Lý thuyết và bài tập vật lý 11 chương 4 và 5 điện từ học

Lý thuyết và bài tập vật lý 11 chương 4 và 5 điện từ học Lý thuyết và bài tập vật lý 11 chương 4 và 5 điện từ học Lý thuyết và bài tập vật lý 11 chương 4 và 5 điện từ học Lý thuyết và bài tập vật lý 11 chương 4 và 5 điện từ học Lý thuyết và bài tập vật lý 11 chương 4 và 5 điện từ học Lý thuyết và bài tập vật lý 11 chương 4 và 5 điện từ học Lý thuyết và bài tập vật lý 11 chương 4 và 5 điện từ học Lý thuyết và bài tập vật lý 11 chương 4 và 5 điện từ học Lý thuyết và bài tập vật lý 11 chương 4 và 5 điện từ học Lý thuyết và bài tập vật lý 11 chương 4 và 5 điện từ học Lý thuyết và bài tập vật lý 11 chương 4 và 5 điện từ học

LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP

VẬT LÍ 11

CHƯƠNG 4-5

ĐIỆN TỪ HỌC

Chương IV: TỪ TRƯỜNG Bài 19: TỪ TRƯỜNG

I NAM CHÂM

1 Nam châm là các vật có khả năng hút được sắt vụn Vật liệu dùng để làm nam châm thường là sắt,niken, côban, mangan…

2 Mỗi nam châm bao giờ cũng có hai cực được gọi là cực Nam (S) và cực Bắc (N)

3 Hai cực của hai nam châm đặt gần nhau sẽ ……… khi chúng cùng tên và

……… khi chúng khác tên

II TỪ TÍNH CỦA DÂY DẪN CÓ DÒNG ĐIỆN

1 Tuơng tác giữa hai dòng điện

Hai dây dẫn song song có các dòng điện I1, I2:

- Hút nhau khi I1 và I2 ………

- Đẩy nhau khi I1 và I2 ………

2 Lực từ : Lực tương tác giữa ……… , giữa ……… , giữa

 Để phát hiện sự tồn tại của từ trường tại một điểm, người ta sử dụng kim nam châm nhỏ, đặt tạiđiểm đó Hướng của từ trường tại là hướng ……… của kim nam châm nằm cân bằng tại đó

IV ĐƯỜNG SỨC TỪ

1 Định nghĩa: Đường sức từ là những đường vẽ ở trong không gian có ………., sao cho

……… tại mỗi điểm có hướng …………với hướng của từ trường tại điểm đó

 Chiều của đường sức từ tại một điểm là chiều của ……… tại điểm đó

2 Các ví dụ về đường sức từ

Dùng mạt sắt để tạo từ phổ và kim nam châm thử để xác định chiều của đường sức từ ta được hình dạng đường sức từ của của từ trường do dòng điện gây ra như sau:

3 Các tính chất của đường sức từ

 Chiều của các đường sức từ tuân theo những quy tắc xác định (quy tắc ………, quy tắc

……….)

 Người ta quy ước vẽ các đường sức từ sao cho chỗ nào từ trường mạnh thì các đường sức ………

và chỗ nào từ trường yếu thì các đường sức từ ………

- Đơn vị cảm ứng từ là ………

2 Vectơ cảm ứng từ

Vectơ cảm ứng từ tại một điểm :

- Có hướng ……… với hướng của từ trường tại điểm đó;

- Có độ lớn là :………

II LỰC TỪ

1 Từ trường đều

Từ trường đều là từ trường mà vectơ cảm ứng từ B

của nó ………tại mọi điểm

2 Xác định lực từ do từ trường đều tác dụng lên một đoạn dây dẫn có dòng điện

Trong một từ trường đều có cảm ứng từ B

, ta đặt một đoạn dây dẫn M1M2 = ℓ hợp với đuờng sức

từ một góc  cho dòng điện có cường độ I chạy qua thì xuất hiện lực từ tác dụng lên đọan dây có :

- Điểm đặt: ………

- Phương: ………

- Chiều: tuân theo qui tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ

……… vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay trùng với ………, thì ngón tay cái ……… chỉ chiều của ……… tác dụng lên dòng điện

- Độ lớn:

:: g

- Tỉ lệ với ……… gây ra từ trường;

- Phụ thuộc vào ……… của dây dẫn;

- Phụ thuộc vào ……… của điểm M;

- Phụ thuộc vào ……… xung quanh

I TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN THẲNG DÀI

1 Đường sức từ : Từ trường do dòng điện thẳng gây ra với đường sức từ có :

