Bài giảng Vật lí 11 - Phân loại bài tập và phương pháp giải chương từ trường

Nội dung text: Bài giảng Vật lí 11 - Phân loại bài tập và phương pháp giải chương từ trường

1. SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO GIA LAI TRƯỜNG THPT PHẠM VĂN ĐỒNG CHÀO MỪNG CÁC EM HỌC SINH Khối 11 Giáo viên: Ngơ Thị Thùy Nhung
2. NỘI DUNG A. TỪ TRƯỜNG – CẢM ỨNG TỪ B. LỰC TỪ
3. A. TỪ TRƯỜNG – CẢM ỨNG TỪ ❖ Dạng 1: Bài tập về cảm ứng từ ❖ Dạng 2: Bài tập về từ trường của dịng điện chạy trong các dây dẫn cĩ dạng đặc biệt ➢ 2.1. Từ trường của dịng điện trong dây dẫn thẳng dài ➢ 2.2. Từ trường của dịng điện trịn ➢ 2.3. Từ trường của dịng điện trong ống dây ❖ Dạng 3: Nguyên lý chồng chất từ trường
4. A. TỪ TRƯỜNG – CẢM ỨNG TỪ ❖ Dạng 1: Bài tập về cảm ứng từ Phương pháp giải: Vận dụng quy tắc nắm tay phải hoặc quy tắc đinh ốc để xác định chiều của đường sức từ và chiều của cảm ứng từ B. Bài tập minh họa: Hình vẽ nào dưới đây xác định sai hướng của véc tơ cảm ứng từ tại M gây bới dịng điện thẳng dài vơ hạn? M B B B B I A M B C D M M I . I . . .
5. ❖ Dạng 2: Bài tập về từ trường của dịng điện chạy trong các dây dẫn cĩ dạng đặc biệt. ➢ 2.1. Từ trường của dịng điện trong dây dẫn thẳng dài vơ hạn Phương pháp giải: • Giả sử cần xác định từ trường tại M cách dây dẫn một đoạn r do dây dẫn điện cĩ cường độ I (A) gây ra ta làm như sau: - Điểm đặt: Tại M - Phương: Cùng với phương tiếp tuyến của đường trịn (O,r) tại M - Chiều: Được xác định theo quy tắc nắm bàn tay phải họăc quy tắc đinh ốc I - Độ lớn: B = 2.10-7. r
6. Bài tập minh họa: Dây dẫn thẳng dài vô hạn đặt trong không khí, có dòng điện I = 0,5 A. Tính cảm ứng từ tại M, cách dây dẫn 5 cm.
7. ❖ Dạng 2: Bài tập về từ trường của dịng điện chạy trong các dây dẫn cĩ dạng đặc biệt. ➢ 2.2. Từ trường của dịng điện trịn Phương pháp giải: Giả sử cần xác định từ trường tại tâm O cách dây dẫn hình trịn bán kính r do dây dẫn điện cĩ cường độ I (A) gây ra ta làm như sau : - Điểm đặt: Tại O - Phương: Vuơng gĩc với mặt phẳg vịng dây. - Chiều: Được xác định theo quy tắc đinh ốc hoặc quy tắc nắm bàn tay phải. BM I - Độ lớn: B = 2.10-7. r r Trong đĩ: B (T) - I (A) - r (m) O I Chú ý: Nếu khung dây trịn tạo bởi I N vịng dây khít nhau thì: B = 2.10-7.N r
8. Bài tập minh họa: Cuộn dây trịn bán kính R = 5cm (gồm N = 100 vịng dây quấn nối tiếp cách điện với nhau) đặt trong khơng khí cĩ dịng điện I qua mỗi vịng dây, từ trường ở tâm vịng dây là B = 5.10-4T. Tìm I?
9. ❖ Dạng 2: Bài tập về từ trường của dịng điện chạy trong các dây dẫn cĩ dạng đặc biệt. ➢ 2.3. Từ trường của dịng điện trong ống dây Phương pháp giải: l - N vịng Giả sử cần xác định từ trường tại tâm O của ống dây dẫn điện cĩ cường độ I (A) gây ra ta làm như sau : - Phương: Song song với trục ống dây. I I - Chiều: Được xác định theo quy tắc đinh ốc Hoặc: Đường sức từ đi vào ở mặt Nam và đi ra ở mặt Bắc - Độ lớn: B = 4 .10-7. 푙
10. Bài tập minh họa: Một ống dây thẳng chiều dài 20cm, đường kính 2cm. Một dây dẫn cĩ vỏ bọc cách điện dài 300cm được quấn đều theo chiều dài ống. Ống dây khơng cĩ lõi và đặt trong khơng khí. Cường độ dịng điện đi qua dây dẫn là 0,5A. Tìm cảm ứng từ trong ống dây.
