Giải SBT Lí 11 Bài 19-20: Từ trường. Lực từ. Cảm ứng từ

Mục lục Giải SBT Lí 11 Bài 19-20: Từ trường. Lực từ. Cảm ứng từ

Bài 19-20.1 trang 49 SBT Lí 11: Câu nào dưới đây nói về từ trường là không đúng ?

A. Xung quanh mỗi nam châm đều tồn tại một từ trường.

B. Xung quanh mỗi dòng điện cũng tồn tại một từ trường.

C. Hướng của từ trường tại một điểm là hướng Nam (S) - Bắc (N) của một kim nam châm nhỏ nằm cân bằng tại điểm đó.

D. Kim nam châm đặt ở gần một nam châm hoặc một dòng điện luôn quay theo hướng Nam (S) - Bắc (N) của từ trường Trái Đất.

Lời giải

Khi kim nam châm đặt ở gần một nam châm hoặc một dòng điện sẽ chịu tác dụng của một từ trường. Kim nam châm sẽ quay đến một vị trí cân bằng xác định.

=> D sai.

Đáp án D

Bài 19-20.2 trang 49 SBT Lí 11: Câu nào dưới đây nói về đường sức từ là không đúng ?

A. Đường sức từ là những đường vẽ trong không gian sao cho tiếp tuyến với nó tại mỗi điểm đều có phương trùng phương của từ trường tại điểm đó.

B. Có thể quan sát sự phân bố các đường sức từ bằng thí nghiệm từ phổ khi rắc nhẹ các mạt sắt nhỏ lên mặt tấm nhựa phẳng đặt trong từ trường, nếu mặt phẳng của tấm nhựa trùng với mặt phẳng chứa các đường sức.

C. Các đường sức từ của dòng điện thẳng dài là các đường tròn nằm trong các mặt phẳng vuông góc với dòng điện thẳng, có tâm nằm trên đòng điện và có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái.

D. Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc vô hạn ở hai đầu và được quy ước vẽ sao cho chỗ nào từ trường càng mạnh thì các đường sức từ càng mau (hoặc xít nhau) hơn.

Lời giải

Các đường sức từ của dòng điện thẳng dài là các đường tròn nằm trong các mặt phẳng vuông góc với dòng điện thẳng, có tâm nằm trên dòng điện và có chiều xác định theo quy tắc nắm tay phải => C sai.

Đáp án C

Bài 19-20.3 trang 50 SBT Lí 11: Câu nào dưới đây nói về lực từ là không đúng ?

A. Lực tương tác giữa hai cực cùng tên của hai nam châm là các lực đẩy.

B. Lực từ tương tác giữa hai dây dẫn thẳng song song đặt gần nhau có dòng điện không đổi cùng chiều chạy qua là các lực đẩy vuông góc với hai dây.

C. Lực từ do nam châm tác dụng lên dây dẫn thẳng có dòng điện không đổi chạy qua có thể là lực đẩy hoặc hút tuỳ thuộc chiều dòng điện và chiều từ trường.

D. Lực từ tác dụng lên hai dây dẫn thẳng song song đặt gần nhau có dòng điện không đổi ngược chiều chạy qua là các lực đẩy vuông góc với hai dây.

Lời giải

Lực từ tương tác giữa hai dây dẫn thẳng song song đặt gần nhau có dòng điện không đổi cùng chiều chạy qua là các lực hút vuông góc với hai dây => B sai.

Đáp án B

Bài 19-20.4 trang 50 SBT Lí 11: Câu nào dưới đây nói về cảm ứng từ là không đúng ?

A. Cảm ứng từ là một đại lượng vật lí đặc trưng cho từ trường về mặt tác dụng lực tại mỗi điểm trong từ trường.

B. Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường được biểu diễn bằng một vectơ trùng với hướng của từ trường tại điểm đó.

C. Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường có độ lớn tỉ lệ với lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng đặt vuông góc với hướng của từ trường tại điểm đó, tỉ lệ với cường độ dòng điện và độ dài của đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua.

D. Trong hệ đơn vị quốc tế SI, cảm ứng từ được đo bằng đơn vị tesla (T).

Lời giải

Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường có độ lớn tỉ lệ thuận với lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng đặt vuông góc với hướng của từ trường tại điểm đó, tỉ lệ nghịch với cường độ dòng điện và độ dài của đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua. => C sai.