Hình dạng là những đường ……… , nằm trong mặt phẳng ( ) vuông góc với dây dẫn, có tâm O là giao điểm của dây dẫn và mặt phẳng ( )

Chiều được xác định bởi quy tắc nắm tay phải: Để bàn tay phải sao cho ngón

cái nằm ……… dây dẫn và chỉ theo chiều ………, khi đó các ngón

……… lại cho ta chiều của các đường sức từ

F

B

I



: cường độ dòng điện (A).

r : khoảng cách từ M tới dây dẫn (m)

B : cảm ứng từ (T)

II TỪ TRƯỜNG CỦA DỊNG ĐIỆN CHẠY TRONG DÂY DẪN UỐN THÀNH VỊNG TRỊN

1 Đường sức từ : Từ trường do dịng điện trong dây dẫn trịn gây ra với đường sức từ cĩ:

Hình dạng là những ………., càng gần tâm O độ cong càng giảm, tại tâm O đường sức là đườngthẳng trùng với trục của vịng trịn

Chiều của đường sức từ đi vào mặt ……… và đi ra mặt ………… của dịng điện trịn (hoặc xác định theo quy tắc nắm bàn tay phải) Trong đĩ :

 Mặt Nam của dịng điện trịn là mặt khi nhìn vào ta thấy dịng điện chạy ……… …….kimđồng hồ

 Mặt Bắc của dịng điện trịn là mặt khi nhìn vào ta thấy dịng điện chạy ……… kimđồng hồ

2 Cơng thức

Độ lớn của cảm ứng từ B của dịng điện chạy trong dây dẫn trịn gây ra tại tâm O :

……….; với R là bán kính đường trịn (m) Nếu khung dây trịn dẹt cĩ N vịng dây: ………

III TỪ TRƯỜNG CỦA DỊNG ĐIỆN CHẠY TRONG ỐNG DÂY DẪN HÌNH TRỤ

1 Đường sức từ : Từ trường do dịng điện trong ống dây dẫn hình trụ gây ra với đường sức từ cĩ:Hình dạng như hình vẽ, bên trong ống dây đường sức là những đường

thẳng ……… với trục của ống dây và cách đều nhau (từ trường……….)

Bên ngồi ống dây, giống đường sức từ bên ngồi của một nam châm

thẳng

Chiều của đường sức từ được xác định bởi quy tắc nắm bàn tay phải

“ Đặt nắm bàn tay phải ……… trục ……… với mặt phẳng khung dây, chiều 4 ngĩn khum theo chiều dịng điện trong khung, khi đĩ chiều ………… ……… là chiều của các đường sức từ.”

I

I

I

2 Cơng thức

Độ lớn của cảm ứng từ B của dịng điện chạy trong dây dẫn trịn gây ra tại một điểm bên trong ống dây :

: chiều dài ống dây (m)







Gọi: n = N

 là số vịng dây quấn trên một đơn vị dài của ống dây  ………

IV TỪ TRƯỜNG CỦA NHIỀU DỊNG ĐIỆN

Từ trường do nhiều dịng điện gây ra tuân theo nguyên lý chồng chất : Vectơ cảm ứng từ tại một điểm do nhiều dịng điện gây ra bằng tổng các vectơ cảm ứng từ do từng dịng điện gây ra tại điểm ấy

1 Định nghĩa lực Lo-ren-xơ (Lorentz)

Lực Lo-ren-xơ là lực từ tác dụng lên hạt điện tích trong một từ trường theo phương

………

2 Xác định lực Lo-ren-xơ

 Điểm đặt: Tại điện tích điểm

 Phương: với v và B

 Chiều: Tuân theo qui tắc bàn tay trái : Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ

vào lịng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngĩn tay chiều v

, thì ngĩn tay cái chỗi ra 90 0 chỉ chiều của tác dụng lên hạt mang điện

và ngược lại khi hạt mang điện âm

Vậy lực Lorenxơ khơng làm thay đổi độ lớn vận tốc của hạt

2 Chuyển động của hạt điện tích trong từ trường đều:

Một hạt điện tích q, khối lượng m bay vào trong một từ trường đều B

với vận tốc ban đầu v0

của hạt vuơng gĩc với từ trường

Lực Lorentz là lực hướng tâm :

Vậy một hạt điện tích chuyển động trong từ trường đều Bv

thì chuyển động trịn đều với bán kính

với

Lực Lo-ren-xơ cĩ nhiều ứng dụng trong khoa học và cơng nghệ : đo lường điện từ, ống phĩng điện

từ trong truyền hình, khối phổ kế, các máy gia tốc,

CHƯƠNG V: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Bài 23: TỪ THƠNG – CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

