5 dạng bài tập Từ trường chọn lọc có đáp án chi tiết

Với 5 dạng bài tập Từ trường chọn lọc có đáp án chi tiết Vật Lí lớp 11 tổng hợp các dạng bài tập, 150 bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết với đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa sẽ giúp học sinh ôn tập, biết cách làm dạng bài tập Từ trường từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Vật Lí lớp 11.

Bạn đang xem: Bài tập từ trường

*

Chủ đề: Lực từ

Chủ đề: Lực Lo-ren-xơ

Bài tập trắc nghiệm

Lý thuyết chương: Từ trường hay, chi tiết nhất

1. Tương Tác Từ – Từ Trường

- Từ trường là một dạng vật chất, mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện lực từ tác dụng lên một nam châm hay một dòng điện đặt trong khoảng không gian có từ trường.

- Đặc trưng của từ trường là cảm ứng từ kí hiệu B→, đơn vị của cảm ứng từ là Tesla (T).

- Quy ước: Hướng của từ trường là hướng Nam - Bắc của kim nam châm nhỏ nằm cân bằng tại điểm đó.

2. Đường Sức Từ

- Là những đường vẽ ở trong không gian có từ trường, sao cho tiếp tuyến tại mỗi điểm có phương trùng với phương của từ trường tại điểm đó.

- Các tính chất của đường sức từ:

+ Qua mỗi điểm trong không gian có từ trường chỉ vẽ được một đường sức từ.

+ Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc vô hạn ở hai đầu.

+ Chiều của các đường sức từ tuân theo những quy tắc xác định (quy tắc nắm tay phải, quy tắc vào Nam ra Bắc).

+ Quy ước: Vẽ các đường sức từ sao cho chổ nào từ trường mạnh thì các đường sức từ mau và chổ nào từ trường yếu thì các đường sức từ thưa.

*

3. Từ Trường Chạy Trong Dây Dẫn Có Hình Dạng Đặc

a. Từ Trường Của Dòng Điện Thẳng Dài Vô Hạn.

*

Véc tơ cảm ứng từ B→ tại M cách dây dẫn một đoạn r biết dây dẫn có cường độ I (A) chạy qua có:

+ Điểm đặt: Tại điểm ta xét.

+ Phương: Vuông góc với mặt phẳng chứa dây dẫn và điểm ta xét.

+ Chiều: Xác định theo qui tắc nắm tay phải: “ Để bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo dây dẫn và chỉ theo chiều dòng điện, khi đó các ngón tay kia khum lại cho ta chiều của các đường sức từ”.

+ Độ lớn:

*

b. Từ Trường Của Dòng Điện Tròn

*

Véc tơ cảm ứng từ B→ tại tâm O của vòng dây dẫn hình tròn bán kính r có dòng điện I (A) chạy qua có:

+ Điểm đặt: Tại điểm ta xét O

+ Phương: Vuông góc với mặt phẳng vòng dây

+ Chiều: Xác định theo qui tắc nắm bàn tay phải: “ Để bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo dây dẫn và chỉ theo chiều dòng điện, khi đó các ngón kia khum lại cho ta chiều của cảm ứng từ”.

+ Độ lớn:

*

c. Từ Trường Của Ống Dây

*

Véc tơ cảm ứng từ B→ tại những điểm bên trong lòng ống dây dẫn điện có cường độ I (A) chạy qua có:

+ Điểm đặt: Tại điểm ta xét

+ Phương: Song song với trục của ống dây

+ Chiều: Xác định theo qui tắc nắm bàn tay phải

+ Độ lớn:

*
với N là số vòng dây và L là chiều dài dây.

d. Nguyên Lý Chồng Chất Từ Trường

Vecto cảm ứng từ B→ tại một điểm qua nhiều dòng điện gây ra:

B→ = B1→ + B2→ + ... + Bn→

+ Trường hợp tổng quát

*

+ Trường hợp đặt biệt thứ nhất B1→ ↗↗ B2→ ⇒ α = 0° ⇒ B = B1 = B2

+ Trường hợp đặt biệt thứ hai B1→ ↗↙ B2→ ⇒ α = 180° ⇒ B = |B1 - B2|

+ Trường hợp đặt biệt thứ ba B1→ ⊥ B2→ ⇒ α = 90°

*

4. Lực Từ

a. Lực từ tác dụng lên một đoạn dây có một dòng điện đặt trong từ trường đều

*

Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có chiều dài L có dòng điện I chạy qua đặt trong từ trường có

+ Điểm đặt tại trung điểm của đoạn dây

+ Phương vuông góc với đoạn dây và với đường sức từ

+ Chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái: “Đặt bàn tay trái duỗi thẳng sao cho vecto cảm ứng từ B→ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa là chiều dòng điện chay trong đoạn dây, khi đó chiều ngón tay cái choãi ra chỉ chiều của lực từ F→”.

+ Độ lớn: F = BILsinα

Trong đó: I là cường độ dòng điện (A)

L là chiều dài đoạn dây (m)

α là góc hợp bởi hướng của cảm ứng từ và hướng của dòng điện.

b. Lực từ tác dụng lên giữa 2 dây dẫn thẳng dài song song có dòng điện chạy qua

- Nếu 2 dòng điện chạy cùng chiều 2 dây hút nhau.

- Nếu 2 dòng điện chạy ngược chiều 2 dây đẩy nhau.

- Lực tác dụng có độ lớn :

*

Trong đó : I1, I2 là cường độ dòng điện chạy qua 2 dây dẫn .

ℓ là chiều dài 2 dây.

d khoảng cách 2 dây .

*

c. Lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện

- Nếu mặt phẳng khung dây vuông góc với đường cảm ứng từ khi đó các lực tác dụng lên khung không làm quay khung (chỉ làm cho khung giãn ra hoặc co lại).

- Nếu mặt phẳng khung dây song song với đường cảm ứng từ khi đó xuất hiện ngẫu lực làm khung quay với momen : M = B.I.S.sin α

Trong đó: S là diện tích khung; α = (B, n) với n→ là pháp tuyến mặt phẳng khung dây.

5. Lực Lo – ren – xơ

Lực lorenxo là lực do từ trường tác dụng lên hạt mang điện chuyển động trong từ trường có:

+ Điểm đặt trên điện tích

+ Phương vuông góc với v→ và B→

+ Chiều: xác định theo quy tắc bàn tay trái: “ Đặt bàn tay trái duỗi thẳng sao cho vecto B→ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa là chiều của v→ khi q > 0 và ngược chiều v→ khi q v→, B→)

Lý thuyết Từ trường hay, chi tiết nhất

A. Tóm tắt lý thuyết

1. Nam châm

- Loại vật liệu có thể hút được sắt vụn gọi là nam châm.

*

- Mỗi nam châm có hai cực: Cực Bắc (kí hiệu là N) và cực Nam (kí hiệu là S).

- Các cực cùng tên của nam châm đẩy nhau, các cực khác tên hút nhau. Lực tương tác giữa các nam châm gọi là lực từ và các nam châm có từ tính.

*

- Các loại nam châm:

*
*

2. Từ tính của dây dẫn có dòng điện

*
*

- Giữa nam châm với nam châm, giữa nam châm với dòng điện, giữa dòng điện với dòng điện có sự tương tác từ.

- Dòng điện và nam châm có từ tính.

3. Từ trường

a) Định nghĩa

Từ trường là một dạng vật chất tồn tại trong không gian mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện của lực từ tác dụng lên một dòng điện hay một nam châm đặt trong đó.

b) Hướng của từ trường

- Từ trường định hướng cho các nam châm nhỏ.

- Quy ước: Hướng của từ trường tại một điểm là hướng Nam – Bắc của kim nam châm nhỏ nằm cân bằng tại điểm đó.

4. Đường sức từ

a) Định nghĩa

Đường sức từ là những đường vẽ ở trong không gian có từ trường sao cho tiếp tuyến tại mỗi điểm có phương trùng với phương của từ trường tại điểm đó.