Đáp án C

Bài 19-20.5 trang 50 SBT Lí 11: Trong miền nào giữa hai dây dẫn thẳng đặt vuông góc với nhau trong cùng một mặt phẳng thẳng đứng và có các dòng điện không đổi I₁, I₂ chạy qua như Hình 19-20.1 sẽ tạo ra các từ trường cùng hướng ?

A. 1 và 3.    

B. 1 và 4.

C. 2 và 3.    

D. 1 và 2.

Lời giải

Miền tạo ra các từ trường cùng hướng là 1 và 3.

Đáp án A

Bài 19-20.6 trang 50 SBT Lí 11: Tại điểm nào có kí hiệu không đúng với chiều của từ trường tạo bởi dòng điện không đổi I chạy trong một vòng dây dẫn hình tròn nằm trên mặt phẳng Hình 19-20.2 ?

A. Điểm 1.    

B. Điểm 2.

C. Điểm 3.    

D. Điểm 4.

Lời giải

Điểm có kí hiệu không đúng là điểm 3.

Đáp án C

Bài 19-20.7 trang 51 SBT Lí 11: Một đoạn dây dẫn thẳng dài 128 cm được đặt vuông góc với các đường sức từ trong một từ trường đểu có cảm ứng từ 0,83 T. Cường độ dòng điện chạy trong dây là 18A. Cường độ của lực từ tác dụng lên đoạn dây là

A. 19 N.              

B. 1,9 N.    

C. 191 N.                      

D. 1910 N.

Lời giải

Áp dụng công thức về lực từ : F = B.I.l.sinα.

Vì dòng điện thẳng đặt vuông góc với các đường sức từ trong từ trường đều,

nên $\alpha =\frac{\pi }{2}$  và  $\sin \alpha =1$.

Từ đó suy ra lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn:

F = 0,83.18.128.10⁻² ≈ 19N.

Đáp án A

Bài 19-20.8 trang 51 SBT Lí 11: Một đoạn dây dẫn thẳng dài 89 cm được đặt vuông góc với các đường sức từ trong một từ trựờng đều. Cho biết khi dòng điện chạy qua đoạn dây dẫn có cường độ 23 A, thì đoạn dây dẫn này bị tác dụng một lực từ bằng 1,6N. Cảm ứng từ của từ trường là

A. 78.10^-5 T.                 

B. 78.10^-3 T.

C. 78 T.               

D. 7,8.10^-3 T.

Lời giải

Áp dụng công thức về lực từ : F = B.I.l.sinα.

Vì dòng điện thẳng đặt vuông góc với các đường sức từ trong từ trường đều,

nên $\alpha =\frac{\pi }{2}$  và $\sin \alpha =1$ . Ta suy ra cảm ứng từ của từ trường đều có độ lớn bằng:

$B=\frac{F}{Il}=\frac{1,6}{{\mathrm{23.89.10}}^{-2}}\approx {78.10}^{-3}T$

Đáp án B

Bài 19-20.9 trang 51 SBT Lí 11: Một đoạn dây dẫn đặt trong một từ trường đều có cảm ứng từ 0,35 T. Khi dòng điện cường độ 14,5 A chạy qua đoạn dây dẫn, thì đoạn dây dẫn này bị tác dụng một lực từ bằng 1,65 N. Hướng của dòng điện hợp với hướng của từ trường một góc 30°. Xác định độ dài của đoạn dây dẫn.

Lời giải

Áp dụng công thức về lực từ : F = BIl sinα, ta suy ra độ dài của đoạn dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua:

 $l=\frac{F}{BI\sin 30°}=\frac{1,65}{0,35.14,5.0,5}\approx 0,65m$

Bài 19-20.10 trang 51 SBT Lí 11: Hai dòng điện I₁ và I₂ chạy trong hai dây dẫn thẳng, đồng phẳng và trực giao nhau. Xác định hướng của lực từ do dòng điện I₁ tác dụng lên dòng điện I₂ trong hai trường hợp (a) và (b) trên Hình 19-20.3.

Lời giải

Trước tiên, xác định hướng của cảm ứng từ $\overrightarrow{B_1}$ do dòng điện I₁, gây ra theo quy tắc bàn tay phải.

Sau đó, xác định hướng của lực từ $\overrightarrow{F_1}$ do dòng điện I₁ tác dụng lên dòng điện I₂ theo quy tắc bàn tay trái.

Ta được như Hình 19-20.IG.

Bài 19-20.11 trang 51 SBT Lí 11: Một khung dây dẫn hình chữ nhật, kích thước 30 cm x 20 cm, được đặt trong một từ trường đều có phương vuông góc với mặt phẳng của khung dây và có cảm ứng từ là 0,10 T. Cho dòng điện cường độ 5,0 A chạy qua khung dây dẫn này. Xác định:

a) Lực từ tác dụng lên mỗi cạnh của khung dây dẫn.

b) Lực từ tổng hợp tác dụng lên khung dây dẫn.