I TỪ THƠNG

Định nghĩa: Một diện tích S phẳng được đặt trong một từ trường đều B

Gọi  là gĩc tạo bởi vectơ pháp tuyến n

B

(C)tíchđiện :q

(m/s)tốcvận :v

(kg)tíchđiệnlượng khối: m

Lưu ý:

- Từ thông một đại lượng ………

- Để đơn giản, ta quy ước chọn chiều của n

sao cho  là góc nhọn, khi đó  > 0

Một mạch kín (C) hai đầu nối vào điện kế G, đặt (C) vào trong từ trường

của một nam châm SN Ta thấy kim điện kế cho biết có dòng điện chạy trong (C)

khi :

 Cho nam châm hay khung dây dịch chuyển tịnh tiến lại gần hoặc xa nhau

 Cho khung dây hoặc nam châm quay một góc 

 Thay đổi diện tích của khung dây

Dòng điện trong (C) tắt khi dừng các thay đổi trên, dòng điện trong (C) đổi chiều khi các thay đổi trên đổi chiều

2 Kết luận

Mỗi khi từ thông qua mạch kín ……… thì trong mạch kín xuất hiện một dòng điện gọi là

……… Hiện tượng xuất hiện ……… ứng gọi là hiện tượng ………

Hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ tồn tại trong khoảng thời gian từ thông qua mạch kín ……… III ĐỊNH LUẬT LEN-XƠ (LENZ) VỀ CHIỀU DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG

là từ trường do dòng điện cảm ứng Ic gây ra

 Trường hợp từ thông qua (C) ………… : Bc

……… với B

 chiều của Ic

 Trường hợp từ thông qua (C) ………… : Bc

……… với B

 chiều của Ic

IV DÒNG ĐIỆN FU-CÔ (FOUCAULT)

1 Định nghĩa

Dòng điện Fu-cô là dòng ……… cũng xuất hiện trong các ……… khi những khối này

……… trong một từ trường hoặc được đặt trong một từ trường ……… theo thời gian

2 Thí nghiệm

Một đĩa kim loại nhôm ở giữa hai cực của một nam châm điện Đĩa được treo một đầu cố định, cho đĩa dao động giữa hai cực của nam châm điện Nếu có dòng điện đi vào nam châm điện, đĩa bị hãm dừng lại nhanh hơn

Giải thích : Đĩa kim loại chuyển động trong từ trường thì trong đĩa xuất hiện dòng điện Fu-cô Theo định luật Len-xơ, lực từ tác dụng lên dòng điện Fu-cô luôn chống lại chuyển động của đĩa làm cho đĩa bị hãm và dừng lại Lực từ có tác dụng cản trở chuyển động gọi là lực hãm điện từ

3 Công dụng của dòng điện Fu-cô

 Bộ phanh điện từ của những ô tô hạng nặng

 Lò cảm ứng để nung nóng kim loại

 Dòng Fu-cô cũng được ứng dụng trong một số lò tôi kim loại

 Trong trường hợp, dòng Fu-cô có hại Để giảm tác dụng của dòng Fu-cô, khối kim loại nguyên vẹn được thay bằng một khối nhiều lá kim loại xếp liền nhau, cách điện đối với nhau

Bài 24: SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG

I SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRONG MẠCH KÍN

II CHUYỂN HÓA NĂNG LƯỢNG TRONG HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

Bản chất của hiện tượng cảm ứng điện từ là quá trình chuyển hóa cơ năng thành điện năng

t





 Đơn vị của L là Henry (H)

 L chỉ phụ thuộc vào cấu tạo và kích thước của mạch kín (C)

 Độ tự cảm L của một ống dây điện:

……… với

2

N

)

: số vòng dây

: chiều dài ống dây (m)

S : tiết diên ống dây (m

II HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM

1 Định nghĩa

Hiện tượng tự cảm là hiện tượng xảy ra trong một mạch cĩ dịng điện

mà sự biến thiên qua mạch được gây ra bởi sự biến thiên của trong mạch

 Trong các mạch điện hiện tượng tự cảm thường xảy ra khi đĩng mạch và khi ngắt mạch