11. ❖ Dạng 3: Nguyên lý chồng chất từ trường Phương pháp giải: - Để xác định cảm ứng từ tại một điểm cĩ nhiều từ trường gây ra ta xác định cảm ứng từ do các dịng điện gây ra tại điểm đĩ: B1, B2, Bn - Áp dụng nguyên lý chồng chất từ trường tại đĩ:
12. CÁC TRƯỜNG HỢP ĐẶC BIỆT KHI TÍNH TỪ TRƯỜNG: B12 = B1 + B2 a) B1  B2 BBB12=+ 1 2 b) B1  B2 BBB12=− 1 2 22 22 c) d) BB12. = BBBBB12= 1 + 2 + 2. 1 . 2 .cos B1 ⊥ B2 BBB12=+ 1 2 ( )
13. BÀI TẬP MINH HỌA Câu 1. Hai dây dẫn thẳng song song dài vơ hạn đặt cách nhau 10cm trong khơng khí. Dịng điện chạy trong 2 dây dẫn ngược chiều nhau và cĩ cường độ I1 = 10 A; I2 = 20 A. Tìm cảm ứng từ tại: a) Điểm A cách mỗi dây 5 cm. A. 4.10−5T. B. 8.10−5T. C. 12.10−5T. D. 16.10−5T. b) Điểm B cách dây 1 đoạn 4 cm cách dây 2 đọn 14 cm A. 7,857.10−5T. B. 2,143.10−5T. C. 4,286.10−5T. D. 3,929T. c) Điểm M cách mỗi dây 10 cm. A. 2.10−5T. B. 4.10−5T. C. 3,464.105T. D. 4,472.10−5T d) Điểm N cách dây 1 đoạn 8cm và cách dây 2 đoạn 6cm A. 2,5.10_5T. B. 6,67. 10−5T. C. 7,12. 10−5T. D. 6,18.10−5T.
14. ĐÁP ÁN Hướng dẫn a) Điểm A cách mỗi dây 5 cm. Vì khoảng cách giữa hai dây là 10 cm, mà 10/2 = 5 cm nên điểm A chính là trung điểm của đoạn thẳng nối giữa hai sợi dây. + Cảm ứng từ gây ra tổng hợp tại A: , vì 2 dịng điện này ngược chiều nên + b) Điểm B cách dây 1 đoạn 4 cm cách dây 2 đoạn 14 cm + Điểm B thỏa mãn đề bài sẽ nằm ngồi đoạn nối 2 dây và gần dây 1 hơn + Cảm ứng từ tại B thỏa mãn , dựa vào hình vẽ ta cĩ c) Điểm M cách mỗi dãy 10 cm. + Gọi 2 đầu dây là A và B điểm M cách A và B 10 cm nên tam giác MAB là tam giác đều + Cảm ứng từ tại M thỏa mãn gọi ; với → Chọn C. d) Điểm N cách dây 1 đoạn 8 cm và cách dây 2 đoạn 6 cm. + Điểm N như vậy tạo với A, B thành một tam giác vuơng NAB, vuơng tại N. + Cảm ứng từ tại N thỏa mãn và , vuơng gĩc Thay số ta được Với + Thay số ta được
15. B. LỰC TỪ ❖ Dạng 1. Áp dụng quy tắc bàn tay trái ❖ Dạng 2. Bài tập về lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng
16. Bài tập áp dụng dạng 1. Hãy áp dụng quy tắc bàn tay trái để xác định chiều (của một trong ba đại lượng F→, B→, I→) cịn thiếu trong các hình vẽ sau đây:
17. LỰC TỪ ❖ Dạng 2: Bài tập về lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng mang dịng điện đặt trong từ tường Lực từ do từ trường đều tác dụng lên đoạn dây thẳng l cĩ dịng điện I cĩ: - Điểm đặt: Trung điểm đoạn dây - Phương: Vuơng gĩc với mặt phẳng(Bl; ) - Chiều: Xác định bằng quy tắc bàn tay trái - Độ lớn: Xác định theo cơng thức: Nhận xét: - Trường hợp sức từ và dịng điện cùng phương (tức là 훼 = 0° ∨ 훼 = 180°) thì F= 0 - Trường hợp đường sức và dịng điện vuơng gĩc nhau (tức là 훼 = 90°) thì Fmax = BlI
18. Phương pháp giải: + Xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây . + Xác định các lực khác tác dụng lên đoạn dây. + Áp dụng định luật II Newton: F=m.a từ đĩ suy ra kết quả cần tìm. Bài tập minh họa: Bài 1. Một dây dẫn cĩ chiều dài l = 5m, được đặt trong từ trường đều cĩ độ lớn B = 3.10-2 T. Cường độ dịng điện chạy trong dây dẫn cĩ 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 vuơng gĩc 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 gĩc 45°.
19. HƯỚNG DẪN GIẢI a) Khi dây đặt vuơng gĩc với các đường sức từ thì α = 90° Lực từ tác dụng lên đoạn dây lúc này cĩ 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 cĩ 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 cĩ độ lớn: F = B.I.sin 45° = 0,64 (N)
20. Bài 2. 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 cĩ Bvuơng gĩc với mặt phẳng chứa MN và dây treo, B = 0,04T. Cho dịng điện I qua dây. a) Xác định chiều và độ lớn của I để lực căng của các dây treo bằng khơng. b) Cho MN = 25cm, I = 16A cĩ chiều từ N đến M. Tính lực căng của mỗi dây.
21. HƯỚNG DẪN GIẢI a) Để lực căng của dây treo bằng khơng 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 dịng điện I phải cĩ chiều từ M đến N: PF+=0 ⇒ F = P ⇔ B.I.l.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: PFT+ +2. = 0 Chiếu (1) lên phương của P: F + P – 2T = 0
22. BÀI HỌC ĐẾN ĐÂY LÀ KẾT THÚC