Bài viết Cách giải bài tập Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng.
Cách giải bài tập Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng (hay, chi tiết)
(199k) Xem Khóa học Vật Lí 11 KNTTXem Khóa học Vật Lí 11 CDXem Khóa học Vật Lí 11 CTST
A. Phương pháp & Ví dụ
– Lực từ F→ có đặc điểm:
+ Điểm đặt tại trung điểm đoạn dòng điện
+ Có phương vuông góc với I→ và B→, có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái
+ Độ lớn: F = B.I.l.sin α (với α là góc tạo bới I→ và B→)
Trong đó: B là cảm ứng từ (đơn vị là Tesla – T); I là cường độ dòng điện (A); l là chiều dài của sơi dây (m).
– Quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái xòe rộng, sao cho lòng bàn tay hứng các đường sức từ, chiều từ cổ tay đến các ngón tay giữa chỉ chiều dòng điện, khi đó ngón cái choãi ra 90° chỉ chiều của lực từ.
Lưu ý:
+ Chiều của cảm ứng từ bên ngoài nam châm là chiều vào Nam (S) ra Bắc (N)
+ Quy ước:
: Có phương vuông góc với mặt phẳng biểu diễn, chiều đi ra.
: Có phương vuông góc với mặt phẳng biểu diễn, chiều đi vào.
: Có phương, chiều là phương chiều của mũi tên và nằm trên mặt phẳng vẽ nó.
Ví dụ 1: Hãy áp dụng quy tắc bàn tay trái để xác định chiều (của một trong ba đại lượng F→, B→, I→) còn thiếu trong các hình vẽ sau đây:
Hướng dẫn:
Trước tiên ta phát biểu quy tắc bàn tay trái:
Quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái xòe rộng, sao cho lòng bàn tay hứng các đường sức từ, chiều từ cổ tay đến các ngón tay giữa chỉ chiều dòng điện, khi đó ngón cái choãi ra 90° chỉ chiều của lực từ.
Ví dụ 2: Một dây dẫn có chiều dài 10 m được đặt trong từ trường đều có B = 5.10-2 T. Cho dòng điện có cường độ 10 A chạy qua dây dẫn.
a) Xác định lực từ tác dụng lên dây dẫn khi dây dẫn đặt vuông góc với B→.
b) Nếu lực từ tác dụng có độ lớn bằng 2,5√3 N. Hãy xác định góc giữa B→ và chiều dòng điện ?
Hướng dẫn:
a) Lực từ F→ có đặc điểm:
+ Điểm đặt tại trung điểm đoạn dây mang dòng điện
+ Có phương vuông góc với I→ và B→, có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái
+ Độ lớn: F = B.I.l.sin α = (5.10-2).10.10.sin 90° = 5 (N)
b) Ta có: F = B.I.l.sin α
Ví dụ 3: Cho đoạn dây MN có khối lượng m, mang dòng điện I có chiều như hình, được đặt vào trong từ trường đều có vectơ B→ như hình vẽ. Biểu diễn các lực tác dụng lên đoạn dây MN (bỏ qua khối lượng dây treo).
Hướng dẫn:
+ Các lực tác dụng lên đoạn dây MN gồm: Trọng lực P→ đặt tại trọng tâm (chính giữa thanh), có chiều hướng xuống; Lực căng dây T→ đặt vào điểm tiếp xúc của sợi dây và thanh, chiều hướng lên; Lực từ F→: áp dụng quy tắc bàn tay trái xác định được F→ có phương thẳng đứng, chiều hướng lên như hình.
+ Các lực được biểu diễn như hình.
Ví dụ 4: Treo đoạn dây dẫn MN có chiều dài l = 25 cm, khối lượng của một đơn vị chiều dài là 0,04 kg/m bằng hai dây mảnh, nhẹ sao cho dây dẫn nằm ngang. Biết cảm ứng từ có chiều như hình vẽ, có độ lớn B = 0,04 T. Cho g = 10 m/s2.
a) Xác định chiều và độ lớn của I để lực căng dây bằng 0.
b) Cho I = 16A có chiều từ M đến N. Tính lực căng mỗi dây ?
Hướng dẫn:
a) Lực căng dây bằng 0 nghĩa là dây nằm lơ lững ⇒ P→ + F→ = 0 ⇒ F→ = – P→
+ Do đó lực từ F→ phải có chiều hướng lên. Áp dụng quy tắc bàn tay trái ta xác định được chiều của dòng điện có chiều từ N đến M.