Quy ước chiều của đường sức từ tại mỗi điểm là chiều của từ trường tại điểm đó.

*

b) Các ví dụ về đường sức từ

- Dòng điện thẳng rất dài

+ Có đường sức từ là những đường tròn nằm trong những mặt phẳng vuông góc với dòng điện và có tâm nằm trên dòng điện.

*

+ Chiều đường sức từ được xác định theo quy tắc nắm tay phải: Để bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo dây dẫn và chỉ theo chiều dòng điện, khi đó các ngón kia khum lại cho ta chiều của các đường sức từ.

*

- Dòng điện tròn

+ Quy ước mặt Nam của dòng điện tròn là mặt khi nhìn vào đó ta thấy dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ còn mặt Bắc thì ngược lại.

+ Các đường sức từ của dòng điện tròn có chiều đi vào mặt Nam và đi ra mặt Bắc của dòng điện tròn ấy.

*
*

c) Các tính chất của đường sức từ

- Qua mỗi điểm trong không gian chỉ vẽ được một đường sức.

- Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc vô hạn ở hai đầu.

- Chiều của đường sức từ tuân theo những quy tắc xác định (quy tắc nắm tay phải, quy tắc vào Nam ra Bắc).

- Quy ước vẽ các đường sức mau (dày) ở chỗ có từ trường mạnh, thưa ở chỗ có từ trường yếu.

5. Từ trường Trái Đất

- Tại một vị trí đặt la bàn, kim nam châm luôn chịu tác dụng của từ trường Trái Đất và chỉ hướng Nam – Bắc địa lý.

*

- Tại một vị trí xác định trên Trái Đất xét trong một khoảng thời gian dài thì từ trường Trái Đất thay đổi, chỉ có thành phần địa từ trường trung bình được gọi là không đổi.

*

Cách giải bài tập Từ trường của dây dẫn có hình dạng đặc biệt

A. Phương pháp & Ví dụ

Từ trường của dòng điện thẳng dài vô hạn:

Giả sử cần xác định từ trường B→ tại M cách dây dẫn một đoạn r biết dây dẫn có cường độ I (A).

Véc tơ cảm ứng từ B→ do dòng điện thẳng gây ra có:

+ Điểm đặt: Tại điểm M ta xét.

+ Phương: Vuông góc với mặt phẳng chứa dây dẫn và điểm xét.

+ Chiều: Xác định theo qui tắc nắm tay phải: “Để bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo dây dẫn và chỉ theo chiều dòng điện, khi đó các ngón tay kia khum lại cho ta chiều của các đường sức từ.”

+ Độ lớn:

*

Trong đó: BM là từ trường tại điểm M

rM là khoảng cách từ sợi dây đến điểm M

I là cường độ dòng điện chạy qua sợi dây.

Chú ý: Nếu dây dẫn có chiều dài hữu hạn thì cảm ứng từ do dây dẫn gây ra tại M được tính theo công thức:

*

Trong đó:

*

Nhận thấy khi AB = ∞ ⇒ α1 = α2 = π/2

*

Từ trường của dòng điện tròn:

Giả sử muốn xác định từ trường B→ tại tâm O của vòng dây dẫn hình tròn bán kính R có dòng điện I (A).

Véc tơ cảm ứng từ B→ do dòng điện trong gây ra có:

+ Điểm đặt: Tại điểm ta xét O.

+ Phương: Vuông góc với mặt phẳng vòng dây.

+ Chiều: Xác định theo qui tắc nắm bàn tay phải: “Để bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo dây dẫn và chỉ theo chiều dòng điện, khi đó các ngón kia khum lại cho ta chiều của cảm ứng từ.”

+ Độ lớn:

*

Từ trường của ống dây:

Giả sử muốn xác định từ trường B→ tại những điểm bên trong lòng ống dây dẫn điện có cường độ I (A).

Véc tơ cảm ứng từ B→ do dòng điện của ống dây gây ra có:

+ Điểm đặt: Tại điểm ta xét.

