Lý thuyết Từ Trường - Lí Sinh | Trường đại học Hồng Bàng

Từ Trường-11 - 1 - G V . N g u y ễ n T h ị N g ọ c H i ế u Chương IV. TỪ TRƯỜNG
I. TÓM TẮT KIẾN THỨC
1. Khái niệm từ trường - Cảm ứng từ
* Xung quanh nam châm và xung quanh dòng điện tồn tại từ trường. Từ
trường có tính chất cơ bản là tác dụng lực từ lên nam châm hay lên dòng điện đặt trong nó.
* Vectơ cảm ứng từ B là đại lượng đặc trưng cho từ trường về mặt tác dụng lực từ.
Đơn vị cảm ứng từ là Tesla (T).
2. Từ trường của dòng điện trong các mạch có dạng khác nhau:
a- Từ trường của dòng điện thẳng: (dòng điện trong dây dẫn thẳng dài vô
hạn đặt trong không khí)
- Dạng của các đường sức từ: là những đường tròn đồng tâm
- Chiều của đường sức từ xác định theo quy tắc nắm tay
phải: Giơ ngón tay cái của bàn tay phải hướng theo
chiều dòng điện, khum bốn ngón kia xung quanh day dẫn
thi chiều từ cổ tay đến các ngón tay là chiều của đường sức từ
- Vectơ cảm ứng từ tại điểm M (BM) cách dây dẫn mang dòng điện 1 đoạn
là r, đặt trong không khí có:
+ Điểm đặt: tại điểm M đang xét
+ Phương : tiếp tuyến với đường sức từ tại điểm đang xét
+ Chiều: theo chiều của đường sức I + Độ lớn : B  1 . 2 07 r Từ Trường-11 - 2 - G V . N g u y ễ n T h ị N g ọ c H i ế u
b- Từ trường của dòng điện tròn: (dòng điện trong dây dẫn uốn thành vòng tròn)
- Dạng của các đường sức từ: giống như 1 thanh nam châm thẳng
- Chiều của đường sức từ xác định theo quy tắc nắm tay phải: Khum bàn tay
theo vòng dây của khung sao cho chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với
chiều dòng điện trong khung; ngón tay cái choãi ra chỉ chiều các đường sức
từ xuyên qua mặt phẳng dòng điện
- Vectơ cảm ứng từ B tại tâm của dòng điện tròn đặt trong không khí có:
+ Điểm đặt: tại tâm vòng dây đang xét
+ Phương : vuông góc mặt phẳng chứa vòng dây
+ Chiều : theo chiều của đường sức + Độ lớn : NI B  2 .  107 R
Với : N là số vòng dây trong khung dây
R là bán kính của dòng điện (vòng dây)
I là cường độ dòng điện trong mỗi vòng.
c- Từ trường của dòng điện trong ống dây: -
Dạng của các đường sức từ:
+ Bên trong ống dây: các đường sức từ song song với trục ống dây, nếu
ống dây đủ dài (l>>d) thì từ trường trong ống dây là từ trường đều
+ Bên ngoài ống dây: dạng và sự phân bố các đường sức từ như 1 thanh nam châm thẳng Từ Trường-11 - 3 - G V . N g u y ễ n T h ị N g ọ c H i ế u
- Chiều của đường sức từ xác định theo
quy tắc nắm tay phải (như trong dòng điện tròn)
- Vectơ cảm ứng từ B của dòng điện bên
trong ống dây, đặt trong không khí có:
+ Phương : song song với trục của ống dây
+ Chiều : theo chiều của đường sức + Độ lớn : B  4 .10 7   nI
Với : n là số vòng dây trên 1m chiều dài của ống.
