Bài 2. Lực từ và cảm ứng từ trang 34, 35, 36 SBT Vật lí 12 Cánh diều

3.11

Đặt một dây dẫn có chiều dài là l, mang dòng điện I trong từ trường có độ lớn cảm ứng từ B và tạo với cảm ứng từ góc θ. Lực do từ trường tác dụng lên dây dẫn có độ lớn là

A. I.

B. B.

C. BIlsinθ.

D. sinθ.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

\(F = BIlsin\theta .\)

Đáp án: C

3.12

Lực tác dụng lên một dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường có hướng

A. vuông góc với hướng dòng điện.

B. vuông góc với hướng cảm ứng từ.

C. vuông góc với cả hướng cảm ứng từ và hướng dòng điện.

D. vuông góc với hướng cảm ứng từ, không vuông góc với hướng dòng điện.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

Lực tác dụng lên một dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường có hướng vuông góc với cả hướng cảm ứng từ và hướng dòng điện.

Đáp án: C

3.13

Trong các phát biểu sau đây, phát biểu nào đúng, phát biểu nào sai?

a) Hai dây dẫn thẳng, dài sẽ hút nhau khi dòng điện chạy trong chúng ngược chiều nhau.

b) Tại một điểm của từ trường, cảm ứng từ có phương trùng với phương của kim nam châm nằm cân bằng tại điểm đang xét, có chiều từ cực nam sang cực bắc

của kim nam châm.

c) Từ trường luôn tác dụng lực lên một dây dẫn thẳng dài mang dòng điện được đặt cố định trong từ trường.

d) Lực từ do từ trường đều tác dụng lên một dây dẫn thẳng dài mang dòng điện

có hướng vuông góc với cả hướng của dòng điện và hướng của cảm ứng từ.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về từ trường

Lời giải chi tiết:

a) Sai. Hai dây dẫn thẳng, dài sẽ đẩy nhau khi dòng điện chạy trong chúng ngược chiều nhau. Ngược lại, chúng sẽ hút nhau khi dòng điện cùng chiều.

b) Đúng. Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường có phương trùng với phương của kim nam châm khi kim nam châm đang ở trạng thái cân bằng. Chiều của cảm ứng từ là từ cực nam sang cực bắc của kim nam châm.

c) Sai. Để từ trường tác dụng lực lên một dây dẫn thẳng dài mang dòng điện, dây dẫn đó phải có khả năng chuyển động trong từ trường. Nếu dây dẫn được giữ cố định, lực từ sẽ gây ra mô-men xoắn làm cho dây dẫn quay chứ không gây ra chuyển động tịnh tiến.

d) Đúng. Đây chính là nội dung của quy tắc bàn tay trái.

3.14

Khi sét đánh, có dòng điện tích âm chuyển động từ đám mây xuống mặt đất. Từ trường của Trái Đất hướng về phía bắc. Tia sét bị từ trường Trái Đất làm chệch

hướng theo hướng nào?

A. Bắc.

B. Nam.

C. Đông.

D. Tây.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về quy tắc bàn tay trái

Lời giải chi tiết:

– Dòng điện: Tia sét là dòng điện tích âm chuyển động từ đám mây xuống mặt đất.

– Từ trường: Từ trường Trái Đất hướng về phía Bắc.

– Lực từ: Theo quy tắc bàn tay trái, lực từ sẽ tác dụng lên tia sét làm cho nó lệch hướng về phía Tây.

Đáp án: D

3.15

Một tesla bằng

A. 50 N.A^-1.m^-1.

B. 100 N.A^-1.m^-1.

C. 1 N.A^-1.m^-1.

D. 1 000 N.A^-1.m^-1.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về cảm ứng từ

Lời giải chi tiết:

\[{\rm{1T}} = 1{\rm{ }}N.{A^{ - 1}}.{m^{ - 1}}.\]

Đáp án: C

3.16

Một vòng dây hình vuông nằm trong mặt phẳng tờ giấy. Trong vòng dây này có dòng điện với cường độ I chạy theo chiều kim đồng hồ. Nếu cảm ứng từ hướng từ trái sang phải và nếu mỗi cạnh của vòng dây có chiều dài 1 thì tổng lực từ tác dụng lên vòng dây bằng

A. 2BIl.

B. BIl.

C. BIl².

D. 0.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về quy tắc bàn tay trái

Lời giải chi tiết:

Sử dụng quy tắc bàn tay trái xác định được 4 lực từ tác dụng lên 4 cạnh hình vuông tạo thành 2 cặp lực trực đối. Độ lớn 4 lực này như nhau.

Đáp án: D

3.17

Một dây dẫn được đặt nằm ngang theo hướng nam bắc trong một từ trường đều có cảm ứng từ nằm ngang hướng về phía đông. Trong dây dẫn có dòng electron chuyển động theo chiều về phía nam. Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Lực tác dụng lên dây có hướng là hướng đông.