+ Phương: Song song với trục của ống dây.

+ Chiều: Xác định theo qui tắc nắm bàn tay phải.

+ Độ lớn:

*

N là số vòng dây, L là chiều dài ống dây, n là mật độ vòng dây.

Ví dụ 1: Một dây dẫn thẳng dài vô hạn, dòng điện chạy trong dây có cường độ I = 10 A.

1. Hãy xác định độ lớn cảm ứng từ do dòng điện trên gây ra tại:

a) Điểm M nằm cách dây dẫn 5 cm.

b) Điểm N nằm cách dây dẫn 8 cm.

2. Ở điểm D có cảm ứng từ là 2.10-5 T, điểm D nằm cách dây dẫn 1 đoạn bằng bao nhiêu ?

Hướng dẫn:

Độ lớn cảm ứng từ do dòng điện thẳng gây ra tại một điểm được xác định theo công thức: . Như vậy nếu có được cường độ dòng điện và khoảng cách từ điểm đang xét tới dây dẫn chứa dòng điện là ta sẽ giải quyết được bài toán.

1. A) Cảm ứng từ tại M:

*

b) Cảm ứng từ tại N:

*

2) Nếu có cảm ứng từ, yêu cầu tìm khoảng cách thì từ công thức ta suy ra r là xong.

Ta có:

*

Ví dụ 2: Một khung dây có N vòng dây như nhau dạng hình tròn có bán kính 5cm. Cho dòng điện có cường độ I = 5 A chạy qua khung dây. Hãy xác định vecto cảm ứng từ tại tâm của khung dây nếu:

a) Khung dây có 1 vòng dây (N = 1)

b) Khung dây có 10 vòng dây (N = 10)

Hướng dẫn:

*

a) Khung dây có 1 vòng dây (N = 1)

Cảm ứng từ tại tâm O có:

+ Điểm đặt tại O.

+ Phương và chiều theo quy tắc nắm bàn tay phải. Phương B1→ vuông góc với mặt phẳng khung dây và chiều hướng xuống (nếu dòng điện cùng chiều kim đồng hồ). (như hình vẽ).

+ Độ lớn:

*

b) Khung dây có 10 vòng dây (N = 10)

Cảm ứng từ gây ta tại tâm của khung dây gồm nhiều vòng dây có điểm đặt, phương và chiều giống cảm ứng từ của 1 vòng dây, chỉ khác nhau về độ lớn .

Độ lớn cảm ứng từ của khung dây có 10 vòng dây:

*

Hay B10 = NB1 = 10B1 = 2π.10-4 (T)

Ví dụ 3: Dùng một dây đồng đường kính d = 0,8 mm có một lớp sơn cách điện mỏng, quấn quanh một hình trụ có đường kính D = 2 cm, chiều dài 40 cm để làm một ống dây, các vòng dây quấn sát nhau. Muốn từ trường có cảm ứng từ bên trong ống dây bằng 2π.10-3 T thì phải đặt vào ống dây một hiệu điện thế là bao nhiêu. Biết điện trở suất của đồng bằng 1,76.10-8 Ωm.

Hướng dẫn:

+ Gọi N là số vòng dây phải quấn trên ống dây. Đường kính của dây quấn chính là bề dày một vòng quấn, để quấn hết chiều dài ống dây l thì phải cần N vòng quấn nên: N.d = l

*
(vòng)

+ Ta có:

*

+ Điện trở của dây quấn:

*

+ Chiều dài mỗi vòng quấn là chiều dài chu vi vòng tròn: C = 2πr = πD

+ Chiều dài dây quấn: L = N.C = N.πD

Thay vào (*) ta được:

*

+ Hiệu điện thế ở hai đầu ống dây: U = IR = 4,4 V

Ví dụ 4: Hai dây dẫn thẳng, rất dài, đặt song song, cách nhau 10 cm trong không khí, có hai dòng điện cùng chiều, có cường độ I1 = 9 A; I2 = 16 A chạy qua. Xác định cảm ứng từ tổng hợp do hai dòng điện này gây ra tại điểm M cách dây dẫn mang dòng I1 6 cm và cách dây dẫn mang dòng I2 8 cm.