 Trong các mạch điện xoay chiều, luơn luơn xảy ra hiện tượng tự cảm

2 Một số thí nghiệm về hiện tượng tự cảm

a Thí nghiệm 1

Trong mạch điện vẽ trên Hình 25.2, hai đèn 1 và 2 giống nhau; điện trở R và ống

dây tự cảm L cĩ cùng giá trị điện trở Khi đĩng khĩa K, đèn 1 sáng lên ngay cịn đèn 2

sáng lên từ từ

Giải thích: Khi đĩng khĩa K, dịng điện qua ống dây và đèn 2 tăng lên đột ngột, khi đĩ trong ống dây xảy ra hiện tượng tự cảm cản trở sự tăng của dịng điện qua L Do đĩ dịng điện qua L và qua đèn 2

tăng lên từ từ

b Thí nghiệm 2

Trong mạch điện vẽ trên Hình 25.3, điều chỉnh biến trở R để độ sáng của đèn yếu,

vừa đủ để trông rõ được sợi dây tóc Nếu đột ngột ngắt khóa K, ta thấy đèn sáng bừng lên

trước khi tắt

Giải thích: Khi ngắt K, dòng điện iL qua L giảm đột ngột xuống 0 Trong ống dây xảy ra hiện tượng

tự cảm rong ống dây xuất hiện dòng điện cảm ứng chạy qua đèn làm cho đèn sáng bừng lên trước khi tắt III SUẤT ĐIỆN ĐỘNG TỰ CẢM

1 Khi có hiện tượng tự cảm xảy ra trong một mạch điện thì xuất hiện suất điện động tự cảm

Etc = –LSuất điện động tự cảm có độ lớn với tốc độ của cường độ dòng điện trong mạch

2 Năng lượng từ trường của ống dây tự cảm (đọc thêm)

Năng lượng từ trường trong ống dây khi có dòng điện chạy qua

CHỦ ĐỀ 1: Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện

b đứng, B = 0,03T ; ℓ = 10cm; F = 6.10-3 N Tìm I và phương, chiều của

c thẳng đứng, I = 5A ; ℓ = 10cm ; F = 0,01N Tìm 

ĐS : a) F = 10-3N ; b) I = 2A ; c) 0,02 T

trong dây là 5A đặt trong từ trường đều có B = 0,02T, phương vuông góc với mặt giấy

và chiều như hình vẽ ĐS : 0,01 N

dòng điện và các đường sức từ đều nằm trong mặt phẳng hình vẽ

Cho biết cảm ứng từ bằng 0,5 T, MN dài 6 cm và cường độ dòng

điện qua MN bằng 5 A

Hãy dùng các kí hiệu và để chỉ chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện MN

Tính góc hợp bởi MN vàvectơ cảm ứng từ Cho biết lực từ tác dụng lên dòng điện bằng 0,075 N

ĐS : b 300

1.5 Một dây dẫn hình tam giác vuông KMN đặt trong một từ trường đều cùng

hướng với KN và B = 0,1T Cho KN = 12 cm, KM = 16 cm Dòng điện qua dây

có chiều như hình vẽ và I = 5 A Tính lực từ tác dụng lên các cạnh của tam giác

Vẽ hình

ĐS : 0 ; 0,08 N ; 0,08 N

trong từ trường đều có thẳng đứng hướng lên, B = 0,5 T Hệ số ma

sát của nhôm và thanh ray k = 0,4 Cho biết thanh nhôm chuyển động

đều và g = 10 m/s2

a Hỏi thanh nhôm chuyển động về phía nào ?

b Tính cường độ dòng điện I

treo một dây dẫn thẳng có chiều dài 5cm, khối lượng m=5g nằm trong từ trường bằng hai dây dẫn mảnh nhẹ Tìm góc lệch của dây treo so với phương thẳng đứng khi có dòng điện I=2A đi qua dây Cho g=10m/s2

trong đoạn dây có cường độ I = 2(A),  là góc giữa hướng của B

và hướng của I, tính  để độ lớn của lực tác dụng lên dây AB đạt

a/ Giá trị nhỏ nhất Tính Fmin

b/ Giá trị lớn nhất Tính Fmax

đầu bằng hai sợi dây mềm cách điện sao cho đoạn dây CD nằm ngang

Đưa đoạn dây đồng vào trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,2 (T)

và các đường sức từ là những đường thẳng đứng Dây treo có thể chịu

được lực kéo lớn nhất Fk = 0,06 (N) Hỏi có thể cho dòng điện qua dây

đồng có cường độ lớn nhất bằng bao nhiêu để dây treo không bị đứt ?

Cho biết dòng điện có chiều đi vào mặt phẳng giấy, khối lượng của hai

dây treo nhỏ không đáng kể Lấy g = 10 (m/s2)

cm đặt trong từ trường đều có thẳng đứng, B = 0,1T Một

thanh kim loại đặt trên ray và vuông góc với ray

Nối hai đầu thanh ray với nguồn điện có E = 12V; r = 1; điện trở thanh kim loại, ray và dây nối là

R = 5 Hỏi phải tác dụng lên thanh kim loại một lực thế nào để thanh đứng yên?

