;  B I, 30 Lực từ tác dụng lên đoạn dây là

 

sin 0, 02.2.0, 05.sin 30 0, 03

Đáp án A

b) B0, 03 T; F 0, 06 N; 10 cm;  B I, 45 Cường độ dòng điện là

0, 06

28, 3 sin 0, 03.0,1.sin 45

F I

Đáp án B.

c) I 5A; 10 cm; F 0, 01N;  B I, 90 Cảm ứng từ có độ lớn là

0, 01

0, 02 sin 5.0,1

F B

I 

Đáp án B.

d) B0 ; I 3A; 15cm; F0 N

+ Với F 0, B0 thì sin    0  0

+ Vậy B 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 7,5.102 (N) Tính góc  hợp bởi dây

MN và đường cảm ứng từ?

A. 30  B. 60  C. 45  D. 90 

Lời giải

Góc  hợp bởi dây MN và đường cảm ứng từ là

2

2

7, 5.10 1

2

0, 5.6.10 5

F BI

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, 02

T 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 2.103 N

B. F có phương thẳng đứng, có độ lớn 4.103 N

C. F có phương nằm ngang, có độ lớn 2.103 N

D. F có phương nằm ngang, có độ lớn 4.103 N

Lời giải

Lực từ tác dụng lên dây

3 sin 0, 02.0, 2.0,5.sin 90 2.10

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

sin sin 90 0, 5.0, 2.0,15 0, 015

F BI  BIa

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, 04kg 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, I 16 A có chiều từ N đến M Tính lực căng của mỗi dây

A. 0,26 N B. 0,16 N C. 0,13 N D. 0,32 N

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

0, 04

Dg

B



Đáp án B.

b) + Lực từ tác dụng lên MN: F BI sin 0, 04.16.0, 250,16 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 P 2T 0, chiếu lên phương của trọng lực P ta được:

0,16 0, 04.0, 25.10

F P

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   30 Xác định I và lực căng dây treo Lấy g 10 m s 2

A. Cường độ dòng điện 1

3

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, P F, 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 P F 2T 0

+ Hơn nữa khi xét mặt cắt ngang của đoạn dây thì

tan 0, 01.10 tan 30 1 tan

0, 5.0, 2 3

I



+ Ta có: 1 2 0, 01.10 3

2

2

T T



Đáp án A.

Ví dụ 7: Giữa hai cực của một nam châm hình móng ngựa có một điện trường đều B thẳng đứng,

0, 5

B 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

2

I  A chạy qua dây Cho g10 2

m s

A. 30  B. 60  C. 45  D. 90 

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

3

0, 5.2.0, 05

5.10 10

F BI

P mg

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, 3

3.10

B  T, 5

I  A

A. F NA 0 N; F AM F MN 1, 2.103 N B. F AM 0 N;

3

1, 2.10

F F   N

1, 2.10

1, 2.10

F F F   N

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:

0, 08.5.3.10 1, 2.10

AM

F B I AM     N

+ 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:

3 sin 1, 2.10

AM

F B I MN B I MN F

MN

Đáp án A.

Ví dụ 9: Hai thanh ray nằm ngang, song song và cách nhau 10 cm, đặt trong từ trường đều B thẳng

đứng, B0,1 T Một thanh kim loại đặt trên ray và vuông góc với ray Nối ray với nguồn điện E12

V, r 1 , điện trở thanh kim loại, ray và dây nối là R 5 Tìm lực từ tác dụng lên thanh kim loại

A. 0,02 N B. 0,04 N C. 0,01 N D. 0,03 N

Lời giải

+ Cường độ dòng điện chạy qua thanh kim loại:

12 2

5 1

E I

R r

+ Lực từ tác dụng lên thanh kim loại:

sin 0,1.2.0,1 0, 02

F BI    N

Đáp án A.

Ví dụ 10: Hai thanh ray nằm ngang và cách nhau một khoảng l20 cm Một thanh kim loại MN, khối

lượng m100 g đặt lên trên, vuông góc với thanh ray Dòng điện qua thanh MN là I 5 A Hệ thống

đặt trong từ trường đều B thẳng đứng, hướng lên, với B0, 2 T Thanh ray MN nằm yên Xác định hệ

số ma sát giữa thanh MN và hai thanh ray, lấy g 10 2

m s

Lời giải

+ Thanh ray MN nằm đứng yên, áp dụng định luật II Newton ta được:

0

ms

F    F P N , chọn hệ trục Oxy theo chiều của F và N, chiếu xuống 2 trục ta được:

0, 2.5.0, 2

0, 2 0,1.10

ms

mg BIl





Đáp án B.