Hướng dẫn:

*

Giả sử hai dây dẫn được đặt vuông góc với mặt phẵng hình vẽ, dòng I1 đi vào tại A, dòng I2 đi vào tại B. Tam giác AMB vuông tại M. Các dòng điện I1 và I2 gây ra tại M các véc tơ cảm ứng từ B1→ và B2→ có phương chiều như hình vẽ, có độ lớn:

*

Cảm ứng từ tổng hợp tại M là: B→ = B1→ + B2→ có phương chiều như hình vẽ và có độ lớn:

*

Ví dụ 5: Hai dây đẫn thẳng dài vô hạn, đặt song song trong không khí cách nhau một đoạn d = 2a có các dòng điện ngược chiều cùng cường độ I1 = I2 = I chạy qua.

a) Xác định cảm ứng từ tổng hợp do hai dòng điện này gây ra tại điểm M cách đều hai dây dẫn một đoạn x.

b) Hãy xác định x để độ lớn cảm ứng từ tổng hợp do hai dòng điện gây ra đạt giá trị cực đại. Tính giá trị cực đại đó.

Hướng dẫn:

*

a) Giả sử hai dây dẫn được đặt vuông góc với mặt phẵng hình vẽ, dòng I1 đi vào tại A, dòng I2 đi ra tại B. Các dòng điện I1 và I2 gây ra tại M các véc tơ cảm ứng từ B1→ và B2→ có phương chiều như hình vẽ, có độ lớn:

*

Cảm ứng từ tổng hợp tại M là B→ = B1→ + B2→

→ B = B1cosα + B2cosα = 2B1cosα

*

b) Đặt MH = y; ta có x2 = a2 + y2 → B = 4.10-7 I

*
; B đạt cực đại khi y = 0 → x = a; khi đó Bmax = 4.10-7
*
.

B. Bài tập

Bài 1: Một dây thẳng dài vô hạn mang dòng điện I = 0,5 A đặt trong không khí.

a) Tính cảm ứng từ tại M cách dòng điện 4 cm.

b) Cảm ứng từ tại N bằng 10-6 T. Tính khoảng cách từ N đến dòng điện.

Lời giải:

a) Cảm ứng từ tại điểm M cách dòng điện 4 cm:

*

b) Ta có:

*

Bài 2: Một dòng điện có cường độ I = 5 A chạy trong một dây dẫn thẳng, dài. Xác định cảm ứng từ tại hai điểm M, N. Cho biết M, N và dòng điện nằm trong mặt phẳng hình vẽ và M, N cách dòng điện một đoạn d = 4 cm

Lời giải:

Vì M và N cùng cách dòng điện một đoạn d = 4 cm nên cảm ứng từ do dòng điện gây ra tại M và N có cùng độ lớn.

Ta có :

*

Bài 3: Dòng điện có cường độ 2 A chạy cùng chiều qua hai dây dẫn thẳng chập sát lại. Tính cảm ứng từ do hai dây dẫn gây ra tại nơi cách chúng 5 cm.

Lời giải:

Hai dây dẫn có cùng dòng điện I = 2 A và cùng chiều, khi đặt sát nhau thì có thể xem như một dây dẫn có dòng điện I" = 4 A và có chiều cùng chiều với dòng điện lúc ban đầu nên cảm ứng từ do hai dây gây ra tại điểm M cách chúng 5 cm có độ lớn đúng bằng cảm ứng từ tổng hợp do hai dây gây ra tại M.

Do đó:

*

Bài 4: Cuộn dây tròn có bán kính R = 5 cm (gồm 100 vòng dây quấn nối tiếp cách điện nhau) đặt trong không khí có dòng điện I chạy qua mỗi vòng dây, từ trường ở tâm vòng dây là B = 5.10-4 T. Tìm I.

