Trong bài này, HocThatGioi sẽ chia sẻ cho các bạn về Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện – Cách giải và bài tập áp dụng. Bài viết sẽ giúp ta biết được cách giải dạng bài tập xác định lực từ do từ trường gây ra cho một đoạn dây mang dòng điện, và cũng sẽ có những bài tập giúp ta rèn luyện về dạng này tốt hơn. Bây giờ hãy cùng HocThatGioi đi vào bài học nào!
Đầu tiên chúng ta cần tìm hiểu về lực từ là gì?
Lực từ là lực của từ trường tác dụng lên một vật mang hạt điện tích chuyển động [khung dây, đoạn dây, vòng dây tròn có điện…]
Chú ý: Trong kiến thức phổ thông chúng ta chỉ xét đến lực từ trong trường hợp vật bị tác động bởi từ trường đều. Nên khi ta nhắc đến từ trường và lực từ đều được hiểu là từ trường đều và lực từ được sinh ra bởi từ tường đều.
Trong đó từ trường đều là từ trường mà đặc tính của nó giống nhau, các đường sức từ là những đường thẳng song song cùng chiều và cách đều nhau.
Giả sử đặt một đoạn dây dẫn mang dòng điện I [A] có chiều dài l vào trong một từ trường đều có cảm ứng từ B [Tesla] thì
Lực từ \vec{F} do từ trường đều tác dụng lên đoạn dây có:
- Điểm đặt: trung điểm của đoạn dây
- Phương: Vuông góc với mặt phẳng giữa [\vec{B},\vec{l}]
- Chiều: được xác định theo quy tắc bàn tay trái
- Độ lớn: được xác định theo công thức
Công thức tính độ lớn lực từ do từ trường tác dụng lên đoạn dây:
Công thức tính lực từ
F=I.B.l.sin \alpha
Trong đó:
F là độ lớn lực từ do từ trường tác dụng lên đoạn dây
B là độ lớn cảm ứng từ
l là chiều dài của đoạn dây
\alpha là góc hợp bởi \vec{B} và \vec{I}
Lưu ý: Khi đường sức và dòng điện cùng phương thì F=0
Khi đường sức và dòng điện vuông góc thì lực từ đạt giá trị cực đại F=F_{max}=I.B.l
Quy tắc bàn tay trái:
Quy tắc bàn tay trái được phát biểu như sau: Đặt bàn tay trái duỗi thẳng sao cho chiều của các đường cảm ứng từ xuyên qua lòng bàn tay. Và chiều từ cổ tay đến ngón tay trùng với chiều của dòng điện. Khi đó ngón tay cái choãi ra 90^{\circ} chỉ chiều của lực F tác dụng lên đoạn dây dẫn.
Sau đây là ví dụ minh họa về dạng bài tính lực từ do từ trường tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện
Một đoạn dây dẫn dài 5cm đặt trong từ trường đều và vuông góc với vectơ cảm ứng từ \vec{B} [Hình 1] . Dòng điện chạy qua dây có cường độ I=0,75A. Xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây. Biết cảm ứng từ của từ trường đó có độ lớn 0,8T
Đầu tiên ta cần xác định điểm đặt, phương, chiều và độ lớn của \vec{F} Ta có: Điểm đặt chính là trung điểm của đoạn dây
Phương vuông góc với mặt phẳng giữa [\vec{B},\vec{l}]
Dựa vào quy tắc bàn tay trái ta xác định được chiều của \vec{F} như hình bên dưới Sau đó ta sẽ đi tính độ lớn của lực từ:
Ta có: 5cm=0,05m
Theo đề ta có \vec{B} vuông góc với \vec{I}
\to \alpha=90^{\circ} Ta có công thức tính độ lớn lực từ tác dụng lên đoạn dây:
F=I.B.l.sin \alpha =0,75.0,8.0.05.sin[90]=0,03 N
Vậy lực từ tác dụng lên đoạn dây có độ lớn là F=0,03N và có chiều như hình vẽ dưới đây
Sau đây là những bài tập tương tự giúp các bạn rèn luyện thêm về dạng bài này:
Bài 1: Một đoạn dây dẫn dài 10cm đặt trong từ trường đều và hợp với vectơ cảm ứng từ \vec{B} một góc 30^{\circ} . Dòng điện chạy qua dây có cường độ I=2A. Xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây. Biết cảm ứng từ của từ trường đó có độ lớn 4.75 T
Bài 2: Một dòng điện có cường độ 2A nằm vuông góc với các đường sức của một điện trường đều. Cho biết lực từ tác dụng lên 20cm, của đoạn dây ấy là 0,04N. Độ lớn của cảm ứng từ là bào nhiêu?
