KHỞI ĐỘNG

Tính chất cơ bản của từ trường là gây ra lực từ tác dụng lên một nam châm hay một dòng điện đặt trong từ trường đó. Vậy lực từ có đặc điểm như thế nào?

Giải rút gọn:

Đặc điểm: 

- Lực từ là một lực tương tác và chỉ xuất hiện khi có hai vật liệu từ (nam châm, sắt, thép) hoặc giữa nam châm và dòng điện tương tác với nhau.

- Lực từ là lực đẩy hoặc lực hút: hai cực cùng tên của nam châm sẽ đẩy nhau và khác tên sẽ hút nhau. Dòng điện và nam châm cũng có thể hút hoặc đẩy nhau tuỳ thuộc vào chiều của dòng điện và chiều của từ trường.

- Lực từ có phương vuông góc với đường sức từ

I. THÍ NGHIỆM VỀ LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN ĐOẠN DÂY DẪN MANG DÒNG ĐIỆN

Hoạt động 1:Thí nghiệm

Chuẩn bị: Thiết bị thí nghiệm gồm:

- Hộp gõ có gắn các thiết bị dưới đây:

+ Nam cham điện có gắn hai tâm thép (1).

+ Đòn cân (2) có gắn gia trọng (3) và khớp nối với khung dây dẫn (4).

+ Hai ampe kế có giới hạn đo 2A (5),(6).

+ Hai biến trở oay 100 - 2A (7).

+ Hai công tắc dùng để đảo chiều dòng điện qua nam châm điện và khung dây (8), (9).

- Khung dây n=200 vòng có chiều dài một cạnh l=10cm (10).

- Lực kế có giới hạn đo 0,5 N (11).

- Đèn chỉ hướng từ trường trong lòng nam châm điện (12).

- Nguồn điện một chiều, điện áp 12V (13) và các dây nối.

Tiến hành:

- Nối hai cực của nguồn điện DC với hai chốt cắm trên hộp gỗ. Cắm khung dây vào khớp nối trên đòn cân, sao cho cạnh dưới của khung dây nằm trong từ trường của nam châm.

- Đóng công tắc điện.

Thực hiện các yêu cầu sau:

1. Quan sát và giải thích hiện tượng xảy ra với khung dây.

2. Quan sát đèn chỉ hướng từ trường trong lòng nam châm điện, các cực của nguồn điện nối với khung dây, chiều chuyển động của khung dây, từ đó xác định chiều của cảm ứng từ bên trong lòng nam châm điện, chiều dòng điện và chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện I trong từ trường.

3. Dự đoán hiện tượng xảy ra nếu đổi chiều dòng điện chạy qua nam châm điện hoặc khung dây.

4. Đề xuất cách xác định chiều của lực từ.

Giải rút gọn:

1. Quan sát thấy:

- Đóng công tắc: khung dây quay

- Mở công tắc: khung dây về vị trí ban đầu

Giải thích: Khi dòng điện chạy qua khung dây sẽ tạo ra một từ trường. Từ trường này tương tác với từ trường của nam châm điện, tạo ra lực từ tác dụng lên khung dây từ đó làm cho khung dây quay.

2. Xác định chiều: 

- Cảm ứng từ:  xác định bằng quy tắc nắm bàn tay phải.

- Dòng điện: xác định bằng quy tắc nắm bàn tay phải

- Lực từ: xác định theo quy tắc bàn tay trái.

3. Dự đoán: 

- Đổi chiều dòng điện chạy qua nam châm điện: chiều của cảm ứng từ và chiều của lực từ đều sẽ bị đổi, từ đó thì chiều khung dây sẽ quay theo chiều ngược lại.

- Đồi chiều dòng điện chạy qua khung dây: chiều của từ trường do khung dây tạo và chiều của lực từ sẽ bị đổi thì từ đó chiều khung dây sẽ quay theo chiều ngược lại.

4. Cách xác định chiều của lực từ: áp dụng quy tắc bàn tay trái:

Đặt bàn tay trái sao cho vecto cảm ứng từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện, ngón cái choãi ra 90 độ chỉ chiều lực từ.

Hoạt động 2: Sử dụng quy tắc bàn tay trái để kiểm chứng chiều của lực từ tác dụng lên thanh kim loại M₁M₂ trong Hình 15.2.

