Bài 15. Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. Cảm ứng từ trang 45, 46, 47 SBT Vật lí 12 Kết nối tri thức

15.1

Tìm phát biểu đúng trong các phát biểu sau.

Một dòng điện đặt vuông góc với đường sức từ trong từ trường, chiều của lực từ tác dụng vào dòng điện sẽ không thay đổi khi

A. đổi chiều dòng điện ngược lại.

B. đổi chiều cảm ứng từ ngược lại.

C. đồng thời đổi chiều dòng điện và đổi chiều cảm ứng từ.

D. quay dòng điện một góc 90° xung quanh đường sức từ.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

Nếu chỉ đổi chiểu cảm ứng từ hoặc đổi chiều dòng điện thì chiều của lực từ thay đổi.

Đáp án: C

15.2

Chỉ ra phát biểu sai.

A. Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện có phương vuông góc với dòng điện.

B. Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện có phương vuông góc với đường cảm ứng từ.

C. Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện có phương vuông góc với mặt phẳng chứa dòng điện và đường cảm ứng từ.

D. Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện có phương tiếp tuyến với các đường cảm ứng từ.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về quy tắc bàn tay trái

Lời giải chi tiết:

Theo quy tắc bàn tay trái, lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện có phương vuông góc với cả dòng điện và đường cảm ứng từ. Nói cách khác, lực từ sẽ hướng vuông góc ra khỏi mặt phẳng chứa dòng điện và đường cảm ứng từ.

Đáp án: D

15.3

Phát biểu nào sau đây không đúng?

A. Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện chạy qua đoạn dây dẫn.

B. Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều tỉ lệ thuận với chiều dài của đoạn dây dẫn.

C. Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều tỉ lệ thuận với góc hợp bởi đoạn dây dẫn và đường sức từ.

D. Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều tỉ lệ thuận với cảm ứng từ tại điểm đặt đoạn dây dẫn.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

C – Sai vì \(F = BI\ell \sin \alpha \)

Đáp án: C

15.4

Phát biểu nào dưới đây đúng?

Cho một đoạn dây dẫn mang dòng điện I đặt song song với đường sức từ, chiều của dòng điện ngược chiều với chiều của đường sức từ.

A. Lực từ luôn bằng không khi tăng cường độ dòng điện.

B. Lực từ tăng khi tăng cường độ dòng điện.

C. Lực từ giảm khi tăng cường độ dòng điện.

D. Lực từ đổi chiều khi ta đổi chiều dòng điện.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

Chiều dòng điện và chiều cảm ứng từ  hợp với nhau góc 180^o nên lực từ luôn bằng không.

Đáp án: A

15.5

Một đoạn dây dẫn dài l = 0,8 m đặt trong từ trường đều sao cho dây dẫn hợp với vectơ cảm ứng từ một góc 60°. Biết dòng điện I = 20 A và dây dẫn chịu một lực là F = 2.10^-2 N. Độ lớn của cảm ứng từ là

A. 0,8.10^-3 T.                 

B. 10^-3 T.                        

C. 1,4.10^-3 T.                  

D. 1,6.10^-3 T.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

\(F = BI\ell \sin \alpha  \Rightarrow B = \frac{F}{{I\ell sin\alpha }} = \frac{{{{2.10}^{ - 2}}}}{{20.0,8.\sin 60^\circ }} = 1,{44.10^{ - 3}}T.\)

Đáp án: C

15.6

Chọn phương án đúng.