+ Mặt khác ta cũng có: F = P ⇔ B.I.l.sin 90° = mg
+ Mật độ khối lượng của sợi dây: d = m/l
+ Vậy:
b) Khi dòng điện có chiều từ M đến N thì lực từ F→ có chiều hướng xuống. Do lực căng dây T→ có chiều hướng lên nên: T = P + F = mg + BIl
+ Mật độ khối lượng của sợi dây: d = m/l
+ Vậy:
+ Vì có hai sợi dây nên lực căng mỗi sợi là T1 = T2 = T/2 = 0,13 (N)
B. Bài tập
Bài 1: Hãy áp dụng quy tắc bàn tay trái để xác định chiều (của một trong ba đại lượng F→, B→, I→) còn thiếu trong các hình vẽ sau đây:
Lời giải:
Bài 2: Xác định chiều đường sức từ (ghi tên cực của nam châm)
Lời giải:
Áp dụng quy tắc bàn tay trái ta xác định được các cực và chiều của B→ như sau:
+) Theo quy tắc bàn tay trái thì vecto cảm ứng từ có phương thẳng đứng và chiều từ dưới lên. Đường sức của vecto cảm ứng từ có chiều vào Nam, ra Bắc nên cực trên của nam châm là Nam (S) và cực dưới là Bắc (N) (như hình 1).
+) Theo quy tắc bàn tay trái thì vecto cảm ứng từ có phương thẳng đứng và chiều từ trên xuống. Đường sức của vecto cảm ứng từ có chiều vào Nam, ra Bắc nên cực trên của nam châm là Bắc (N) và cực dưới là Nam (S) (như hình 2).
+) Theo quy tắc bàn tay trái thì vecto cảm ứng từ có phương vuông góc với mặt phẳng hình vẽ và chiều hướng từ trong ra ngoài (như hình 3).
Bài 3: Một dây dẫn có chiều dài l = 5m, được đặt trong từ trường đều có độ lớn B = 3.10-2 T. Cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn có giá trị 6A. Hãy xác đinh độ lớn của lực từ tác dụng lên dây dẫn trong các trường hợp sau đây:
a) Dây dẫn đặt vuông góc với các đường sức từ.
b) Dây dẫn đặt song song với các đường sức từ.
c) Dây dẫn hợp với các đường sức từ một góc 45°.
Lời giải:
a) Khi dây đặt vuông góc với các đường sức từ thì α = 90°
Lực từ tác dụng lên đoạn dây lúc này có độ lớn: F = B.I.l.sin 90° = 0,9 (N)
b) Khi dây đặt song song với các đường sức từ thì α = 0°
Lực từ tác dụng lên đoạn dây lúc này có độ lớn: F = B.I.l.sin 0° = 0
c) Khi dây đặt tạo với các đường sức từ thì α = 45°
Lực từ tác dụng lên đoạn dây lúc này có độ lớn: F = B.I.sin 45° = 0,64 (N)
Bài 4: Một đoạn dây thẳng MN dài 6 cm, có dòng điện 5A, 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 hợp bởi dây MN và đường cảm ứng từ là bao nhiêu ?
Lời giải:
Ta có: F = B.I.l.sinα
Bài 5: Một dây dẫn mang dòng điện I = 5A, có chiều dài 1m, được đặt vuông góc với cảm ứng từ B = 5.10-3T. Hãy xác định lực từ tác dụng lên dây dẫn ?
Lời giải:
Ta có: F = B.I.l.sinα = 5.10-3.5.1.sin 90° = 25.10-3 (N)
Bài 6: Một đoạn dây dẫn dài 5cm đặt trong từ trường đều và vuông góc với vecto cảm ứng từ. Dòng điện chạy qua dây có cường độ 0,75A. Lực từ tác dụng lên dây có giá trị 3.10-2 N. Hãy xác định cảm ứng từ của từ trường.
Lời giải:
Ta có: F = B.I.l.sinα
Bài 7: Một dây dẫn thẳng MN chiều dài l, 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→ vuông góc với mặt phẳng chứa MN và dây treo, B = 0,04T. Cho dòng điện I qua dây.
a) Định chiều và độ lớn của I để lực căng của các dây treo bằng không.
b) Cho MN = 25cm, I = 16A có chiều từ N đến M. Tính lực căng của mỗi dây.