Ví dụ 11: Hai thanh kim loại AB, CD đặt nằm ngang, song song, cách nhau

20

l cm, hai đầu thanh được nối với nguồn điện có  12 V, r 1

Thanh MN có điện trở R 2 , khối lượng m100 g đặt vuông góc với

hai thanh AB, CD và có thể trượt trên hai thanh này với hệ số ma sát

0, 2

k Hệ thống đặt trong từ trường đều thẳng đứng, hướng lên với

0, 4

B T như hình vẽ Bỏ qua điện trở các thanh ray

a Tính gia tốc chuyển động của ray MN, lấy g 10 m s2

A. 1m s 2 B. 0,8m s 2 C.1, 2 m s 2 D. 1, 4 m s 2

b Nâng hai đầu BD của thanh hợp với phương ngang một góc   30 , tính gia tốc của thanh MN?

A. 1,177 m s 2 B. 0,177 m s 2 C. 0, 25 m s 2 D. 0,354 m s 2

Lời giải

a) Theo quy tắc bàn tay trái, ta có chiều của lực F như hình vẽ

Thanh chịu tác dụng của các lực: Trọng lực, phản lực, lực từ và lực ma sát

Áp dụng định luật II Newton cho thanh MN chuyển động ta có:

ms

F    F P N ma , chọn hệ trục Oxy theo chiều của F và N, chiếu lên

các trục ta được:

ms

F F ma

F m g a

N P mg



E B



Thay số ta được 0, 4.4.0, 2 2

a 0, 2.10 1, 2 m s

0,1

Đáp án C.

b) Chọn hệ trục tọa độ Oxy với Ox theo phương của mặt phẳng nghiêng, Oy hướng lên vuông góc với mặt

phẳng Vì Psin Fcos nên thanh sẽ chuyển động đi xuống theo mặt phẳng nghiêng Chọn chiều Ox

là chiều chuyển động Chiếu lên các trục ta được:

: sin cos

cos sin

ms

Oy N P F





Mà F ms    N Pcos Fsin

 

Từ đó ta suy ra gia tốc của chuyển động là

a

m

m

Thay số ta được  2

a0,177 m s

Đáp án B.

3 LUYỆN TẬP

Câu 1: Phát biểu nào sau đây là đúng?

Một dòng điện đặt trong từ trường vuông góc với đường sức từ, chiều của lực từ tác dụng vào dòng điện

sẽ không thay đổi khi

A đổi chiều dòng điện ngược lại

B đổi chiều cảm ứng từ ngược lại

C đồng thời đổi chiều dòng điện và đổi chiều cảm ứng từ

D quay dòng điện một góc 90° xung quanh đường sức từ

Câu 2: Một đoạn dây dẫn có dòng điện I nằm ngang đặt trong từ trường có các đường sức từ thẳng đứng

từ trên xuống như hình vẽ Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có chiều

A thẳng đứng hướng từ trên xuống

B thẳng đứng hướng từ dưới lên

C nằm ngang hướng từ trái sang phải

D nằm ngang hướng từ phải sang trái

Câu 3: Chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện, thường được xác định bằng quy tắc:

A vặn đinh ốc 1

B vặn đinh ốc 2

C bàn tay trái

D bàn tay phải

Câu 4: Một đoạn dây dẫn dài l = 0,8 m đặt trong từ trường đều sao cho dây dẫn hợp với véc - tơ cảm ứng

từ một góc 60° Biết dòng điện I = 20 A và dây dẫn chịu một lực là F = 2.10-2 N Độ lớn của cảm ứng từ là

A 0,8.10-3 T B 10-3 T C 1,4.10-3 T D 1,6.10-3 T

Câu 5: Một đoạn dây dẫn dài l = 0,5 m đặt trong từ trường đều sao cho dây dẫn hợp với véc - tơ cảm ứng

từ một góc 45° Biết cảm ứng từ B = 2.10-3 T và dây dẫn chịu lực từ F = 4.10-2 N Cường độ dòng điện trong dây dẫn là

A 20 A B 20√2 A C 40√2 A D 40 A

Câu 6: Một đoạn dây dẫn đặt trong từ trường đều Nếu chiều dài dây dẫn và cường độ dòng điện qua dây dẫn tăng 2 lần thì độ lớn lực từ tác dụng lên dây dẫn

A tăng 2 lần B giảm 2 lần C tăng 4 lần D không đổi

Câu 7: Treo đoạn dây dẫn có chiều dài l = 5 cm, khối lượng m = 5g bằng hai dây mảnh, nhẹ sao cho dây

dẫn nằm ngang Biết cảm ứng từ của từ trường hướng thẳng đứng xuống dưới, có độ lớn B = 0,5 T và dòng điện đi qua dây dẫn là I = 2 A Nếu lấy g = 10 m/s2 thì góc lệch của dây treo so với phương thẳng đứng là

A 30° B 45° C 60° D 75°

Câu 8: Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A Lực từ tác dụng lên dòng điện có phương vuông góc với dòng điện

B Lực từ tác dụng lên dòng điện có phương vuông góc với đường cảm ứng từ

C Lực từ tác dụng lên dòng điện có phương vuông góc với mặt phẳng chứa dòng điện và đường cảm ứng

từ

D Lực từ tác dụng lên dòng điện có phương tiếp thuyến với các đường cảm ứng từ

Câu 9: Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A Lực từ tác dụng lên dòng điện đổi chiều khi đổi chiều dòng điện