Bài 3: Một đoạn dây dẫn dài 7,5cm đặt trong từ trường đều và hợp với vectơ cảm ứng từ \vec{B} một góc 60^{\circ} . Dòng điện chạy qua dây có cường độ I=3,75A.Cảm ứng từ của từ trường đó có độ lớn 3,05 T.Xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây.
Câu 4: Một dây dẫn mang dòng điện có cường độ 6A nằm vuông góc với đường sức của một từ trường đều. Cảm ứng từ có độ lớn bằng 0,02T. Lực từ tác dụng lên 30cm chiều dài của dây dẫn có độ lớn bằng bao nhiêu?
Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết của HocThatGioi về Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện – Cách giải và bài tập áp dụng. Nếu các bạn thấy hay và bổ ích, hãy chia sẻ cho bạn bè của mình để cùng nhau học thật giỏi nhá. Đừng quên để lại 1 like, 1 cmt để tạo động lực cho HocThatGioi và giúp HocThatGioi ngày càng phát triển hơn nhé! Chúc các bạn học thật tốt!
Bài viết khác liên quan đến Từ trườngLực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện đạt giá trị cực đại khi dây dẫn và véctơ cảm ứng từ của từ trường
A.
B.
C.
D.
LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN ĐOẠN DÂY DẪN THẲNG
A]Lý thuyết và phương pháp giải:
-Lực từ $\overrightarrow{F}$ có đặc điểm:
+Điểm đặt tại trung điểm đoạn dòng điện.
+Có phương vuông góc với $\overrightarrow{I}$ và $\overrightarrow{B}$, có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái.
+Độ lớn: $F=B.I.l.\sin \alpha $ [với $\alpha $ là góc tạo bởi $\overrightarrow{I}$ và $\overrightarrow{B}$].
Trong đó: B là cảm ứng từ [đơn vị là Tesla – T]
I là cường độ dòng điện [A]
$l$ là chiều dài của sợi dây [m]
$\alpha $ là góc tạo bởi hướng của vecto cảm ứng từ và hướng dòng điện.
-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$^{0}$ chỉ chiều của lực từ.
-Đặc điểm đường sức: Là những đường tròn đồng tâm nằm trong mặt phẳng vuông góc với dây dẫn và có tâm là giao điểm của mặt phẳng và dây dẫn.
+Độ lớn: $B={{2.10}^{-7}}.\frac{I}{r}$
Chú ý:
+Chiều của cảm ứng từ bên ngoài nam châm là chiều vào Nam [S] ra Bắc [N]
+Quy ước:
$\odot $: Có phương vuông góc với mặt phẳng biểu diễn, chiều đi ra.
$\otimes $: Có phương vuông góc với mặt phẳng biểu diễn, chiều đi vào.
$\to $: Có phương, chiều là phương chiều của mũi tên và nằm trên mặt phẳng vẽ nó.
Ví dụ 1: Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện tỉ lệ với:
A.cường độ dòng điện qua đoạn dây.
B.căn bậc hai của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn dây.
C.bình phương hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn dây.
D.điện trở của đoạn dây.
Hướng dẫn:
Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn thẳng phụ thuộc và cường độ dòng điện qua đoạn dây.
Chọn đáp án A.
Ví dụ 2: Trong một từ trường đều B = 0,2T, người ta đặt một dây dẫn dài 20cm có mang dòng điện I. Biết rằng nếu đặt dây vuông góc với đường cảm ứng từ thì trọng lượng của dây P = 0,4N sẽ cân bằng với lực từ tác dụng lên dây. Giá trị I bằng:
A.10A B.5A C.1A D.20A
Hướng dẫn:
Trọng lượng của dây P = 0,4N sẽ cân bằng với lực từ tác dụng lên dây nên lực từ tác dụng lên dây dẫn là F = 0,4N.
