Bài giảng môn Vật lí nâng cao Lớp 11 - Bài: Phân loại bài tập và phương pháp giải chương từ trường - Nguyễn Thị Ngọc Ánh

Nội dung text: Bài giảng môn Vật lí nâng cao Lớp 11 - Bài: Phân loại bài tập và phương pháp giải chương từ trường - Nguyễn Thị Ngọc Ánh

1. Sinh viên: Nguyễn Thị Ngọc Ánh Lớp: NO3
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: Xác định chiều véc tơ cảm ứng từ B tại hai điểm M và N
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. - Chiều: Được xác định theo quy tắc I I 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: Hai dây dẫn thẳng, dài song song cách nhau 32 (cm) trong khơng khí, dịng điện chạy trên dây 1 là I1 = 5 (A), dịng điện chạy trên dây 2 là I2 = 1 (A) ngược chiều với I1. Điểm M nằm trong mặt phẳng của hai dây và cách đều hai dây. Tính cảm ứng từ tại M.
14. B. LỰC TỪ ❖ Dạng 1: Bài tập về lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng ❖ Dạng 2: Bài tập về tương tác giữa các dây dẫn dài đặt song song cĩ dịng điện chạy qua ❖ Dạng 3: Bài tập về khung dây cĩ dịng điện đặt trong từ trường đều ❖ Dạng 4: Bài tập về Lực Lorenxo ➢ 4.1: Bài tập xác định phương và chiều lực Lorenxo ➢ 4.2: Bài tập về chuyển động của điện tích trong từ trường đều
15. LỰC TỪ ❖ Dạng 1: 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
16. 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: Treo một thanh đồng có chiều dài l = 5cm và có khối lượng 5g vào hai sợi dây thẳng đứng cùng chiều dài trong một từ trượng đều có B = 0,5T và có chiều thẳng đứng từ dưới lên trên. Cho dòng điện một chiều có cường độ dòng điện I = 2A chạy qua thanh đồng thì thấy dây treo bị lệch so với phương thẳng đứng một góc. Xác định góc lệch của thanh đồng so với phương thẳng đứng?
17. ❖ Dạng 2: Bài tập về tương tác giữa các dây dẫn dài đặt song song cĩ dịng điện chạy qua - Độ lớn của lực tác dụng lên một đoạn dây dẫn II. cĩ chiều dài l là:Fl= 2.10−7 .12 . Trong đĩ: r + r: Khoảng cách giữa hai dịng điện + I1, I2: Cường độ dịng điện chạy trong dây dẫn Lực tương tác sẽ là: + Lực hút nếu I1 I2 + Lực đẩy nếu I1 I2
18. Phương pháp giải: - Xác định lực từ tác dụng lên từng đoạn dây. - Áp dụng nguyên lý chồng chất từ trường: Bài tập minh họa: Hai dây dẫn thẳng, dài song song và cách nhau 10 (cm) trong chân khơng, dịng điện trong hai dây cùng chiều cĩ cường độ I1 = 2 (A) và I2 = 5 (A). Tính lực từ tác dụng lên 20 (cm) chiều dài của mỗi dây.
19. ❖ Dạng 3: Bài tập về khung dây cĩ dịng điện đặt trong từ trường đều • Momen của ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây mang dịng điện: M = BISsin với  = (B,n) M: momen ngẫu lực từ (N.m) B: cảm ứng từ (T) I: cường độ dịng điện qua khung (A) S : diện tích qua khung dây (m2) n: véc tơ pháp tuyến của khung dây - Trường hợp đường sức vuơng gĩc với mặt phẳng của khung thì lực từ khơng làm cho khung quay mà chỉ cĩ tác dụng làm biến dạng khung. - Trường hợp đường sức nằm trong mặt phẳng của khung thì M = Mmax= I.B.S
20. Phương pháp giải: - Phân tích lực từ tác dụng lên từng đoạn dây của khung dây. Từ đĩ tính lực tổng hợp tác dụng lên khung hoặc momen lực tác dụng lên khung . + Nếu dây gồm N vịng thì độ lớn của lực từ sẽ tăng lên N lần + Momen lực được xác định bởi:M = BISsin
21. Bài tập minh họa: Khung dây dẫn hình vuơng cạnh a = 20 (cm) gồm cĩ 10 vịng dây, dịng điện chạy trong mỗi vịng dây cĩ cường độ I = 2 (A). Khung dây đặt trong từ trường đều cĩ cảm ứng từ B = 0,2 (T), mặt phẳng khung dây chứa các đường cảm ứng từ. Tính mơmen lực từ tác dụng lên khung dây.
22. ❖ Dạng 4: Bài tập về lực Lorenxo: ➢ 4.1: Bài tập xác định phương và chiều lực Lorenxo Lực Lorenxo do từ trường cĩ cảm ứng từ B tác dụng lên một hạt điện tích q0 chuyển động với vận tốc v : + Cĩ phương vuơng gĩc với v và B + Cĩ chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái + Cĩ độ lớn: f= q vBsin Trong đĩ: 훼 là gĩc hợp bởi v và B
23. Bài tập minh họa: Xác định lực Lorenxo trên hình vẽ
24. ❖ Dạng 4: Bài tập về lực Lorenxo: ➢ 4.2: Bài tập về chuyển động của điện tích trong từ trường đều - Chuyển động của hạt điện tích là chuyển động phẳng trong mặt phẳng vuơng gĩc với từ trường - Khi đĩ lực Lorenxo luơn vuơng gĩc với vận tốc v, nghĩa là đĩng vai trị lực hướng tâm. mv2 f = = |q |vB R 0 - Quỹ đạo chuyển động của hạt là đường trịn nằm trong mặt phẳng vuơng gĩc với từ trường và cĩ bán kính R = 푣 푞0 2πR 2πm - Chu kì của chuyển động trịn: T = = v q0 B
25. Phương pháp giải: - Dựa vào điều kiện bài tốn (thường cho gĩc 훼 hợp giữa véc tơ (v và B) - Xác định phương, chiều và độ lớn của lực Lorenxo Chú ý: - Trong trường hợp bỏ qua tác dụng của trọng lực, khi đĩ lực Lorenxo F vuơng gĩc với vận tốc v sẽ đĩng vai trị là hợp lực hướng tâm nên hạt chuyển động trịn đều trong từ trường. - Nếu trong khơng gian hạt điện chuyển động cĩ cả điện trường thì phải xét thêm lực tương tác điện lên điện tích chuyển động. Bài tập minh họa: • Một hạt proton chuyển động với vận tốc 2.106 (m/s) vào vùng khơng gian cĩ từ trường đều B = 0,02 (T) theo hướng hợp với vectơ cảm ứng từ một gĩc 300. Biết điện tích của hạt proton là 1,6.10-19 (C). Tính lực Lorenxơ tác dụng lên proton.