B. Lực tác dụng lên dây có hướng vuông góc và đi vào trang giấy.

C. Lực tác dụng lên dây có hướng vuông góc và ra khỏi trang.

D. Không có lực từ tác dụng lên dây.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về quy tắc bàn tay trái

Lời giải chi tiết:

– Dòng điện: Trong bài toán này, dòng electron chuyển động về phía Nam. Tuy nhiên, theo quy ước, chiều dòng điện ngược với chiều chuyển động của electron, tức là chiều dòng điện hướng về phía Bắc.

– Từ trường: Cảm ứng từ hướng về phía Đông.

– Áp dụng quy tắc bàn tay trái:

+ Đặt bàn tay trái sao cho lòng bàn tay hướng về phía Bắc (chiều của từ trường).

+ Ngón giữa chỉ về phía Bắc (chiều của dòng điện).

+ Ngón cái sẽ chỉ về phía trên, vuông góc với mặt phẳng hình vẽ và hướng ra khỏi trang giấy.

Đáp án: B

3.18

Một đoạn dây dài 2,0 m mang dòng điện 0,60 A được đặt trong vùng từ trường đều có độ lớn cảm ứng từ là 0,50 T, theo phương song song với phương của cảm ứng từ. Lực từ tác dụng lên dây có độ lớn là

A. 6,7 N.

B. 0,30 N.

C. 0,15 N.

D. 0 N.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

Lực từ tác dụng lên dây có độ lớn là: \(F = BIlsin\alpha  = 0,5.0,6.2.\sin {0^o} = 0(N)\)

Đáp án: D

3.19

Một dây dẫn thẳng có chiều dài 3,0 m mang dòng điện 6,0 A được đặt nằm ngang, hướng của dòng điện tạo với hướng bắc một góc 50° lệch về phía tây. Tại điểm này, cảm ứng từ của từ trường Trái Đất có độ lớn là 0,14.10^-4 T và hướng bắc. Lực tác dụng lên dây có độ lớn là

A. 0,28.10^-4 N.

B. 2,5.10^-4 N.

C. 1,9.10^-4 N.

D. 1,6.10^-4 N.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

Hướng của dòng điện tạo với hướng bắc một góc 50° lệch về phía tây, có nghĩa là dòng điện tạo với hướng nam (hoặc hướng bắc đối diện) một góc 50°. Hướng của cảm ứng từ (hướng bắc) và hướng của dòng điện (hướng 50° về phía tây so với bắc) sẽ tạo ra một góc là: \[90^\circ  - {\rm{ }}50^\circ  = 40^\circ .\]

Lực tác dụng lên dây có độ lớn là: \(F = BIlsin\alpha  = 0,{14.10^{ - 4}}.6.3.\sin {40^o} \approx 1,{6.10^{ - 4}}(N)\)

Đáp án: D

3.20

Một dây đồng dài 25 cm, có khối lượng là 10 g nằm trong từ trường 0,20 T. Cường độ dòng điện nhỏ nhất chạy qua dây gây ra lực từ có độ lớn bằng trọng lượng của dây là

A. 1.3 A.

B. 1,5 A.

C. 2,0 A.

D. 4,9 A.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

\(F = P = mg \Rightarrow mg = BIl\sin \alpha  \Rightarrow I = \frac{{mg}}{{Bl\sin \alpha }} = \frac{{0,01.10}}{{0,2.0,25.1}} = 2(A)\)

Đáp án: C

3.21

Một dây dẫn dài 0,50 m mang dòng điện 10,0 A được đặt vuông góc với một từ trường đều. Biết lực từ tác dụng lên dây dẫn là 3,0 N. Độ lớn cảm ứng từ là

A. 0,60 T.

B. 1,5 T.

C. 1,8.10^-3 T.

D. 6,7.10^-3 T.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

\(F = BIl\sin \alpha  \Rightarrow B = \frac{F}{{Il\sin \alpha }} = \frac{3}{{10.0,5.\sin {{90}^o}}} = 0,6(A)\)

Đáp án: A

3.22

Thanh kim loại dẫn điện có thể lăn không ma sát dọc theo hai đoạn dây dẫn không nhiễm từ (Hình 3.6). Khi đóng công tắc K, dòng điện chạy theo chiều mũi tên.

a) Thanh kim loại sẽ lăn theo hướng nào khi đóng công tắc K?

b) Nêu cách làm cho thanh kim loại lăn theo hướng ngược lại.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về quy tắc bàn tay trái

Lời giải chi tiết:

a) Thanh kim loại dẫn điện sẽ lăn về bên phải.

b) Đảo ngược chiều dòng điện hoặc đổi chiều của từ trường.

3.23

Tìm độ lớn của lực tác dụng lên một sợi dây dẫn thẳng dài 0,20 m, mang dòng điện 2,5 A và được đặt trong từ trường đều có B = 50 mT theo hướng vuông góc với cảm ứng từ.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

\(F = BIl\sin \alpha  = {50.10^{ - 3}}.2,5.0,2.\sin {90^o} = 0,025(N)\)

3.24

Một đoạn dây dẫn thẳng dài 2,0 m được đặt trong từ trường đều có độ lớn cảm ứng từ là 0,37 T và tạo với hướng của cảm ứng từ một góc 30°. Trong đoạn dây có dòng điện 2,6 A. Tìm độ lớn của lực tác dụng lên dây.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

\(F = BIl\sin \alpha  = 0,37.2,6.2.\sin {30^o} = 0,962(N)\)

3.25

Biết độ lớn cảm ứng từ do một dây dẫn thẳng dài mang dòng điện I tạo ra ở vị trí cách trục dây dẫn một khoảng r là \[B = 2,{0.10^{ - 7}}\;\left( {\frac{I}{r}} \right)\] với B tính bằng tesla (T), r tính bằng mét (m) và I tính bằng ampe (A).