Cường độ dòng điện là:
$F=BIl\Rightarrow I=\frac{F}{Bl}=\frac{0,4}{0,2.0,2}$= 10[A]
Chọn đáp án A.
Ví dụ 3: Dòng điện 5A chạy trong dây dẫn đặt trong từ trường có cảm ứng từ 10T. Góc tạo bởi giữa chiều của dòng điện và chiều của từ trường bằng 60$^{0}$. Nếu từ trường tác dụng lên dây dẫn một lực 20N, thì chiều dài của dây dẫn bằng.
A.0,46m B.0,52m C.0,82m D.0,64m
Hướng dẫn:
Ta có: $F=BIl\sin \alpha \Rightarrow l=\frac{F}{BI\sin \alpha }=\frac{20}{10.5.\sin {{60}^{0}}}$= 0,46m
Chọn đáp án A.
Ví dụ 4: 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 khác 0.
B.F = 0.
C.F còn tùy thuộc chiều dài của đoạn dòng điện.
D.F còn tùy thuộc độ lớn cường độ dòng điện.
Hướng dẫn:
Góc giữa dòng điện và vectơ cảm ứng từ bằng 0, suy ra F = 0.
Chọn đáp án B.
Ví dụ 5: Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua có hướng hợp với hướng của dòng điện góc $\alpha $
A.có độ lớn cực đại khi $\alpha $= 0.
B.có độ lớn cực đại khi $\alpha =\frac{\pi }{2}$.
C.có độ lớn không phụ thuộc góc $\alpha $.
D.có độ lớn dương khi $\alpha $ nhọn và âm khi $\alpha $ tù.
Hướng dẫn:
Từ công thức: $F=B.I.l.\sin \alpha $
F cực đại khi sin$\alpha $= 1, hay $\alpha =\frac{\pi }{2}$
Chọn đáp án B.
Ví dụ 6: Một đoạn dây dẫn thẳng dài 5cm đặt trong từ trường đều và vuông góc với vectơ cảm ứng từ. Dòng điện qua dây có cường độ 0,75A. Lực từ tác dụng lên đoạn dây đó là 3.10$^{-3}$N. Xác định cảm ứng từ của từ trường?
A.0,08T B.0,06T C.0,05T D.0,1T
Hướng dẫn:
Đoạn dây vuông góc với vectơ cảm ứng từ nên góc giữa dòng điện và vectơ cảm ứng từ bằng 90$^{0}$.
Ta có: $B=\frac{F}{I.l.\sin \alpha }=\frac{{{3.10}^{-3}}}{0,75.0,05.\sin {{90}^{0}}}$= 0,08T
Chọn đáp án A.
Ví dụ 7: Một đoạn dây dẫn dài 5cm đặt trong từ trường đều và vuông góc với vectơ cảm ứng từ. Dòng điện chạy qua dây có cường độ 0,75A. Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn đó là 3.10$^{-2}$N. Độ lớn cảm ứng từ của từ trường là:
A.0,4T B.0,6T C.0,8T D.1,2T
Hướng dẫn:
Ta có: $B=\frac{F}{I.l.\sin \alpha }=\frac{{{3.10}^{-2}}}{0,75.0,05.\sin {{90}^{0}}}$ = 0,8 T
Chọn đáp án C.
Ví dụ 8: 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
Hướng dẫn:
Từ công thức : $F=B.I.l.\sin \alpha $
Nếu I và $l$ đồng thời tăng 2 lần thì F tăng 4 lần.
Chọn đáp án C.
Ví dụ 9: Một đoạn dây dẫn dài $l$ = 0,2m đặt trong từ trường đều sao cho dây dẫn hợp với vectơ cảm ứng từ một góc 30$^{0}$. Biết dòng điện chạy qua dây là 10A, cảm ứng từ B = 2.10$^{-4}$T. Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn là:
A.10$^{-4}$N B.2.10$^{-4}$N C.2,5.10$^{-4}$N D.3.10$^{-4}$N
Hướng dẫn:
Ta có: $F=B.I.l.\sin \alpha ={{2.10}^{-4}}.10.0,2.\sin {{30}^{0}}={{2.10}^{-4}}$N
Chọn đáp án B.