Lời giải

a) Áp dụng công thức F = Bilsinα ( với α = $\frac{\pi }{2}$, sinα = 1) và quy tắc bàn tay trái để xác định độ lớn và hướng của lực từ tác dụng lên mỗi cạnh của khung dây dẫn

(Hình 19-20.2G).

Từ đó, ta suy ra :

- Lực từ tác dụng lên mỗi cạnh l₁ = 30 cm:

$\overrightarrow{F_2}=-\overrightarrow{F_1}\Rightarrow \overrightarrow{F_1}+\overrightarrow{F_2}=\overrightarrow{0}$

Có độ lớn F₁ = F₂ = Bil₁ = 0,10.5,0.0,30 = 0,15N.

- Lực từ tác dụng lên mỗi cạnh l₂ = 20 cm :

Có độ lớn F₃ = F₄ = Bil₂ = 0,10.5,0.0,20 = 0,10N.

b) Lực từ tổng hợp tác dụng lên khung dây dẫn có giá trị bằng:

$\overrightarrow{F}=\overrightarrow{F_1}+\overrightarrow{F_2}+\overrightarrow{F_3}+\overrightarrow{F_4}=\overrightarrow{0}$

(vì mỗi cặp lực từ tác dụng lên hai cạnh đối diện của khung dây dẫn có hợp lực bằng không $\overrightarrow{F_1}+\overrightarrow{F_2}=\overrightarrow{0}$ và $\overrightarrow{F_3}+\overrightarrow{F_4}=\overrightarrow{0}$)

Bài 19-20.12 trang 51 SBT Lí 11: Một thanh kim loại MN dài l = 4,0 cm và khối lượng m = 4,0 g được treo thẳng ngang bằng hai dây kim loại cứng song song cùng độ dài AM và CN trong từ trường đều. Cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ của từ trường này có độ lớn B = 0,10 T, hướng vuông góc với thanh MN và chếch lên phía trên hợp với phương thẳng đứng một góc α. Lúc đầu, hai dây treo AM và CN nằm trong mặt phẳng thẳng đứng. Sau đó, cho dòng điện cường độ I = 10 A chạy qua thanh MN. Lấy g ≈ 10 m/s² . Xác định góc lệch γ của mặt phẳng chứa hai dây treo AM và CN so với mặt phẳng thẳng đứng trong hai trường hợp :

a) góc α = 90° ;

b) góc góc α = 60°.

Lời giải

Nếu cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ hướng vuông góc với dòng điện I và chếch lên phía trên hợp với phương thẳng đứng góc α, thì theo quy tắc bàn tay trái, lực từ do từ trường tác dụng lên dòng điện I sẽ hướng vuông góc với  và hợp với phương thẳng đứng góc

β =  - α trong cùng mặt phẳng vuông góc với dòng điện I như Hình 19-20.3G.

 Khi đó, hợp lực $\overrightarrow{R}$ của lực từ $\overrightarrow{F}$ và trọng lực $\overrightarrow{P}$ của thanh MN sẽ hợp với phương thẳng đứng một góc γ đúng bằng góc lệch của mặt phẳng chứa hai dây treo AM và CN so với mặt phẳng thẳng đứng của chúng sao cho $\overrightarrow{R}$ có độ lớn và hướng được xác định theo các công thức:

+  $R^2=F^2+P^2-2Fp\cos \beta =F^2+P^2-2Fp\sin \alpha$

+  $\frac{F}{\sin \gamma }=\frac{R}{\sin \beta }=\frac{R}{\cos \alpha }$

Từ đó ta suy ra:

$\sin \gamma =\frac{F\cos \alpha }{R}=\frac{F\cos \alpha }{\sqrt{F^2+P^2-2FP\sin \alpha }}$

a) Khi α = 90°, thì cos90⁰ = 0, nên sin γ = 0 => γ = 0

b) Khi α = 60⁰

Vì lực từ F = BIl = 40.10^-3 N và trọng lực P = mg ≈ 40.10^-3 N, nên F = P.

Thay vào ta có

$\sin \gamma =\frac{\cos 60°}{\sqrt{2\left(1-\sin 60°\right)}}\approx \frac{0,5}{\sqrt{2.\left(1-0,87\right)}}\approx 0,96$

$\Rightarrow \gamma =74°$