@ Chú ý: Ống dây có 2 đầu:
+ Đầu Nam (S): các đường sức từ đi vào, dòng điện chạy cùng chiều kim đồng hồ
+ Đầu Bắc (N) : các đường cảm ứng đi ra, dòng điện chạy ngược chiều kim đồng hồ 3. Lực từ
a- Lực từ tác dụng lên một đoạn dòng điện đặt trong từ trường đều:
+ Điểm đặt: tại trung điểm của đoạn dòng điện
+ Phương: vuông góc với mặt phẳng chứa đoạn dòng điện và cảm ứng từ tại điểm khảo sát Từ Trường-11 - 4 - G V . N g u y ễ n T h ị N g ọ c H i ế u
+ Chiều: xác định theo quy tắc bàn tay trái
(Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ đâm
xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các
ngón tay trùng với chiều dòng điện, thì ngón
tay cái choãi ra 900 chỉ chiều của lực từ tác
dụng lên dòng điện)
+ Độ lớn: xác định theo định luật Ampe: F = BIlsinα
Với: α là góc hợp bởi đoạn dòng điện và
vectơ cảm ứng từ ( α=(I,B) )
b- Tương tác giữa hai dòng điện thẳng song song
* Lực từ tác dụng lên mỗi đơn vị dài của hai dòng điện song song: 7 I I F  . 2 10 1 2 r
* Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dài l của hai dòng điện song song: I I F  . 2 107 1 2 l r
Với: r là khoảng cách giữa hai dòng điện.
@ Chú ý: Hai dòng điện cùng chiều thì hút nhau
Hai dòng điện ngược chiều thì đẩy nhau
4. Lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện đặt trong từ trường đều:
a- Mặt phẳng khung dây vuông góc với B (B //n
): khung dãn ra hoặc co lại
b- Mặt phẳng khung dây song song với B (B∟
n): ngẫu lực có xu hướng làm quay khung Từ Trường-11 - 5 - G V . N g u y ễ n T h ị N g ọ c H i ế u 5. Lực Lorenxơ
* Lực Lorenxơ: là lực mà từ trường tác dụng lên một hạt mang điện chuyển động
* Lực Lorenxơ có đặt điểm:
+ Điểm đặt: tại hạt mạng điện đang xét
+ Phương: vuông góc với vectơ vận tốc của hạt mang điện và vectơ cảm ứng
từ tại điểm khảo sát
+ Chiều: Xác định theo quy tác
bàn tay trái (Đặt bàn tay trái sao
cho các đường sức từ đâm xuyên
vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay
đến các ngón tay trùng với chiều
vectơ vận tốc của hạt mang điện,
thì ngón tay cái choãi ra 900 chỉ
chiều của lực Lorenxơ tác dụng
lên hạt mang điện nếu là hạt mang
điện dương và chiều ngược lại
nếu hạt mang điện âm) + Độ lớn: f  q Bvsin  Trong đó:
q là điện tích của hạt
α là góc hợp bởi vectơ vận tốc của hạt và vectơ cảm ứng từ (α=(n , B )) Từ Trường-11 - 6 - G V . N g u y ễ n T h ị N g ọ c H i ế u II. BÀI TẬP
Chủ đề 1: Lực Từ - Cảm Ứng Từ
Bài 1: Hãy áp dụng quy tắc bàn tay trái để xác định các đại lượng còn thiếu
trong các hình vẽ sau đây: a. b. c. d. e. f. g. h.
Bài 2: 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. Hãy
xác đinh 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 450.
Bài 3: Người ta dùng một dây dẫn có chiểu dài 2m , đặt vào từ trường đều có
B = 10-2 T, dây dẫn được đặt vuông góc với các đường sức, lực từ tác dụng
lên dây dẫn là 1N, hãy xác định cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn.
