Mômen ngẫu lực từ có tác dụng làm quay khung dây về trạng thái cân bằng bền Câu 2: Một khung dây dẫn phẳng, diện tích S, mang dòng điện I đặt trong từ trường đều B, mặt phẳng khung dây s[r]
Trang 1LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN KHUNG DÂY MANG DÒNG ĐIỆN ĐẶT TRONG TỪ TRƯỜNG
ĐỀU MÔN VẬT LÝ 11 NĂM 2021-2022
1 PHƯƠNG PHÁP CHUNG
- Phân tích lực từ tác dụng lên từng đoạn dây của khung dây Từ đó tính lực tổng hợp tác dụng lên khung
hoặc momen lực tác dụng lên khung
- Nếu dây gồm N vòng, độ lớn của lực từ sẽ tăng lên N lần
- Momen lực được xác định bởi: M F l N m trong đó: F là lực làm cho khung quay l là độ dài
cánh tay đòn
2 VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ 1: Khung dây hình chữ nhật có AB a 10 cm, BC b 5 cm gồm 20 vòng dây nối tiếp với
nhau có thể quay quanh cạnh AB thẳng đứng, khung có dòng điện 1 A chạy qua và đặt trong từ trường
đều có B nằm ngang, B n, 30, B0, 5 T Tính mômen lực tác dụng lên khung
A. 5.102 N.m B. 2,5.102 N.m C.102 N.m D. 3.102 N.m
Lời giải
Ta có: M NIBSsin 20.1.0,5.0,1.0, 05.sin 30 2,5.102 N.m
Vậy momen lực từ đặt lên khung là 2,5.102 (N.m)
Đáp án B.
Ví dụ 2: Dòng điện có cường độ I14 A chạy trong dây dẫn thẳng dài Khung dây dẫn ABCD đồng
phẳng với dòng I có 1 ABCD10 cm, ADBC5 cm AB song song với I và cách 1 I 5cm Dòng 1
điện chạy qua khung ABCD là I2 2 A Xác định lực từ tổng hợp tác dụng lên khung
A. 3, 2.106 N B.1, 6.106 N C. 6
2.10 N D. 1,5.106 N
Lời giải
+ Từ trường do dòng I gây nên tại các vị trí nằm trên cạnh khung dây và có chiều hướng vào mặt phẳng 1
nên cảm ứng từ B có chiều từ ngoài vào trong hay mang dấu (+)
+ Lực từ tác dụng lên mỗi cạnh của khung dây được xác định dựa trên quy tắc bàn tay trái
+ Hợp lực tác dụng lên khung dây: F F1F2F3F4 (với F trên AD, 1 F trên DC, 2 F trên CB, 3 F 4
trên AB)
+ Do tính chất đối xứng nên lực từ gây ra tại AD và BC bằng nhau và F1F3
1 3 0
F F
+ Ta có:
7 1 2
6 2
2
6
4
I I
F 2.10 a
F 1, 6.10 N
d AD
I I F 3, 2.10 N
F 2.10 a
d
1, 6.10
F F F F F N
Trang 2Đáp án B.
Ví dụ 3: Một khung dây có bán kính 10 cm, gồm 50 vòng Trong mỗi vòng có dòng điện cường độ 10 A
đi qua Khung đặt trong từ trường đều đường sức từ song song với mặt phẳng khung, B0, 2 T Tính
momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung
A. 31,4 N.m B. 3,14 N.m C. 0,314 N.m D. 1,57 N.m
Lời giải
Momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung là
2 sin 50 .0,1 0, 2.10.1 3,14
Đáp án B.