CHỦ ĐỀ 2: Từ trường của một số dòng điện có dạng đơn giản

dây dẫn 10 cm

ĐS : 10-5 T

a Tính cảm ứng từ tại điểm M cách dây dẫn 4(cm)

b Cảm ứng từ tại N bằng 10-6(T) Tính khoảng cách từ N đến dây dẫn

c Tìm những điểm tại đó cảm ứng từ lớn gấp đôi câu a; nhỏ bằng ½ câu a

chiều hướng từ sau ra trước như hình vẽ Tính và vẽ cảm ứng từ tại những điểm M(6,8) ; N(-8,6), đơn

vị độ dài là cm ĐS : 10-5 T

Hỏi đường kính của dòng điện đó Vẽ vectơ cảm ứng từ tại O

O

2.5 Một ống dây dài 40 cm có 800 vòng dây và điện trở R = 4 Ống dây mắc vào nguồn điện có r = 2 và

E = 3 V Tính cảm ứng từ bên trong ống dây

ĐS : 10-5 T

điện I1 = I2 = 5A có chiều như hình vẽ Xác định véctơ cảm ứng từ tổng

hợp do dòng điện I1 và I2 gây ra tại điểm M Cho AB = BM = 10 cm

ĐS : 10-5 T

chiều ngược nhau , được đặt trong chân không , cách nhau một khoảng a = 10 (cm) Xác định cảm ứng

2 cm, cường độ qua dây dẫn là 4 A Xác định vectơ cảm ứng từ tổng hợp tại tâm O do

dòng điện I gây ra

một chiều Xác định những điểm tại đó  0



B

ĐS : Đường thẳng nằm trong mặt phẳng chứa hai dây dẫn, song song với hai dây dẫn và cách hai dây lần lượt là 30 cm và 20 cm

6,93 A, I2 = 4 A Hai vòng dây được đặt đồng tâm và nằm trong hai mặt phẳng thẳng

đứng và nằm ngang (hình vẽ) Tính cảm ứng từ B tại tâm O của hai vòng dây và góc

e Xác định điểm H thỏa điều kiện BH = 0

f Xác định vị trí của điểm K nằm trên đường trung trực của AB để cảm ứng từ đạt giá trị cực đại Tính giá trị này

2.13 Cho ba dòng điện thẳng song song, vuông góc với mặt phẳng hình vẽ

Khoảng cách từ điểm M đến ba dòng điện được cho như hình vẽ Hãy xác định

cảm ứng từ tại M trong hai trường hợp:

a Cả ba dòng điện đều hướng ra phía trước như hình vẽ

b I1 hướng ra phía sau , I2 và I3 hướng ra phía trước

Cho I1 = I2 = I3 = 10 (A)

CHỦ ĐỀ 3: Lực Lorentz

véctơ vận tốc nằm trên mặt giấy và v = 5.105 m/s, véctơ cảm ứng từ B vuông góc mặt giấy và có chiều như hình vẽ Tính độ lớn lực Lorentz ĐS : 0,5.10-3 N

v = 106 m/s và vectơ hợp với vectơ một góc 900 Tìm độ lớn lực Lorenxơ tác dụng lên electron Biết điện tích electron là –e = –1,6.10-19C

ĐS : F1 = 1,92 10-16 N

Biết B = 1,5T; mp = 1,67.10-27kg Tìm vận tốc của proton

ĐS : 4,9.10-7 m/s

1,5T và và v = 3 107 m/s Tìm lực Lorentz tác dụng vào proton

ĐS : 3,6.10-12 N

a Xác định vận tốc của proton

b Xác định chu kì chuyển động của proton Cho khối lượng của proton là 1,672.10-27 (kg)

km/s Cho biết cảm ứng từ B = 10-2 T, khối lượng của prôtôn m = 1,672.10-27 kg, điện tích nguyên tố e

= 1,9.10-19 C

a Tính lực Lorentz tác dụng vào prôtôn Vẽ hình lực tác dụng

b Tính bán kính quĩ đạo của prôtôn

c Tính số vòng quay của prôtôn trong một giây (tần số)

CHỦ ĐỀ 4: Từ thông – Hiện tượng cảm ứng điện từ - Suất điện động cảm ứng

Vectơ cảm ứng từ hợp với mặt phẳng khung 60o Tính từ thông qua khung dây

a Thanh nam châm rơi lọt qua khung dây (hình 1)

b Tịnh tiến khung dây ra xa dây dẫn thẳng (hình 2)

c Biến trở R di chuyển theo chiều từ M sang N sang phải (h.3)

a) Nam châm chuyển động tịnh tiến (Hình a)