Bài 4: Một đoạn dây thẳng MN dài 6cm, có dòng điện 5A, đặt trong từ trường
đều có cảm ứng từ B = 0,5T. Lực từ tác dụng lên đoạn dây có độ lớn F =
7,5.10-2 N. Góc hợp bởi dây MN và đường cảm ứng từ là bao nhiêu ? Từ Trường-11 - 7 - G V . N g u y ễ n T h ị N g ọ c H i ế u
Bài 5: Một đoạn dây dẫn dài 5cm đặt trong từ trường đều và vuông góc với
vecto cảm ứng từ. Dòng điện chạy qua dây có cường độ 0,75A. Lực từ tác
dụng lên dây có giá trị 3.10 2N. Hãy xác định cảm ứng từ của từ trường. -
Bài 6: Một dây dẫn mang dòng điện I = 5A, có chiều dài 1m, được đặt vuông
góc với cảm ứng từ B = 5.10-3T. Hãy xác định lực từ tác dụng lên dây dẫn ?
Bài 7: Người ta cho dòng điện có cường độ I = 10 A chạy trong một dây dẫn,
đặt dây dẫn vuông góc với các đường cảm ứng từ có B = 5mT. Lực điện tác
dụng lên dây dẫn là 1N, hãy xác định chiều dài của dây dẫn nói trên?
Chủ đề 2: Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt
Bài 8: Một dây dẫn dài vô hạn, dòng điện chạy trong dây có cường độ I =
10A. Hãy xác định cảm ứng từ do dòng điện trên gây ra tại:
a. Điểm M nằm cách dây dẫn 5cm.
b.Điểm N nằm cách dây dẫn 8 cm.
c. Ở điểm D có cảm ứng từ là 4.10-5 T, điểm D nằm cách dây dẫn 1 đoạn bằng bao nhiêu ?
Bài 9: Người ta cho dòng điện có cường độ chưa biết chạy trong dây dẫn và
xác định được tại điểm A nằm cách dây 1 cm có từ trường với B = 2.10-4T,
hãy xác định cường độ dòng điện đã chạy trong dây dẫn ?
Bài 10: Dòng điện có cường độ I = 20A chạy trong 1 dây dẫn dài vô hạn, tại
một điểm B người ta xác định được từ trường có B = 3.10-3 T. Hãy tìm khoảng
cách từ điểm B đến dây dẫn ?
Bài 11: Một vòng dây hình tròn có bán kính 5cm. Cho dòng điện I = 25A
chạy qua vòng dây. Hãy xác định cảm ứng từ tại tâm của vòng dây ?
Bài 12: Dùng 1 dây dẫn uốn thành hình tròn và cho dòng điện có cường độ I
= 10A chạy qua vòng dây, cảm ứng từ do dòng điện gây ra tại tâm của vòng
tròn có giá trị là 4  .10-5 T. Hãy xác định bán kính của khung dây trên ?
Bài 13: Một dòng điện có cường độ 20A, cảm ứng từ tại điểm M cách dòng
điện 5 cm có độ lớn là bao nhiêu ?
Bài 14: Hãy xác định từ trường do dòng điện có cường độ I = 50A chạy trong
dây dẫn trong các trường hợp
a. Dây dẫn dài vô hạn, tìm từ trường tại điểm nằm cách dây 2 cm ?
b.Dây dẫn được uốn thành hình tròn có đường kính 10 cm ?
Bài 15: Một ống dây có chiều dài 20cm, gồm 500 vòng dây, cho cường độ I
= 5A chạy trong ống dây, hãy xác định cảm ứng từ bên trong ống dây ?
Bài 16: Một sợi dây đồng có đường kính 0,4mm . Dùng sợi dây này để quấn
một ống dây dài 40cm, hãy xác định trên 1m chiều dài ống dây này có bao nhiêu vòng dây ? Từ Trường-11 - 8 - G V . N g u y ễ n T h ị N g ọ c H i ế u
Bài 17: Một sợi dây đồng có bán kính là 0,5mm, dùng sợi dây này để quấn
một ống dây dài 20cm, cho dòng điện I = 5A chạy trong dây dẫn. Hãy xác định :
a. Số vòng dây trên 1 met chiều dài ?
b.Cảm ứng từ bên trong ống dây ?
