Slide bài giảng Vật lí 12 chân trời Bài 10: Lực từ. Cảm ứng từ

Tóm lược nội dung

BÀI 10. LỰC TỪ. CẢM ỨNG TỪ

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Loa điện động là thiết bị biến đổi tín hiệu điện thành dao động cơ học, từ đó tạo ra sóng âm lan truyền ra môi trường vật chất. Bộ phận thực hiện nhiệm vụ này là củ loa (Hình 10.1) có cấu tạo cơ bản gồm cuộn dây được đặt trong từ trường của một nam châm vĩnh cửu, cuộn dây cũng đồng thời được nối với màng loa. Khi có dòng điện thay đổi qua cuộn dây, cuộn dây sẽ dao động làm cho màng loa cũng dao động tạo ra sóng âm. Vậy lực nào làm cho cuộn dây dao động?

Trả lời rút gọn:

Lực từ làm cho cuộn dây dao động.

1. THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT PHƯƠNG VÀ CHIỀU CỦA LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN DÒNG ĐIỆN

Thảo luận 1: Bố trí thí nghiệm như Hình 10.2, thực hiện thí nghiệm theo các bước gợi ý để xác định phương, chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường.

Trả lời rút gọn:

Thực hiện thí nghiệm thực tế.

Thảo luận 2: Quan sát bố trí thí nghiệm trong Hình 10.2, hãy trình bày nguyên tắc đo lực từ.

Trả lời rút gọn:

Khi khởi động thí nghiệm:

• Khung dây có dòng điện đi qua.

• Nam châm điện bật → xuất hiện từ trường

→ Tạo ra lực từ

Hướng của lực từ tùy thuộc vào việc đổi chiều dòng điện qua khung dây và nam châm điện, hay điều chỉnh góc giữa mặt phòng khung dây và nam châm điện.

Khi xuất hiện lực từ sẽ làm thay đổi trạng thái cân bằng của đòn cân.

F_từ = F_{lực kế}

Thảo luận 3: Hãy dự đoán chiều dịch chuyển của đoạn dây dẫn nằm trong từ trường phụ thuộc vào những yếu tố nào. Tiến hành thí nghiệm kiểm chứng.

Trả lời rút gọn:

Đoạn dây dịch chuyển theo phương vuông góc với mặt phẳng chứa dòng điện và từ trường.

Thảo luận 4: Xét đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện được đặt trong từ trường có các đường sức từ song song với đoạn dây. Có thể sử dụng quy tắc bàn tay trái để xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn trong trường hợp này không? Thảo luận để rút ra lưu ý của quy tắc bàn tay trái.

Trả lời rút gọn:

Không thể sử dụng quy tắc bàn tay trái để xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn vì đường sức từ song song với chiều của dòng điện.

Lưu ý của quy tắc bàn tay trái: Không áp dụng trong các trường hợp đường sức từ song song với dòng điện chạy của dây dẫn.

Vận dụng: Xác định phương và chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện I đặt trong từ trường đều như Hình 10.5. Biết dòng điện I có phương vuông góc với mặt phẳng hình vẽ.

Lưu ý: Kí hiệu chỉ chiều dòng điện từ mặt phẳng hình vẽ hướng thẳng ra ngoài; chỉ chiều dòng điện từ ngoài hướng thẳng vào mặt phẳng hình vẽ.

Trả lời rút gọn:

Vận dụng: Dựa vào kiến thức đã học về lực từ cũng như tìm hiểu trên sách, báo, internet,...em hãy trình bày sơ lược về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của loa điện động.

Trả lời rút gọn:

* Cấu tạo của loa điện động

Trong các bộ phận của loa điện động, quan trọng nhất của loa chính là màng loa vì đây là nơi âm thanh sẽ được phát ra và truyền thẳng đến tai người nghe.

Ngoài ra, loa điện động còn bao gồm một số thành phần khác như:

• Màng nhện (spider) có tác dụng giữ cho lõi cuộn âm cố định được vị trí, vì khi dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn âm sẽ tạo ra lực từ trường chuyển động, giúp tạo nên một lực hướng trục đẩy cuộn âm ra hoặc vào, kéo theo là chuyển động của màng loa.

• Khung cho loa (basket hoặc frame), thường được làm bằng kim loại đúc hoặc hàn, là nơi cố định toàn bộ các bộ phận của loa.

• Viền loa (surround) bao phủ bề ngoài của khung và màng loa, giúp giữ cho màng nón loa nằm yên vị trí vào khung trong khi vẫn rung theo từng chuyển động của cuộn âm.

• Khoảng lệch (excursion) là khoảng cách tối đa cho màng nón loa chuyển động ra/vào.

* Nguyên lý hoạt động của loa điện động

Vì nguyên tắc hoạt động của loại loa này là kỹ thuật điện cơ, nên sẽ có một cuộn dây được gắn với các màng loa đặt trong khe hẹp có từ trường. Khi dòng điện đi qua, cuộn dây sẽ rung và làm chuyển động màng loa giúp truyền ra không khí, tác động vào người nghe.

Để giúp âm thanh được truyền tải tốt hơn ở mọi dải tần, hệ thống loa điện động sẽ bao gồm các loại loa sở hữu các cấu tạo và kích thước củ loa khác nhau. Vì mỗi loa con sẽ đảm nhiệm một dải tần riêng biệt giúp âm thanh được phát ra tốt hơn.

2. ĐỘ LỚN CẢM ỨNG TỪ

Thảo luận 5: Độ lớn lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện phụ thuộc vào các yếu tố nào?

Trả lời rút gọn:

Độ lớn lực từ phụ thuộc vào cường độ dòng điện, độ lớn cảm ứng từ, chiều dài đoạn dây và góc hợp bởi hướng dòng điện qua đoạn dây với hướng của các đường sức từ.

Vận dụng: Dựa vào biểu thức (10.1), hãy xác định đơn vị đo cảm ứng từ B theo các đơn vị cơ bản trong hệ đơn vị SI.

Trả lời rút gọn:

B =

BÀI TẬP

Bài 1:Xét đoạn dây dẫn thẳng, dài mang dòng điện đặt trong từ trường đều theo phương vuông góc với đường sức từ. Hình vẽ nào dưới đây biểu diễn đúng phương, chiều của lực từ tác dụng lên dây dẫn.

Trả lời rút gọn:

Đáp án A

Bài 2:Đặt một khung dây dẫn hình chữ nhật mang dòng điện có cường độ I trong từ trường đều có vectơ cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng khung dây như hình 10P.1. Xác định lực từ tác dụng lên các cạnh của khung dây.

Trả lời rút gọn:

Bài 3:Một đoạn dây dài 15 cm được đặt vuông góc với một từ trường đều. Khi có dòng điện 2A chạy trong đoạn dây thì có lực từ tác dụng lên đoạn dây. Biết lực từ có độ lớn là 0,015 N. Xác định cảm ứng từ của từ trường đều.

Trả lời rút gọn:

Do đoạn dây đặt vuông góc với từ trường nên = 90^o

Cảm ứng từ của từ trường đều là: B = = 0,05 (T)