Giải rút gọn:

Áp dụng quy tắc bàn tay trái thấy chiều lực từ đúng như Hình 15.2

Câu hỏi: Ba dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường như Hình 15.4

1. Hãy xác định phương và chiều của lực từ tác dụng lên dây dẫn ở Hình 15.4a, 15.4b.

2. Trong trường hợp Hình 15.4c, có lực từ tác dụng lên dây dẫn không? Dự đoán lực từ còn phụ thuộc vào yếu tố nào khác?

Giải rút gọn: 

1. Ta áp dụng quy tắc nắm bàn tay trái: 

Hình 15.4a, lực từ hướng vào trong

Hình 15.4b, lực từ hướng từ trên xuống dưới

2. Trong trường hợp Hình 15.4c, lực từ không tác dụng lên dây dẫn.

II. ĐỘ LỚN CẢM ỨNG TỪ

Câu hỏi 1: Xét một đoạn dây dẫn thằng có chiều dài L=1m, có dòng điện I = 3A chạy qua được đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ T. Hãy xác định độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện nếu phương của dây dẫn hợp với vecto cảm ứng từ một góc .

Giải rút gọn: 

Độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện nếu phương của dây dẫn hợp với vecto cảm ứng từ một góc là: 

Câu hỏi 2: Một dây dẫn dài 50 cm có dòng điện chạy qua được đặt vuông góc với từ trường có độ lớn cảm ứng từ là 5 m T.

a) Nếu có electron chạy qua dây dẫn trong mỗi giây thì cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn bằng bao nhiêu? (Cho biết độ lớn diện tích electron là C).

b) Tính độ lớn của lực từ tác dụng lên dây dẫn.

Giải rút gọn: 

a) Nếu có electron chạy qua dây dẫn trong mỗi giây thì cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn là :

b) Độ lớn của lực từ là: 

N

III. THỰC HÀNH ĐO ĐỘ LỚN CẢM ỨNG TỪ.

Hoạt động 1: a) Từ công thức (15.1), hãy cho biết để xác định cảm ứng từ thì cần đo các đại lượng nào?

b) Nên đặt góc bằng bao nhiêu? Tại sao.

c) Mô tả các bước tiến hành thí nghiệm để đo được cảm ứng từ của nam châm điện.

Giải rút gọn: 

a) Để xác định cảm ứng từ thì cần đo các đại lượng: cường độ dòng điện (I), lực từ (F), chiều dài dây dẫn đặt trong từ trường (L), góc hợp giữa vecto cảm ứng từ và vecto cường độ dòng điện I.

b) Nên đặt góc . Vì sin 90=1, giúp tính toán dễ dàng hơn.

c) Mô tả các bước tiến hành thí nghiệm:

- Bật khoá K và điều chỉnh biến trở để thay đổi cường độ dòng điện chạy qua nam châm điện

- Ghi lại kết quả giá trị cường độ dòng điện I (A) bằng ampe kế.

- Đo cảm ứng từ: đặt tự kế tại điểm cần đo cảm ứng từ, xoay kim tự kế đến vị trí cân bằng, ghi lại giá trị góc của kim tự kế so với phương nằm ngang.

- Tính toán kết quả.

Hoạt động 2: 

- Tính và điền vào bảng như ví dụ minh hoạt ở Bảng 15.1

- Tính giá trị trung bình, sai số phép đo độ lớn cảm ứng từ B của từ trường nam câm. 

Nhận xét và đánh giá kết quả thí nghiệm:

Nhận xét về nguyên nhân gây sai số của phép đo và đề ra giải pháp để giảm sai số đó.

Giải rút gọn: 

- Bảng giá trị

- Giá trị trung bình là:

Sai số của phép đo là:

- Nhận xét: sai số của phép đo trên là rất nhỏ

- Nguyên nhân: do sai số dụng cụ, sai số do thao tác chưa chuẩn, điều kiện thí nghiệm chưa đảm bảo.

Giải pháp: sử dụng những dụng cụ có độ chính xác cao hơn, cần làm cẩn thận, nhìn kĩ, đọc giá trị đúng, cần làm thí nghiệm trong môi trường đảm bảo hơn, hạn chế tác động bên ngoài đến thí nghiệm.

Em có thể: Giải thích được nguyên tắc hoạt động của tàu đệm từ.

Giải rút gọn: 

Nguyên tắc hoạt động dựa trên: lực nâng từ và lực đẩy từ. 

- Lực nâng từ: Lực nâng từ được tạo ra bởi sự tương tác giữa các nam châm trên tàu và các cuộn dây dẫn điện được đặt dọc theo đường ray. Khi dòng điện chạy qua cuộn dây, nó tạo ra một từ trường. Các nam châm trên tàu được thiết kế sao cho tương tác với từ trường này, tạo ra lực đẩy lên tàu, giúp tàu nâng lên khỏi đường ray. 

- Lực đẩy từ: Lực đẩy từ được tạo ra bởi sự tương tác giữa các cuộn dây dẫn điện được đặt dọc theo đường ray. Khi dòng điện chạy qua cuộn dây, nó tạo ra một từ trường. Các cuộn dây này được thiết kế để tạo ra một từ trường di chuyển dọc theo đường ray. Từ trường này tương tác với các nam châm trên tàu, tạo ra lực đẩy, giúp tàu di chuyển về phía trước.