Bài 18: Một sợi dây đồng có đường kính 0,8 mm , điện trở R = 1,1  . Dùng
sợi dây này để quấn một ống dây dài 40cm. Cho dòng điện chạy qua ống dây
thì cảm ứng từ bên trong ống dây có độ lớn B = 6,28.10-3 T. Hãy xác định :
a. Số vòng dây trên 1 met chiều dài ?
b.Hiệu điện thế ở 2 đầu ống dây ?
Bài 19 : Một ống dây dài 50cm, cường độ dòng điện chạy qua mỗi vòng dây
là 2A. Cảm ứng từ bên trong ống dây có độ lớn B = 25.10-4. Hãy xác định số vòng dây của ống dây ?
Bài 20: Một ống dây có chiều dài là 5cm, gồm 2000 vòng dây. Cho dòng điện
có cường độ 5A chạy trong ống dây, hãy xác định từ trường sinh ra trong ống dây ? Bài 21:
Một ống dây hình trụ có chiều dài 1,5m gồm 4500 vòng dây.
a. Xác định cảm ứng từ trong lòng ống dây khi cho dòng điện I = 5A chạy trong ống dây ?
b.Nếu ống dây tạo ra từ trường có B = 0,03T thì I = ?
Bài 22: Một ống dây có chiều dài 10cm, gồm 3000 vòng dây. Cho dòng điện
chạy trong ống dây thì thấy cảm ứng từ trong ống dây là 6,28.10-3T.
a.Hãy xác định số vòng dây trên 1 m chiều dài ống dây ?
b.Cường độ dòng điện bên trong ống dây ?
Chủ đề 3 : Nguyên lý chồng chất từ trường.
Bài 23 : 2 dây dẫn mang dòng điện I1 = 6A, I2 = 8A, nằm tại 2 điểm A,B cách
nhau 14cm trong không khí. 2 dòng điện chạy cùng chiều.
a. Hãy xác định lực từ do I1 tác dụng lên mỗi mét chiều dài của I2 ?
b. Xác định cảm ứng từ do I1 và I2 gây ra tại điểm C nằm giữa A,B cách A 6cm ?
c. Xác định cảm ứng từ do I1 và I2 gây ra tại điểm D nằm ngoài A,B cách B 8cm ?
Bài 24: Cho 2 dây dẫn thẳng dài, đặt trong không khí song song, cách nhau 1
đoạn AB=8cm có 2 dòng điện I1=18A, I2=4A, ngược chiều nhau. Xác định vectơ
cảm ứng từ tại M và N sao cho: a/ MA=6cm, MB=2cm b/ NA=12cm, NB=4cm Từ Trường-11 - 9 - G V . N g u y ễ n T h ị N g ọ c H i ế u
Bài 25: Cho 2 dây dẫn thẳng dài, đặt trong không khí song song, cách nhau 1
đoạn AB=5cm có 2 dòng điện I1=I2=3A, ngược chiều nhau. Xác định vectơ
cảm ứng từ tại M và N sao cho: a/ MA=3cm, MB=4cm b/ NA=NB=5cm
Bài 26: Cho 2 dây dẫn thẳng dài, đặt trong không khí song song, cách nhau 1
đoạn AB=10cm có 2 dòng điện I1=I2=8A, cùng chiều
a/Xác định vectơ cảm ứng từ tại O với OA= OB=5cm
b/ Xác định vectơ cảm ứng từ tại M với MA=MB=10cm
c/ Tại O ta đặt một dây dẫn thẳng dài có dòng điện I3 trong cùng mặt phẳng
với 2 dây. Hỏi chiều và độ lớn của I3 thế nào để cảm ứng từ tại M bằng 0.