Một đoạn dòng điện nằm song song với đường sức từ và có chiều ngược với chiều của đường sức từ. Gọi F là lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện đó thì

A. F > 0.                        

B. F < 0.                         

C. F = 0.                         

D. Chưa kết luận được.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

Vì \(\alpha  = 0\)nên \(\sin \alpha  = 0 \Rightarrow F = BIl\sin \alpha  = 0\)

Đáp án: C

15.7

Một đoạn dây dẫn dài 2 cm nằm trong từ trường, dòng điện chạy qua có cường độ 1 A. Một nam châm tạo từ trường có cường độ cảm ứng từ 0,5 T và hợp với dây dẫn một góc 30°. Lực từ tác dụng lên dây dẫn có độ lớn là

A. 10.10^-2 N.                  

B. 0,5.10^-2 N.                 

C. 1,0.10^-2 N.                 

D. 50.10^-2 N.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

\({\rm{F}} = {\rm{BIL}}\sin \alpha  = 0,5 \cdot 1 \cdot 2 \cdot {10^{ - 2}} \cdot \frac{1}{2} = 0,5 \cdot {10^{ - 2}}\;{\rm{N}}\)

Đáp án: B

15.8

Khi góc hợp bởi vectơ cảm ứng từ với đoạn dây dẫn có dòng điện là α = 90° thì lực từ tác dụng có giá trị là 0,4 N. Nếu thay đổi góc α nhỏ dần đến 0°, thì lực tác dụng thay đổi như thế nào?

A. Lực cũng giảm dần đến 0.                            

B. Lực không đổi.

C. Lực tăng lên đến 0,8 N.                                 

D. Lực giảm xuống 0,2 N.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

F = BILsinα, khi α giảm thì sinα giảm nên F sẽ giảm dần. Nếu α = 0 thì sinα = 0 và F sẽ bằng 0.

Đáp án: A

15.9

Xét dây dẫn có chiều dài L, có dòng điện I chạy qua đặt tại điểm M trong từ trường, chịu tác dụng của lực điện từ F. Khi thay đổi L hoặc I thì F thay đổi nhưng tỉ số nào sau đây luôn không đổi?

A. \(\frac{{{\rm{FI}}}}{{2\;{\rm{L}}}}.\)

B. \(\frac{{{\rm{FI}}}}{{2\;{\rm{L}}}}.\)

C. \(\frac{{LI}}{F}.\)

D. \(\frac{{{\rm{FI}}}}{{2{\rm{IL}}}}.\)

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

\(F = BIL\sin \alpha  \Rightarrow B\sin \alpha  = \frac{F}{{IL}}.\) Theo đề bài thì cảm ứng từ và góc α không đổi.

Đáp án: C

15.10

Một đoạn dây dẫn đặt trong từ trường đều. Nếu chiều dài dây dẫn và cường độ dòng điện qua dây dẫn tăng 2 lần thì độ lớn lực từ tác dụng lên dây dẫn

A. tăng 2 lần.                 

B. giảm 2 lần.                 

C. tăng 4 lần.                  

D. không đổi.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

F = BILsinα, nếu I và L đồng thời tăng 2 lần thì F tăng 4 lần.

Đáp án: C

15.11

Chỉ ra đáp án đúng, đáp án sai.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

15.12

Chỉ ra đáp án đúng, đáp án sai.

Biểu thức định nghĩa và đơn vị cảm ứng từ của từ trường là

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

15.13

Một dây dẫn có chiều dài L = 1,2 m, được đặt trong từ trường đều có độ lớn B = 5.10^-2 T. Cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn có giá trị 3 A. Hãy xác định 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°.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

Lực từ F = BILsinα

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 = 5.10^-2.3.1,2.sin90° = 0,18N.

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 = 5.10^-2.3.1,2.sin0° = 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 = 5.10^-2.3.1,2.sin45° = 0,13N.

15.14

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. Tính độ lớn cảm ứng từ.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

\(B = \frac{F}{{IL\sin \alpha }} = \frac{{3 \cdot {{10}^{ - 2}}}}{{0,75 \cdot 0,05 \cdot \sin {{90}^^\circ }}} = 0,8\;{\rm{T}}.\)

15.15

Một đoạn dây dẫn dài 10 cm đặt trong từ trường đều, hợp với với vectơ cảm ứng từ một góc 30°. Dòng điện có cường độ 2 A chạy qua dây dẫn thì lực từ tác dụng lên đoạn dây có độ lớn là 4.10^-2 N. Tính độ lớn của cảm ứng từ.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