B Lực từ tác dụng lên dòng điện đổi chiều khi đổi chiều đường cảm ứng từ

C Lực từ tác dụng lên dòng điện đổi chiều khi tăng cường độ dòng điện

D Lực từ tác dụng lên dòng điện không đổi chiều khi đồng thời đổi chiều dòng điện và đường cảm ứng từ

Câu 10: Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A Cảm ứng từ là đại lượng đặc trưng cho từ trường về mặt tác dụng lực

B Độ lớn của cảm ứng từ được xác định theo công thức phụ thuộc vào cường độ dòng điện I và chiều dài đoạn dây dẫn đặt trong từ trường

C Độ lớn của cảm ứng từ được xác định theo công thức không phụ thuộc vào cường độ dòng điện I và chiều đài đoạn dây dẫn đặt trong từ trường

D Cảm ứng từ là đại lượng vectơ

Câu 11: Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện trong đoạn dây

B Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều tỉ lệ thuận với chiều dài của đoạn dây

C Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều tỉ lệ thuận với góc hợp bởi đoạn dây và đường sức từ

D Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều tỉ lệ thuận với cảm ứng

từ tại điểm đặt đoạn dây

Câu 12: Phát biểu nào dưới đây là Đúng?

Cho một đoạn dây dẫn mang dòng điện I đặt song song với đường sức từ, chiều của dòng điện ngược chiều với chiều của đường sức từ

A Lực từ luôn bằng không khi tăng cường độ dòng điện

B Lực từ tăng khi tăng cường độ dòng điện

C Lực từ giảm khi tăng cường độ dòng điện

D Lực từ đổi chiều khi ta đổi chiều dòng điện

Câu 13: Một đoạn dây dẫn dài 5 (cm) đặt trong từ trường đều và vuông góc với vectơ cảm ứng từ Dòng điện chạy qua dây có cường độ 0,75 (A) Lực từ tác dụng lên đoạn dây đó là 3.10-2 (N) Cảm ứng từ của từ trường đó có độ lớn là:

A 0,4 (T)

B 0,8 (T)

Câu 14: Phát biểu nào sau đây là không đúng?

Một đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện I đặt trong từ trường đều thì

A lực từ tác dụng lên mọi phần của đoạn dây

B lực từ chỉ tác dụng vào trung điểm của đoạn dây

C lực từ chỉ tác dụng lên đoạn dây khi nó không song song với đường sức từ

D lực từ tác dụng lên đoạn dây có điểm đặt là trung điểm của đoạn dây

Câu 15: 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 = 7,5.10-2(N) Góc α hợp bởi dây MN và đường cảm ứng từ là:

A 0,5°

B 30°

C 60°

D 90°

Câu 16: Một dây dẫn thẳng có dòng điện I đặt trong vùng không gian có từ trường đều như hình vẽ Lực

từ tác dụng lên dây có

A phương ngang hướng sang trái

B phương ngang hướng sang phải

C phương thẳng đứng hướng lên

D phương thẳng đứng hướng xuống

Câu 17: Phát biểu nào sau đây không đúng?

A Lực tương tác giữa hai dòng điện thẳng song song có phương nằm trong mặt phẳng hai dòng điện và vuông góc với hai dòng điện

B Hai dòng điện thẳng song song cùng chiều hút nhau, ngược chiều đẩy nhau

C Hai dòng điện thẳnh song song ngược chiều hút nhau, cùng chiều đẩy nhau

D Lực tương tác giữa hai dòng điện thẳng song song có độ lớn tỉ lệ thuận với cường độ của hai dòng điện

Câu 18: Khi tăng đồng thời cường độ dòng điện trong cả hai dây dẫn thẳng song song lên 3 lần thì lực từ tác dụng lên một đơn vị dài của mỗi dây sẽ tăng lên:

A 3 lần

B 6 lần

C 9 lần

D 12 lần

Câu 19: Hai dây dẫn thẳng, dài song song và cách nhau 10 (cm) trong chân không, dòng điện trong hai dây cùng chiều có cường độ I1 = 2 (A) và I2 = 5 (A) Lực từ tác dụng lên 20 (cm) chiều dài của mỗi dây là:

A lực hút có độ lớn 4.10-6 (N)

B lực hút có độ lớn 4.10-7 (N)

C lực đẩy có độ lớn 4.10-7 (N)

D lực đẩy có độ lớn 4.10-6 (N)

Câu 20: Hai dây dẫn thẳng, dài song song đặt trong không khí Dòng điện chạy trong hai dây có cùng cường độ 1 (A) Lực từ tác dụng lên mỗi mét chiều dài của mỗi dây có độ lớn là 10-6(N) Khoảng cách giữa hai dây đó là:

A 10 (cm)

B 12 (cm)

C 15 (cm)