Bài 27: Cho 2 dây dẫn thẳng dài, đặt trong không khí song song, cách nhau 1
đoạn AB=5cm có 2 dòng điện I1=12A, I2=6A, ngược chiều nhau. a/ Xác định vectơ c
ảm ứng từ tại M với MA=4cm, MB=3cm.
b/ Trong mặt phẳng song song với 2 dây, hỏi phải đặt dây dẫn có dòng điện
I3=14,4A ở vị trí nào để cảm ứng từ tại M bằng 0.
Bài 28: Cho 2 dây dẫn thẳng dài, đặt trong không khí song song, cách nhau 1
đoạn AB=15cm có 2 dòng điện I1=6A, I2=4A. Xác định tập hợp những điểm
mà tại đó cảm ứng từ bằng 0 trong các trường hợp sau đây: a/ I1, I2 cùng chiều b/ I1, I2 ngược chiều
Bài 29: Hai dây dẫn thẳng dài vô hạn trùng với trục toạ độ vuông góc x0y .
Dòng điện qua dây 0x có I1 = 4A, qua 0y có I2 = 8A. Hãy xác định:
a/ Vectơ cảm ứng từ tại điểm M có toạ độ x = 2cm, y = 4cm.
b/Tập hợp các điểm có cảm ứng từ bằng không.
Bài 30: Một dây dẫn thẳng dài vô hạn, ở khoảng giữa
người ta uốn thành một vòng tròn có bán kính R = 5cm.
Cho dòng điện có cường độ I = 8A chạy qua dây dẫn. Xác định cảm ứng từ tại tâm của vòng dây.
Bài 31: Hai dây dẫn thẳng song song dài vô hạn, đặt cách nhau một khoảng
2a = 20cm trong không khí. Cho hai dòng điện cùng chiều và cùng cường độ
I = 10A đi qua hai dây. Một mp P vuông góc với hai dây dẫn và cắt chúng tại
A và B. M là một điểm trên đường trung trực Ox của AB, với OM = x.
a/ Xác định cảm ứng từ tại điểm M do hai dòng điện gây ra. Cho x = 20cm. Từ Trường-11 - 1 0 - G V . N g u y ễ n T h ị N g ọ c H i ế u
b/ Tìm điểm M0 trên Ox mà tại đó cảm ứng từ đạt giá trị cực đại. Tính giá trị cực đại đó.
Bài 32: Hai dây dẫn thẳng dài đặt song song và cách nhau một khoảng a =
40cm trong không khí. Biết I1=8A, I2 = 10A. Tính lực từ tác dụng lên một
đoạn có chiều dài l = 2m của mỗi dây.
Bài 33: Hai dây dẫn thẳng dài đặt song song và cách nhau một khoảng a =
30cm. Dòng điện qua dây thứ nhất có cường độ I1 =3A. Xác định cường độ
dòng điện qua dây dẫn thứ hai. Biết lực từ tác dụng lên một đoạn chiều dài l
= 0,5m của mỗi dây dẫn là 0,5.10-5N.
Bài 34: Hai dây dẫn thẳng dài vô hạn đặt song song và cách nhau 1 khoảng
AB = a = 10cm trong không khí. Dòng điện trong mỗi dây có cường độ I1=8A, I2
= 6A, chạy ngược chiều nhau.
a. Xác định cảm ứng từ tai điểm C. Biết tam giác ABC nằm trong mp vuông
góc với hai dây dẫn và AC=8cm, BC = 6cm.
b. Tại C đặt dây dẫn mang dòng điện I3 = 5A song song và cùng chiều với I1.
Tính lực từ do I1, I2 tác dụng lên 0,8m của dòng điện I3.
Bài 35: Hai dây dẫn thẳng dài vô hạn đặt song song và cách nhau 1 khoảng
AB = a = 18cm. Dòng điện trong mỗi dây có cường độ I1 = 10A, I2 = 8A, chạy ngược chiều nhau.
a. Xác định cảm ứng từ tổng hợp tại trung điểm O của AB.
b. Xác định vị trí điểm M trên đoạn AB để khi đặt dòng điện I3 tại M song
song với I1, I2 thì lực do I1 và I2 tác dụng lên nó bằng nhau.