Ví dụ 4: Một khung dây có bán kính 5 cm, gồm 75 vòng Trong mỗi vòng có dòng điện cường độ 8 A đi
qua Khung đặt trong từ trường đều đường sức từ hợp với mặt phẳng khung một góc 60, B0, 25 T
Tính momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung
Lời giải
+ Vì đường sức từ hợp với mặt phẳng khung dây một góc 60 nên B n, 90 60 30
+ Momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung là:
2 sin 75 .0, 05 0, 25.8.sin 30 0,59
Đáp án A
Ví dụ 5: Một khung dây hình vuông ABCD cạnh a10 cm có dòng điện I 1 A chạy qua Khung đặt
cạnh một dây dẫn thẳng dài có dòng điện I12 A song song AD, cách cạnh AD một đoạn a Xác định
lực từ tổng hợp lên khung dây
A. 4.107 N B. 2.107 N C. 3.107 N D. 1.107 N
Lời giải
+ Từ trường do dòng I gây nên tại các vị trí nằm trên cạnh khung dây và có chiều hướng vào mặt phẳng 1
nên cảm ứng từ B có phương vuông góc với khung dây
+ Lực từ tác dụng lên mỗi cạnh của khung dây được xác định dựa trên quy tắc bàn tay trái
+ Hợp lực tác dụng lên khung dây: F F1F2F3F4 (với F trên AD, 4 F trên BC, 2 F trên AB, 3 F 1
trên CD)
+ Do tính chất đối xứng nên lực từ gây ra tại AB và CD bằng nhau và F1F3
1 3 0
F F
+ Ta có:
7 2
2
7
4
2.10
2.10 4.10 2.10
II
d AB
d
+ Vì F2F4 F F2F4 2.107 N Đáp án B
Trang 33 LUYỆN TẬP
Câu 1: Một khung dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều Kết luận nào sau đây
là không đúng?
A Luôn có lực từ tác dụng lên tất cả các cạnh của khung
B Lực từ tác dụng lên các cạnh của khung khi mặt phẳng khung dây không song song với đường sức từ
C Khi mặt phẳng khung dây vuông góc với vectơ cảm ứng từ thì khung dây ở trạng thái cân bằng
D Mômen ngẫu lực từ có tác dụng làm quay khung dây về trạng thái cân bằng bền
Câu 2: Một khung dây dẫn phẳng, diện tích S, mang dòng điện I đặt trong từ trường đều B, mặt phẳng
khung dây song song với các đường sức từ Mômen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây là:
A M = 0 B M = IBS C M = IB/S D M = IS/B
Câu 3: Một khung dây mang dòng điện I đặt trong từ trường đều, mặt phẳng khung dây vuông góc với
đường cảm ứng từ (Hình vẽ) Kết luận nào sau đây là đúng về lực từ tác dụng lên các cạnh của khung
dây
A bằng không
B có phương vuông góc với mặt phẳng khung dây
C nằm trong mặt phẳng khung dây, vuông góc với các cạnh và có tác dụng kéo dãn khung
D nằm trong mặt phẳng khung dây, vuông góc với các cạnh và có tác dụng nén khung
Câu 4: Một khung dây mang dòng điện I đặt trong từ trường đều, mặt phẳng khung dây chứa các đường
cảm ứng từ, khung có thể quay xung quanh một trục 00' thẳng đứng nằm trong mặt phẳng khung (Hình
vẽ) Kết luận nào sau đây là đúng?
Trang 4B lực từ tác dụng lên cạnh NP & QM bằng không
C lực từ tác dụng lên các cạnh triệt tiêu nhau làm cho khung dây đứng cân bằng
D lực từ gây ra mômen có tác dụng làm cho khung dây quay quanh trục 00'
Câu 5: Khung dây dẫn hình vuông cạnh a = 20 (cm) gồm có 10 vòng dây, dòng điện chạy trong mỗi
vòng dây có cường độ I = 2 (A) Khung dây đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,2 (T), mặt
phẳng khung dây chứa các đường cảm ứng từ Mômen lực từ tác dụng lên khung dây có độ lớn là:
A 0 (Nm) B 0,016 (Nm) C 0,16 (Nm) D 1,6 (Nm)
Câu 6: Chọn câu sai
Mômen ngẫu lực từ tác dụng lên một khung dây có dòng điện đặt trong từ trường đều