Lời giải:
a) Để lực căng của dây treo bằng không thì trọng lực và lực từ tác dụng 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 chiều từ M đến N:
P→ + F→ = 0→ ⇒ F = P ⇔ B.I/sinα = mg
⇔ B.I.l = D.l.g
b) Lực từ tác dụng lên MN: F = B.I.l.sinα = 0,04.16.0,25 = 0,16 N
Khi MN nằm cân bằng thì: F→ + P→ + 2T→ = 0→ (1)
Chiếu (1) lên phương của P→: F + P – 2T = 0
C. Bài tập bổ sung
Câu 1: Một đoạn dây dẫn dài 1,5 m mang dòng điện 10 A, đặt vuông góc trong một từ trường đều có độ lớn cảm ứng từ 1,2 T. Nó chịu một lực từ tác dụng là
A. 18 N.
B. 1,8 N.
C. 1800 N.
D. 0 N.
Câu 2: Đặt một đoạn dây dẫn thẳng dài 120 cm song song với từ trường đều có độ lớn cảm ứng từ 0,8 T. Dòng điện trong dây dẫn là 20 A thì lực từ có độ lớn là
A. 19,2 N.
B. 1920 N.
C. 1,92 N.
D. 0 N.
Câu 3: Một đoạn dây dẫn thẳng dài 1m mang dòng điện 10 A, đặt trong một từ trường đều 0,1 T thì chịu một lực 0,5 N. Góc lệch giữa cảm ứng từ và chiều dòng điện trong dây dẫn là
A. 0,50.
B. 300.
C. 450.
D. 600.
Câu 4: Một đoạn dây dẫn mang dòng điện 2 A đặt trong một từ trường đều thì chịu một lực điện 8 N. Nếu dòng điện qua dây dẫn là 0,5 A thì nó chịu một lực từ có độ lớn là
A. 0,5 N.
B. 2 N.
C. 4 N.
D. 32 N.
Câu 5: Một đoạn dây dẫn mang dòng điện 1,5 A chịu một lực từ 5 N. Sau đó cường độ dòng điện thay đổi thì lực từ tác dụng lên đoạn dây là 20 N. Cường độ dòng điện đã
A. tăng thêm 4,5 A
B. tăng thêm 6 A
C. giảm bớt 4,5 A
D. giảm bớt 6 A
Câu 6: Lực từ do từ trường đều B = 4.10-3T tác dụng lên dòng điện I = 5A, dài ℓ = 20 cm, đặt hợp với từ trường góc 1500 có độ lớn là
A. 2.10-3 N
B. 5.10-4 N
C. π.10-4 N
D. 2π.10-4 N
Câu 7: 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
C. 1 T
D. 1,2 T
Câu 8: Đặt một dây dẫn thẳng dài, mang dòng điện 20 A trong một từ trường đều có vectơ cảm ứng từ vuông góc với dây, người ta thấy mỗi 50 cm của dây chịu lực từ 0,5 N. Cảm ứng từ tại đó có độ lớn là
A. 0,05 T
B. 0,5 T
C. 0,005 T
D. 5 T
Câu 9: Một đoạn dây có dòng điện đặt trong từ trường đều B. Lực từ lớn nhất tác dụng lên dây dẫn khi góc α giữa dây dẫn và các đường sức từ phải bằng:
A. 00
B. 1800
C. 600
D. 900
Câu 10: Đặt hai phần tử dòng điện có cùng chiều dài, vuông góc với các đường sức từ của một điện trường đều, biết cường độ dòng điện trong phần tử thứ nhất lớn gấp hai lần cường độ dòng điện trong phần tử thứ 2. Tỉ số giữa độ lớn của lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện thứ nhất so với độ lớn của lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện thứ hai là
A. 1:2
B. 1:4
C. 2:
D. 4:1
Câu 11: Hình nào sau đây biểu diễn không đúng vectơ lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường mô tử như hình dưới đây?
A. Hình 2
B. Hình 4
C. Hình 1
D. Hình 3
Câu 12: Trong các hình sau, hình nào chỉ đúng hướng của lực từ tác dụng lên dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường?
A.
B.
C.
D.