Bài 36: Cho ba dây dẫn thẳng dài đặt song song với nhau. Mặt phẳng vuông
góc với ba dây cắt ba dây tại các điểm A, B, C tạo thành tam giác đều cạnh
a=6cm. Cho I1=I2= 3A, I3= 5A. Tính lực từ tác dụng lên 1m dây của dòng I3.
Chủ đề 4 : Lực Lorentz
Bài 37 : Hãy xác định chiều của các đại lượng còn thiếu trong các hình dưới đây : a) b) Từ Trường-11 - 1 1 - G V . N g u y ễ n T h ị N g ọ c H i ế u c) d) e) f)
Bài 38 : Một electron chuyển động vào từ trường đều B = 2.10-3T. Vận tốc
của hạt e nói trên là 3.104m/s. Hãy xác định lực Lorentz tác dụng lên e trong các trường hợp sau :
a. Electron chuyển động vuông góc với các đường cảm ứng từ.
b. Electron chuyển động song song với các đường cảm ứng từ.
c. Electron chuyển động tạo với các đường sức từ một góc 300.
Bài 39 : Một proton chuyển động cắt ngang các đường sức của một từ
trường đều, vận tốc của hạt proton là 2.105 m/s, lực từ tác dụng lên proton là
0,01N, hãy xác định độ lớn của cảm ứng từ nói trên. 
Bài 40: Một proton bay vào trong từ trường đều B có độ lớn B = 0,5T, với vận tốc v 6 v
0 = 10 m/s và 0  B . Tính lực Lorentz tác dụng lên proton
Bài 41: Một hạt mang điện tích q = 12,8.10-19C có khối lượng m=16.10-29 kg
đang chuyển động với vận tốc v = 2.106m/s thì bay vào trong từ trường đều
B vuông góc với v và có độ lớn B = 5.10-2T .
a. Tính lực Lorentz tác dụng lên hạt.
b. Xác định bán kính chuyển động.
Bài 42: Một điện tích q = 9,2.10-19C có khối lượng 6,67.10-27kg đang đứng
yên thì được tăng tốc bởi hiệu điện thế U = 106V. Sau khi tăng tốc, điện tích
bay vào từ trường đều có cảm ứng từ B = 1,8T, biết v 0  B .
a. Tính vận tốc của điện tích ngay trước khi bay vào từ trường.
b. Lực Lorentz tác dụng lên điện tích. Từ Trường-11 - 1 2 - G V . N g u y ễ n T h ị N g ọ c H i ế u
Chủ đề 5 : Lực Từ tác dụng lên khung dây
Bài 43: Một dây dẫn có chiều dài 10m được đặt trong từ
trường đều có B = 5.10-2 T. Cho dòng điện có cường độ 10A chạy qua dây dẫn.
a.Xác định lực từ tác dụng lên dây dẫn khi dây dẫn đặt
vuông góc với B, vẽ hình.
b.Nếu lực từ tác dụng là 4,33 N. Hãy xác định góc giữa B và dây dẫn ?
Bài 44: Một dây dẫn được gập thành khung dây có
dạng tam giác vuông cân MNP. Cạnh MN = NP = 10 M
(cm). Đặt khung dây vào trong từ trường đều B = 10-2
(T) có chiều như hình vẽ. Cho dòng điện I có cường độ
10 (A) vào khung dây theo chiều MNPM. Tính độ lớn
lực từ tác dụng vào các cạnh của khung dây. P N
Bài 45: Một dây dẫn được gập thành khung dây có dạng
tam giác vuông cân MNP. Cạnh MN = NP = 10 (cm). M
Đặt khung dây vào trong từ trường đều B = 10-2 (T) có
chiều như hình vẽ. Cho dòng điện I có cường độ 10 (A)
vào khung dây theo chiều MNPM. Tính lực từ tác dụng
vào các cạnh của khung dây . N P