Một dây dẫn thẳng dài 2 m mang dòng điện 10 ampe. Độ lớn cảm ứng từ do dòng điện gây ra ở vị trí cách nó 2 cm lớn gấp mấy lần so với ở khoảng cách 4 cm?

A. 2.

B. \[2\sqrt 2 .\]

C. 4.

D. \[4\sqrt 2 .\]

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về cảm ứng từ

Lời giải chi tiết:

\[B = 2,{0.10^{ - 7}}\;\left( {\frac{I}{r}} \right) \Rightarrow B \sim \frac{1}{r}\] nên độ lớn cảm ứng từ do dòng điện gây ra ở vị trí cách nó 2 cm lớn gấp 2 lần so với ở khoảng cách 4 cm.

Đáp án: A

3.26

Hai dây dẫn song song, cách nhau 0,80 mm, mỗi dây dài 1,0 m mang dòng điện 1,0 A, ngược chiều nhau. Xác định lực do dây này tác dụng lên dây kia.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

\(F = {2.10^{ - 7}}.\frac{{{I_1}.{I_2}}}{r} = {2.10^{ - 7}}.\frac{{1.1}}{{0,{{8.10}^{ - 3}}}} = 2,{5.10^{ - 4}}(N)\)

Do hai dòng điện ngược chiều nhau nên đây là lực đẩy.

3.27

Một khung dây dẫn hình chữ nhật có AB = CD = 0,05 m; BC = 0,08 m. Khung dây nằm trong từ trường có B = 0,10 T. Cường độ dòng điện trong khung dây là 2 A. Tính mômen quay tác dụng lên khung dây ở vị trí như Hình 3.7.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về momen lực

Lời giải chi tiết:

Mỗi cạnh AB và CD chịu một lực có độ lớn là \[F = BIl = 0,1.2.0,05 = 0,01(N)\]

Moment quay tác dụng lên khung dây có độ lớn là: \[M = Fd = 0,01.0,08 = {8.10^{ - 4}}(Nm)\]

3.28

Một dây dẫn có dòng điện 22,0 A chạy từ tây sang đông. Giả sử tại vị trí này, từ trường Trái Đất nằm ngang và hướng từ nam lên bắc với độ lớn 0,500.10^-4 T

a) Tìm độ lớn và hướng của lực từ tác dụng lên một đoạn dây dài 36,0 m.

b) Tính lực hấp dẫn tác dụng lên đoạn dây có cùng chiều dài nếu nó được làm bằng đồng và có diện tích mặt cắt ngang là 2,50.10^-6 m². Khối lượng riêng của đồng là 8,90.10³ kg/m³, lấy g = 9,80 m/s².

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

a) \[{F_{tu}} = BIl = 0,{5.10^{ - 4}}.22.36 = 3,{96.10^{ - 2}}(N)\]

Lực từ có hướng vuông góc với trang giấy, từ phía sau ra trước.

b) Khối lượng đoạn dây đồng là: \[m = DV = D.l.S = 8,{9.10^3}.36.2,{5.10^{ - 6}} = 0,801(kg)\]

F_{hấp dẫn} = m.g = 7,85 N.

3.29

Một đoạn dây dẫn dài 0,3 m mang dòng điện có độ lớn 3 A hướng theo phương nằm ngang, từ trái sang phải. Đoạn dây này nằm trong một từ trường có độ lớn cảm ứng từ là 0,02 T. Trong mặt phẳng thẳng đứng có đoạn dây nằm ngang, cảm ứng từ hướng sang phải, xiên lên so với chiều của dòng điện một góc 30 °. Xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

\[F = BIl = 0,02.3.0,3.\sin {30^o} = {9.10^{ - 3}}(N)\]

Hướng vuông góc với trang giấy, từ phía sau ra phía trước.

3.30

Một dây dẫn thẳng, cứng, dài 20 cm, có khối lượng 50 g được giữ nằm yên theo phương ngang trong một từ trường có độ lớn cảm ứng từ là 0,49 T và có hướng nằm ngang, vuông góc với dây. Cường độ dòng điện chạy trong dây là bao nhiêu để khi dây được thả ra thì nó vẫn nằm yên? Lấy g = 9,8 m/s.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

Dây được thả ra thì nó vẫn nằm yên khi: \(F = P \Leftrightarrow BIl\sin \alpha  = mg \Rightarrow I = \frac{{mg}}{{Bl\sin \alpha }} = \frac{{0,05.9,8}}{{0,49.0,2.\sin {{90}^o}}} = 5(A)\)