Ví dụ 10: Treo đoạn dây dẫn có chiều dài $l$ = 5cm, khối lượng m = 5g 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 = 0,5T và dòng điện đi qua dây dẫn là I = 2A. Nếu lấy g = 10m/s$^{2}$ thì góc lệch của dây treo so với phương thẳng đứng là:
A.30$^{0}$ B.45$^{0}$ C.60$^{0}$ D.75$^{0}$
Hướng dẫn:
Các lực tác dụng lên đoạn dây là $\overrightarrow{P},\overrightarrow{{{F}_{t}}},\overrightarrow{T}$
$\tan \alpha =\frac{{{F}_{t}}}{P}=\frac{B.I.l}{mg}=\frac{0,5.2.0,05}{0,005.10}=1\Rightarrow \alpha ={{45}^{0}}$
Chọn đáp án B.
C]Bài tập tự luyện:
Câu 1: Chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện, thường được xác định bằng quy tắc:
A.bàn tay trái. B.vặn đinh ốc.
C.bàn tay phải. D.vặn đinh ốc 2.
Câu 2: Phương của lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường không có đặc điểm nào sau đây?
A.Vuông góc với mặt phẳng chứa vectơ cảm ứng từ và dòng điện.
B.Vuông góc với vectơ cảm ứng từ.
C.Song song với các đường sức từ.
D.Vuông góc với dây dẫn mang dòng điện.
Câu 3: Một đoạn dây dẫn thẳng dài 10cm mang dòng điện cường độ 0,75A, đặt trong từ trường đều có đường sức từ vuông góc với dây dẫn. Biết lực từ tác dụng lên đoạn dây là 0,03N thì cảm ứng từ có độ lớn bằng:
A.0,8T B.1,0T C.0,4T D.0,6T
Câu 4: Đặc điểm nào sau đây không phải của các đường sức từ biểu diễn từ trường sinh bởi dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài?
A.Các đường sức là các đường tròn.
B.Mặt phẳng chứa các đường sức thì vuông góc với dây dẫn.
C.Chiều các đường sức được xác định bởi quy tắc bàn tay trái.
D.Chiều các đường sức không phụ thuộc chiều dòng điện.
Câu 5: Phương của lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện không có đặc điểm nào sau đây?
A.Vuông góc với dây dẫn mang dòng điện.
B.Vuông góc với vec tơ cảm ứng từ.
C.Vuông góc với mặt phẳng chứa vec tơ cảm ứng từ và dòng điện.
D.Song song với các đường sức từ.
Câu 6: Nhận định nào sau đây không đúng về cảm ứng từ sinh bởi dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài?
A.phụ thuộc bản chất dây dẫn.
B.phụ thuộc môi trường xung quanh.
C.phụ thuộc hình dạng dây dẫn.
D.phụ thuộc độ lớn dòng điện.
Câu 7: Cảm ứng từ sinh bởi dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài không có đặc điểm nào sau đây?
A.vuông góc với dây dẫn.
B.tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện.
C.tỉ lệ ngịch với khoảng cách từ điểm đang xét đến dây dẫn.
D.tỉ lệ thuận với chiều dài dây dẫn.
Câu 8: Một dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài vô hạn có độ lớn 10A đặt trong chân không sinh ra một từ trường có độ lớn cảm ứng từ tại điểm cách dây dẫn 50cm.
A.4.10$^{-6}$T B.2.10$^{-7}$/5T C.5.10$^{-7}$T D.3.10$^{-7}$T
Câu 9: Tại một điểm cách một dây dẫn thẳng dài vô hạn mang dòng điện 5A thì có cảm ứng từ 0,4$\mu $T. Nếu cường độ dòng điện trong dây dẫn tăng thêm 10A thì cảm ứng từ tại điểm đó có giá trị là
A.0,8$\mu $T B.1,2$\mu $T C.0,2$\mu $T D.1,6$\mu $T
Câu 10: Chọn câu sai: Lực điện từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường.
A.luôn cùng chiều từ trường.