D. Bài tập tự luyện
Bài 1: Hình nào biểu diễn đúng hướng lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện I có chiều như hình vẽ đặt trong từ trường đều, đường sức từ có hướng như hình vẽ:
Bài 2: Hình nào biểu diễn đúng hướng lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện I có chiều như hình vẽ đặt trong từ trường đều, đường sức từ có hướng như hình vẽ:
Bài 3: Hình nào biểu diễn đúng hướng lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện I có chiều như hình vẽ đặt trong từ trường đều, đường sức từ có hướng như hình vẽ:
Bài 4: Hình nào biểu diễn đúng hướng lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện I có chiều như hình vẽ đặt trong từ trường đều, đường sức từ có hướng như hình vẽ:
Bài 5: Hình nào biểu diễn đúng hướng lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện I có chiều như hình vẽ đặt trong từ trường đều, đường sức từ có hướng như hình vẽ:
Bài 6: Thành phần nằm ngang của từ trường trái đất bằng 3.10-5 T, còn thành phần thẳng đứng rất nhỏ. Một đoạn dây dài 100 m mang dòng điện 1400 A đặt vuông góc với từ trường trái đất thì chịu tác dụng của lực từ:
A. 2,2 N.
B. 3,2 N.
C. 4,2 N.
D. 5,2 N.
Bài 7: Một đoạn dây dài l đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,5 T hợp với đường cảm ứng từ một góc 30o. Dòng điện qua dây có cường độ 0,5 A, thì lực từ tác dụng lên đoạn dây là 4.10-2 N. Chiều dài đoạn dây dẫn là:
A. 32 cm.
B. 3,2 cm.
C. 16 cm.
D. 1,6 cm.
Bài 8: Một thanh nhôm dài 1,6 m, khối lượng 0,2 kg chuyển động trong từ trường đều và luôn tiếp xúc với 2 thanh ray đặt nằm ngang như hình vẽ. Từ trường có phương vuông góc với mặt phẳng hình vẽ hướng ra ngoài mặt phẳng hình vẽ. Hệ số ma sát giữa thanh nhôm MN và hai thanh ray là k = 0,4, B = 0,05 T, biết thanh nhôm chuyển động đều. Thanh nhôm chuyển động về phía nào, tính cường độ dòng điện trong thanh nhôm, coi rằng trong khi thanh nhôm chuyển động điện trở của mạch điện không đổi, lấy g = 10m/s2, bỏ qua hiện tượng cảm ứng điện từ:
A. chuyển động sang trái, I = 6A.
B. chuyển động sang trái, I = 10A.
C. chuyển động sang phải, I = 10A.
D. chuyển động sang phải, I = 6A.
Bài 9: Ba dòng điện thẳng song song I1 = 12A, I2 = 6A, I3 = 8,4A nằm trong mặt phẳng hình vẽ, khoảng cách giữa I1 và I2 bằng a = 5cm, giữa I2 và I3 bằng b = 7cm. Lực từ tác dụng lên mỗi đơn vị dài dòng điện I3là:
A. 2,4.10-5 N.
B. 3,8.10-5 N.
C. 4,2.10-5 N.
D. 1,4.10-5 N.
Bài 10: Chọn một đáp án sai:
A. Khi một dây dẫn có dòng điện đặt song song với đường cảm ứng từ thì không chịu tác dụng bởi lực từ.
B. Khi dây dẫn có dòng điện đặt vuông góc với đường cảm ứng từ thì lực từ tác dụng lên dây dẫn là cực đại.
C. Giá trị cực đại của lực từ tác dụng lên dây dẫn dài l có dòng điện I đặt trong từ trường đều B là Fmax = IBl.
D. Khi dây dẫn có dòng điện đặt song song với đường cảm ứng từ thì lực từ tác dụng lên dây là Fmax = IBl.
(199k) Xem Khóa học Vật Lí 11 KNTTXem Khóa học Vật Lí 11 CDXem Khóa học Vật Lí 11 CTST
Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí lớp 11 có trong đề thi THPT Quốc gia khác:
- Lý thuyết Lực từ
- Trắc nghiệm Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng
- Dạng 2: Lực từ tác dụng lên 2 dây dẫn song song
- Trắc nghiệm Lực từ tác dụng lên 2 dây dẫn song song
- Dạng 3: Lực từ tác dụng lên khung dây
- Trắc nghiệm Lực từ tác dụng lên khung dây
- 50 bài tập trắc nghiệm Lực từ có đáp án (phần 1)
- 50 bài tập trắc nghiệm Lực từ có đáp án (phần 2)