Lời giải:

Cảm ứng từ tại tâm của vòng dây gồm N vòng:

*

Do đó:

*

Bài 5: Cho các dòng điện tròn có chiều của vectơ cảm ứng từ tại tâm O có chiều như hình vẽ, hãy xác định chiều các dòng điện trong vòng dây.

*

Lời giải:

Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải ta xác định được chiều của dòng điện có chiều như hình.

*

Bài 6: Cuộn dây tròn dẹt gồm 20 vòng, bán kính là π cm. Khi có dòng điện đi vào thì tại tâm của vòng dây xuất hiện từ trường là B = 2.10-3 T. Tính cường độ dòng điện trong cuộn dây.

Lời giải:

Cảm ứng từ tại tâm của vòng dây gồm N vòng:

*

Do đó:

*

Bài 7: Cuộn dây tròn bán kính R = 5 cm gồm 40 vòng dây quấn nối tiếp với nhau, đặt trong không khí có dòng điện I chạy qua mỗi vòng dây.

a) Từ trường ở tâm O vòng dây là B = 5π.10-4 T. Tính I.

b) Nếu dòng điện qua dây tăng lên gấp đôi, bán kính vòng dây giảm đi một nửa. Thì cảm ứng từ tại tâm O có giá trị là bao nhiêu ?

Lời giải:

a) Cảm ứng từ tại tâm của vòng dây gồm N vòng:

*

Do đó:

*

b) Từ công thức

*
ta thấy khi I tăng 2 và r giảm đi một nửa thì cảm ứng từ B tăng 4 lần nên ta có: B" = 4B = 20π.10-4 T

Bài 8: Cuộn dây tròn bán kính 2π cm, 100 vòng, đặt trong không khí có dòng điện 2 A chạy qua.

a) Tính cảm ứng từ tại tâm vòng dây.

b) Tăng chu vi của dòng điện tròn lên 2 lần mà vẫn giữ nguyên cường độ dòng điện. Hỏi độ lớn cảm ứng từ tại tâm dòng điện lúc này bằng bao nhiêu?

Lời giải:

a) Cảm ứng từ tại tâm của vòng dây gồm N vòng:

*

b) Chu vi vòng tròn: C = 2πr ⇒ khi tăng chu vi 2 lần thì bán kính r cũng tăng 2 nên bán kính mới lúc này là: r" = 2r

Cảm ứng từ tại tâm của vòng dây gồm N vòng:

*

Bài 9: Một ống dây dài 50 cm, cường độ dòng điện chạy qua mỗi vòng dây là 2A. Cảm ứng từ bên trong ống dây có độ lớn B = 8π.10-4. Hãy xác định số vòng dây của ống dây ?

Lời giải:

Độ lớn cảm ứng từ bên trong ống dây:

*

Do đó:

*

Bài 10: Một ống dây thẳng dài 20 cm, đường kính D = 2 cm. Một dây dẫn có vỏ bọc cách điện dài 300 m được quấn đều theo chiều dài ống dây. Ống dây không có lõi sắt và đặt trong không khí. Cường độ dòng điện đi qua dây dẫn là 0,5 A. Tìm cảm ứng từ bên trong ống dây.

Lời giải:

Chiều dài mỗi vòng quấn là chiều dài chu vi vòng tròn: C = 2πR = πD

Số vòng quấn được ứng với chiều dài L = 300 m là:

*

Cảm ứng từ bên trong ống dây:

*

Bài 11: Một ống dây hình trụ có chiều dài 1,5m gồm 4500 vòng dây.

Xem thêm: Lỗi Không Hiển Thị Hình Ảnh Điện Thoại Iphone, Chiêm Ngưỡng Ảnh Thực Tế Iphone X

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 bằng bao nhiêu?

Lời giải:

a) Độ lớn cảm ứng từ bên trong ống dây:

*

b) Dòng điện I trong ống dây:

*

Bài 12: Một ống dây có chiều dài 10 cm, gồm 2000 vòng dây. Cho dòng điện chạy trong ống dây thì thấy cảm ứng từ trong ống dây là 2π.10-3T.