Ta có: \(\alpha  = {30^^\circ } \Rightarrow \sin \alpha  = \frac{1}{2}.\)

Cảm ứng từ của từ trường có độ lớn: \({\rm{B}} = \frac{{\rm{F}}}{{{\rm{IL}}\sin \alpha }} = \frac{{4 \cdot {{10}^{ - 2}}}}{{2 \cdot 0,1.0,5}} = 0,4\;{\rm{T}}.\)

15.16

Một đoạn dây dẫn thẳng MN có chiều dài 6 cm, có cường độ dòng điện I = 5 A chạy qua 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. Tính góc a hợp bởi dây MN và vectơ cảm ứng từ.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

Độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có chiều dài L mang dòng điện I đặt trong từ trường cảm ứng từ B là:

\(\begin{array}{l}{\rm{F}} = {\rm{BIL}}\sin \alpha  \Rightarrow 7,5 \cdot {10^{ - 2}} = 0,5 \cdot 5 \cdot 0,06.\sin \alpha \\ \Rightarrow \sin \alpha  = 0,5 \Rightarrow \alpha  = {30^^\circ }.\end{array}\)

15.17

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 30°. Dòng điện qua dây có cường độ 0,5 A, thì lực từ tác dụng lên đoạn dây là 4.10^-2 N. Tính chiều dài đoạn dây dẫn.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

Chiều dài đoạn dây dẫn là: \({\rm{L}} = \frac{{\rm{F}}}{{{\rm{BI}}\sin \alpha }} = \frac{{4 \cdot {{10}^{ - 2}}}}{{0,5 \cdot 0,5 \cdot \sin {{30}^^\circ }}} = 0,32\;{\rm{m}} = 32\;{\rm{cm}}.\)

15.18

Một đoạn dây dẫn dài L = 0,5 m đặt trong từ trường đều sao cho dây dẫn hợp với vectơ cảm ứng từ một góc 45°. Biết cảm ứng từ B = 0,2 T và dây dẫn chịu lực từ F = 4.10^-2 N. Tính cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

\({\rm{I}} = \frac{{\rm{F}}}{{{\rm{BL}}\sin \alpha }} = \frac{{4 \cdot {{10}^{ - 2}}}}{{0,2 \cdot 0,5 \cdot \sin {{45}^^\circ }}} = 0,4\sqrt 2 \;{\rm{A}}.\)

15.19

Treo một đoạn dây dẫn có chiều dài L = 5 cm, khối lượng m = 5 g bằng hai dây mảnh, nhẹ sao cho dây dẫn nằm ngang. Biết cảm ứng từ của từ trường hướng thẳng đứng xuống dưới, có độ lớn B = 0,5 T và dòng điện chạy qua dây dẫn là I = 2 A. Lấy g = 10 m/s. Tính góc lệch của dây treo so với phương thẳng đứng.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

Gọi góc lệch của dây treo so với phương thẳng đứng là β.

Lực từ có phương nằm ngang, hợp với trọng lực góc β.

\(\tan \beta  = \frac{F}{P} = \frac{{BIL\sin \alpha }}{{mg}} = \frac{{0,5 \cdot 2 \cdot 0,05.\sin 90^\circ }}{{0,005 \cdot 10}} = 1 \Rightarrow \beta  = {45^^\circ }.\)

15.20

Một đoạn dây dẫn thẳng MN có chiều dài L = 6 cm, có dòng điện cường độ I = 5 A chạy qua 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. Tính góc a hợp bởi dây MN và vectơ cảm ứng từ.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về lực từ

Lời giải chi tiết:

Áp dụng công thức \({\rm{F}} = {\rm{BIL}}\sin \alpha \) với \({\rm{L}} = 6\;{\rm{cm}} = 0,06\;{\rm{m}},{\rm{I}} = 5\;{\rm{A}},\;{\rm{F}} = 7,5 \cdot {10^{ - 2}}\;{\rm{N}}\), ta tính được \(\alpha  = {30^^\circ }.\)