Bài tập về từ trường

I. MỘT SỐ LƯU Ý TRONG VIỆC GIẢI BÀI TẬP VỀ TỪ TRƯỜNG

Phần từ trường bao gồm những nội dung chính như: mô tả từ trường, lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện; cảm ứng điện từ; dòng điện xoay chiều; sóng điện từ.

1. Lưu ý khi giải bài tập định tính

Các bài tập này thường yêu cầu mô tả tính chất của từ trường, xác định phương, chiều của cảm ứng từ \(\overrightarrow{B}\) do các loại dòng điện tạo ra, xác định phương, chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện; xác định chiều dòng điện cảm ứng, xác định điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng; mô tả quá trình lan truyền sóng điện từ, giải thích các ứng dụng của lực từ, hiện tượng cảm ứng điện từ trong đời sống và trong kĩ thuật,...

2. Lưu ý khi giải bài tập định lượng

Các bài tập này thường yêu cầu vận dụng công thức xác định độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn, các công thức tính suất điện động cảm ứng, công thức xác định suất điện động của máy phát điện xoay chiều; công thức về mối quan hệ giữa các đại lượng hiệu dụng của dòng điện xoay chiều trong máy biến áp,...

3. Lưu ý khi giải bài tập thí nghiệm và bài tập đồ thị

Các bài tập này thường yêu cầu vận dụng các kiến thức và kĩ năng tiến hành, thu thập kết quả, xử lí số liệu, phân tích đồ thị. Để giải các bài tập này cần lưu ý việc chọn trục tọa độ, đơn vị cho phù hợp.

II. BÀI TẬP VẬN DỤNG

Bài 1. Đặt một khung dây dẫn hình chữ nhật có dòng điện chạy qua trong từ trường, sao cho mặt phẳng khung dây vuông góc với các đường cảm ứng từ thì lực từ

A. làm dãn khung.

B. làm khung dây quay.

C. làm nén khung.

D. không tác dụng lên khung.

Hướng dẫn giải:

Đáp án C.

Áp dụng quy tắc bàn tay trái: chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa là chiều dòng điện (tuỳ theo các cạnh), chiều cảm ứng từ (dưới lên trên) hướng vào lòng bàn tay, chiều ngón cái choãi ra (chiều nén khung lại) chỉ chiều lực từ.

Bài 2. Đặt một thanh nam châm thẳng ở gần một khung dây kín ABCD. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây khi đưa nam châm lại gần khung dây.

 

Hướng dẫn giải:

Dòng điện theo chiều D ➝ C ➝ B ➝ A.

Bài 3. Một vòng dây phẳng giới hạn diện tích \(S=40\) cm² đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ \(B=0,1\) T. Mặt phẳng vòng dây hợp với cảm ứng từ \(\overrightarrow{B}\) một góc \(\alpha=30^o\). Tính từ thông qua $S$.

Hướng dẫn giải:

Lúc này từ thông qua khung dây là:

\(\Phi=NBScos\alpha=1.0,1.40.10^{-4}.cos60^o=2.10^{-4}\) Wb.

Bài 4. Hình dưới là ảnh chụp thí nghiệm đo lực từ của nam châm vĩnh cửu tác dụng lên đoạn dây dẫn đặt trong từ trường. Biết dây dẫn được cố định vào giá thí nghiệm (1) sao cho phương của đoạn dây dẫn (2) nằm ngang vuông góc với vectơ cảm ứng từ \(\overrightarrow{B}\) của nam châm (3) và không chạm vào nam châm nằm trên cân.

 

Thí nghiệm đo lực từ

Số liệu thí nghiệm thu được như trong bảng sau. Trong đó L là chiều dài đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường, F là độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn, I là cường độ dòng điện.

Kết quả thí nghiệm

a) Vì sao sử dụng cân điện tử có thể xác định được độ lớn lực từ tác dụng lên đoạn dây?

b) Từ số liệu trong bảng, hãy tính độ lớn cảm ứng từ B của nam châm.

Hướng dẫn giải:

a) Khi chưa cho dòng điện chạy qua, ta đọc được giá trị trọng lượng của nam châm $P$. Khi cho dòng điện chạy qua khung dây, do độ lớn lực từ $F$ tác dụng lên dây sẽ bằng độ lớn lực từ tác dụng lên nam châm, chiều từ trên xuống dưới, do đó giá trị hiển thị trên cân sẽ bằng $P+F$. Từ đó ta xác định được độ lớn lực từ $F$.

b) Áp dụng công thức \(B=\dfrac{F}{IL}\) ta tính được các giá trị của $B$ trong mỗi trường hợp như bảng sau:

Giá trị trung bình của $B$ = 0,2499 T.