A tỉ lệ thuận với diện tích của khung
B có giá trị lớn nhất khi mặt phẳng khung vuông góc với đường sức từ
C có giá trị lớn nhất khi mặt phẳng khung song song với đường sức từ
D phụ thuộc vào cường độ dòng điện trong khung
Câu 7: Một khung dây phẳng nằm trong từ trường đều, mặt phẳng khung dây chứa các đường sức từ
Khi giảm cường độ dòng điện đi 2 lần và tăng cảm ừng từ lên 4 lần thì mômen lực từ tác dụng lên khung
dây sẽ:
A không đổi B tăng 2 lần C tăng 4 lần D giảm 2 lần
Câu 8: Một khung dây dẫn hình chữ nhật ABCD đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 5.10-2 (T)
Cạnh AB của khung dài 3 (cm), cạnh BC dài 5 (cm) Dòng điện trong khung dây có cường độ I = 5 (A)
Giá trị lớn nhất của mômen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây có độ lớn là:
A 3,75.10-4 (Nm) B 7,5.10-3 (Nm) C 2,55 (Nm) D 3,75 (Nm)
Câu 9: Một khung dây cứng hình chữ nhật có kích thước 2 (cm) x 3 (cm) đặt trong từ trường đều Khung
có 200 vòng dây Khi cho dòng điện có cường độ 0,2 (A) đi vào khung thì mômen ngẫu lực từ tác dụng
vào khung có giá trị lớn nhất là 24.10-4 (Nm) Cảm ứng từ của từ trường có độ lớn là:
A 0,05 (T) B 0,10 (T) C 0,40 (T) D 0,75 (T)
ĐÁP ÁN PHẦN LUYỆN TẬP
Trang 5Website HOC247 cung cấp một môi trường học trực tuyến sinh động, nhiều tiện ích thông minh, nội dung bài giảng được biên soạn công phu và giảng dạy bởi những giáo viên nhiều năm kinh nghiệm, giỏi
về kiến thức chuyên môn lẫn kỹ năng sư phạm đến từ các trường Đại học và các trường chuyên danh
tiếng
I Luyện Thi Online
- Luyên thi ĐH, THPT QG: Đội ngũ GV Giỏi, Kinh nghiệm từ các Trường ĐH và THPT danh tiếng xây dựng các khóa luyện thi THPTQG các môn: Toán, Ngữ Văn, Tiếng Anh, Vật Lý, Hóa Học và Sinh
Học
- Luyện thi vào lớp 10 chuyên Toán : Ôn thi HSG lớp 9 và luyện thi vào lớp 10 chuyên Toán các
trường PTNK, Chuyên HCM (LHP-TĐN-NTH-GĐ), Chuyên Phan Bội Châu Nghệ An và các trường Chuyên khác cùng TS.Trần Nam Dũng, TS Phạm Sỹ Nam, TS Trịnh Thanh Đèo và Thầy Nguyễn Đức Tấn
II.Khoá Học Nâng Cao và HSG
- Toán Nâng Cao THCS: Cung cấp chương trình Toán Nâng Cao, Toán Chuyên dành cho các em HS THCS lớp 6, 7, 8, 9 yêu thích môn Toán phát triển tư duy, nâng cao thành tích học tập ở trường và đạt điểm tốt ở các kỳ thi HSG
- Bồi dưỡng HSG Toán: Bồi dưỡng 5 phân môn Đại Số, Số Học, Giải Tích, Hình Học và Tổ Hợp dành
cho học sinh các khối lớp 10, 11, 12 Đội ngũ Giảng Viên giàu kinh nghiệm: TS Lê Bá Khánh Trình, TS Trần Nam Dũng, TS Phạm Sỹ Nam, TS Lưu Bá Thắng, Thầy Lê Phúc Lữ, Thầy Võ Quốc Bá Cẩn cùng đôi
HLV đạt thành tích cao HSG Quốc Gia
III Kênh học tập miễn phí
- HOC247 NET: Website hoc miễn phí các bài học theo chương trình SGK từ lớp 1 đến lớp 12 tất cả
các môn học với nội dung bài giảng chi tiết, sửa bài tập SGK, luyện tập trắc nghiệm mễn phí, kho tư liệu tham khảo phong phú và cộng đồng hỏi đáp sôi động nhất
- HOC247 TV: Kênh Youtube cung cấp các Video bài giảng, chuyên đề, ôn tập, sửa bài tập, sửa đề thi
miễn phí từ lớp 1 đến lớp 12 tất cả các môn Toán- Lý - Hoá, Sinh- Sử - Địa, Ngữ Văn, Tin Học và Tiếng Anh
Vững vàng nền tảng, Khai sáng tương lai
Học mọi lúc, mọi nơi, mọi thiết bi – Tiết kiệm 90%
Học Toán Online cùng Chuyên Gia
HOC247 NET cộng đồng học tập miễn phí HOC247 TV kênh Video bài giảng miễn phí