B.luôn luôn vuông góc với cảm ứng từ.
C.luôn vuông góc với dây dẫn.
D.phụ thuộc vào góc giữa dây dẫn và cảm ứng từ.
Câu 11: Chọn câu đúng: Đặt bàn tay trái cho các đường sức từ xuyên vào lòng bàn tay, ngón cái choãi ra 90$^{0}$ chỉ chiều dòng điện thì chiều của lực từ tác dụng lên dòng điện:
A.theo chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay.
B.ngược với chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay.
C.cùng chiều với ngón tay cái choãi ra.
D.ngược chiều với ngón tay cãi choãi ra.
Câu 12: Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn MN có dòng điện chạy qua đặt cùng phương với đường sức từ
A.luôn cùng hướng với đường sức từ.
B.luôn ngược hướng với đường sức từ.
C.luôn vuông góc với đường sức từ.
D.luôn bằng 0.
Câu 13: Một đoạn dây dẫn thẳng, dài 10cm mang dòng điện 5A đặt trong từ trường đều cảm ứng từ B = 0,08T. Biết đoạn dây dẫn vuông góc với vec tơ cảm ứng từ. Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn là:
A.0,02N B.0,04N C.0,06N D.0,08N
Câu 14: Một dây dẫn thẳng dài mang dòng điện 20A, đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 5.10$^{-3}$T. Dây dẫn đặt vuông góc với vec tơ cảm ứng từ và chịu lực từ bằng 10$^{-3}$N. Chiều dài của đoạn dây dẫn là:
A.4cm B.3cm C.2cm D.1cm
Câu 15: Một đoạn dây dẫn dài $l$ = 0,8m đặt trong từ trường đều sao cho dây dẫn hợp với vec tơ cảm ứng từ một góc 60$^{0}$. Biết dòng điện I = 20A 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
Câu 16: Một đoạn dây dẫn dài $l$ = 0,5m đặt trong từ trường đều sao cho dây dẫn hợp với vec tơ cảm ứng từ một góc 45$^{0}$. Biết cảm ứng từ B = 2.10$^{-3}$T và dây dẫn chịu lực từ F = 4.10$^{-2}$N. Cường độ dòng điện trong dây dẫn là?
A.20A. B.20$\sqrt{2}$A C.40$\sqrt{2}$A D.40A
Câu 17: Ha dây dẫn thẳng dài nằm trong cùng một mặt phẳng và vuông góc với nhau, mang dòng điện ${{I}_{1}}={{I}_{2}}$= 10A trong không khí. Cảm ứng từ tại điểm M cách đều hai dây dẫn một đoạn 10cm bằng:
A.8.10$^{-5}$T B.2.10$^{-5}$T C.0 D.4.10$^{-5}$T
Câu 18: Dây dẫn thẳng dài có cường độ I$_{1}$ = 5A đi qua đặt trong không khí. Tính lực tác dụng lên 1m dây của dòng điện I$_{2}$ = 10A đặt song song, cách I$_{1}$ 15cm và I$_{2}$ ngược chiều.
A.2.10$^{-4}$N B.10$^{-4}$N C.0 D. 2.10$^{-3}$N
Câu 19: Một dây dẫn có chiều dài 10m được đặt trong từ trường đều có B =5.10$^{-2}$T. Cho rằng điện có cường độ 10A chạy qua dây dẫn. Nếu lực từ tác dụng có độ lớn bằng 2,5$\sqrt{3}$N. Hãy xác định góc giữa $\overrightarrow{B}$ và chiều dòng điện?
A.30$^{0}$ B.60$^{0}$ C.45$^{0}$ D.90$^{0}$
Câu 20: 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. Xác định độ lớn của lực từ tác dụng lên dây dẫn khi dây dẫn đặt song song với các đường sức từ.
A.0,9N B.0,4N C.0N D.0,5N
Đáp án:
| C1 | C2 | C3 | C4 | C5 | C6 | C7 | C8 | C9 | C10 |
| A | C | C | D | D | A | D | A | B | A |
| C11 | C12 | C13 | C14 | C15 | C16 | C17 | C18 | C19 | C20 |
| B | D | B | D | C | C | C | A | B | C |