Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 11 - Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường (Có lời giải)

Nội dung text: Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 11 - Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường (Có lời giải)

1. LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN ĐOẠN DÂY DẪN MANG DÒNG ĐIỆN ĐẶT TRONG TỪ TRƯỜNG 1. Phương pháp chung - 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. 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Đoạn dây dẫn chiều dài  có dòng điện I chạy qua đặt trong từ trường đều B. Cho biết   a) B 0,02 T; I 2 A;  5 cm; B, I 30. Tìm F? A. 0,03 N.B. 0,06 N.C. 0,03 2 N.D. 0,03 3 N.   b) B 0,03 T; F 0,06 N;  10 cm; B, I 45 . Tìm I? 40 A. 40 A.B. 28,3 N.C. A.D. 40 3 A. 3   c) I 5 A;  10 cm; F 0,01 N; B, I 90. Tìm B? A. 0,01 T.B. 0,02 T.C. 0,03 T. D. 0,04 T.  d) B 0; I 3 A;  15 cm; F 0 N . Tìm hướng và độ lớn của B ?  A. B hợp với I góc 30 , độ lớn bất kì.  B. B hợp với I góc 60 , độ lớn bất kì.  C. B hợp với I góc 90 , độ lớn bất kì.  D. B hướng dọc theo dây (hợp với I góc 0 ), độ lớn bất kì. Lời giải Đoạn dây dẫn chiều dài  có dòng điện I chạy qua đặt trong từ trường đều B, ta có   a) B 0,02 T; I 2A;  5 cm; B, I 30. Lực từ tác dụng lên đoạn dây là F BIsin 0,02.2.0,05.sin 30 0,03 N Đáp án A.   b) B 0,03 T; F 0,06 N;  10 cm; B, I 45 . Cường độ dòng điện là F 0,06 I 28,3 A Bsin 0,03.0,1.sin 45 Đáp án B.   c) I 5 A;  10 cm; F 0,01 N; B, I 90. Cảm ứng từ có độ lớn là F 0,01 B 0,02 T Isin 5.0,1 Đáp án B.
2. F BIsin BIasin 90 0,5.0,2.0,15 0,015 N Đáp án A. Ví dụ 5: Một dây dẫn MN có chiều dài  , khối lượng của một đơn vị dài của dây là D 0,04 kg m . Dây được treo bằng hai dây dẫn nhẹ thẳng đứng và đặt trong từ trường đều có B 0,04 T. Cho dòng điện I qua dây. a) Xác định chiều và độ lớn của I để lực căng của các dây treo bằng 0. A. Cường độ dòng điện I phải có hướng từ N đến M, độ lớn I 10 A. B. Cường độ dòng điện I phải có hướng từ M đến N, độ lớn I 10 A. C. Cường độ dòng điện I phải có hướng từ N đến M, độ lớn I 1 A. D. Cường độ dòng điện I phải có hướng từ M đến N, độ lớn I 1 A. b) Cho MN 25 cm , I 16 A có chiều từ N đến M. Tính lực căng của mỗi dây. A. 0,26 N.B. 0,16 N.C. 0,13 N. D. 0,32 N. Lời giải a) + Để lực căng dây treo bằng không thì trọng lực và lực từ lên dây dẫn thẳng MN phải bằng nhau và lực từ phải hướng lên trên, theo quy tắc bàn tay trái thì cường độ dòng điện I phải có hướng từ M đến N. Dg 0,04.10 + F P BIsin mg BI Dg I 10 A B 0,04 Đáp án B. b) + Lực từ tác dụng lên MN: F BIsin 0,04.16.0,25 0,16 N.  + Vì chiều dòng điện từ N đến M nên theo quy tắc bàn tay trái thì lực F sẽ hướng xuống và cùng chiều với  P    + Khi MN nằm cân bằng thì: F P 2T 0 , chiếu lên phương của trọng lực P ta được: F P 0,16 0,04.0,25.10 F P 2T 0 T 0,13 N 2 2 Đáp án C. Ví dụ 6: Đoạn dây dẫn MN có chiều dài l 20 cm, khối lượng m 10 g được treo nằm ngang bằng hai  dây mảnh AM, BN. Thanh MN đặt trong từ trường đều B thẳng đứng hướng lên với B 0,5 T. Khi cho dòng điện I chạy qua, đoạn dây MN dịch chuyển đến vị trí cân bằng mới, lúc đó hai dây treo AM, BN hợp với phương đứng một góc 30 . Xác định I và lực căng dây treo. Lấy g 10 m s2 . 1 3 A. Cường độ dòng điện I A, lực căng dây T N. 3 30 2 3 B. Cường độ dòng điện I A, lực căng dây T N. 3 15 1 3 C. Cường độ dòng điện I A, lực căng dây T N. 3 15
3. 3 3 FAM B.I.AM 0,08.5.3.10 1,2.10 N + Lực từ tác dụng lên cạnh MN có điểm đặt tại trung điểm MN và theo quy tắc bàn tay trái nó có hướng từ trong ra ngoài và có độ lớn: AM F B.I.MN.sin B.I.MN. F 1,2.10 3 N MN MN AM Đáp án A.  Ví dụ 9: Hai thanh ray nằm ngang, song song và cách nhau 10 cm, đặt trong từ trường đều B thẳng đứng, B 0,1 T. Một thanh kim loại đặt trên ray và vuông góc với ray. Nối ray với nguồn điệnE 12 V, r 1  , điện trở thanh kim loại, ray và dây nối là R 5  . Tìm lực từ tác dụng lên thanh kim loại. A. 0,02 N.B. 0,04 N.C. 0,01 N. D. 0,03 N. Lời giải + Cường độ dòng điện chạy qua thanh kim loại: E 12 I 2 A R r 5 1 + Lực từ tác dụng lên thanh kim loại: F BIsin 0,1.2.0,1 0,02 N Đáp án A. Ví dụ 10: Hai thanh ray nằm ngang và cách nhau một khoảng l 20 cm. Một thanh kim loại MN, khối lượng m 100 g đặt lên trên, vuông góc với thanh ray. Dòng điện qua thanh MN là I 5 A. Hệ thống đặt  trong từ trường đều B thẳng đứng, hướng lên, với B 0,2 T. Thanh ray MN nằm yên. Xác định hệ số ma sát giữa thanh MN và hai thanh ray, lấy g 10 m s2 . A. 0,1.B. 0,2.C. 0,3. D. 0,4. Lời giải + Thanh ray MN nằm đứng yên, áp dụng định luật II Newton ta được:     F ms F P N 0 , chọn hệ trục Oxy theo chiều của F và N, chiếu xuống 2 trục ta được: Fms F BIl 0,2.5.0,2 mg BIl  0,2 N P mg mg 0,1.10 Đáp án B. Ví dụ 11: Hai thanh kim loại AB, CD đặt nằm ngang, song song, cách nhau l 20 cm, hai đầu thanh được nối với nguồn điện có  12 V, r 1  . Thanh MN có điện trở R 2  , khối lượng m 100 g đặt vuông góc với hai thanh AB, CD và có thể trượt trên hai thanh này với hệ số ma sát k 0,2 . Hệ thống đặt trong từ trường đều thẳng đứng, hướng lên với B 0,4 T như hình vẽ. Bỏ qua điện trở các thanh ray. a. Tính gia tốc chuyển động của ray MN, lấy g 10 m s2 .