Bài 14. Từ trường trang 56, 57, 58 Vật lý 12 Kết nối tri thức: Ta đã biết nam châm và dòng điện đều tác dụng lực lên kim nam châm...

Câu hỏi:

Ta đã biết nam châm và dòng điện đều tác dụng lực lên kim nam châm, Vậy xung quanh dòng điện có tồn tại từ trường không? Tính chất cơ bản của từ trường là gì? Từ trường được biểu diễn như thế nào?

Hướng dẫn giải :

- Xung quanh dòng điện có tồn tại từ trường.

- Tính chất cơ bản của từ trường là lực từ, hướng của từ trường và cảm ứng từ.

- Từ trường được biểu diễn bằng đường sức từ và mật độ đường sức từ.

Lời giải chi tiết :

Xung quanh dòng điện có tồn tại từ trường. Khi dòng điện chạy qua dây dẫn, nó sẽ tạo ra một từ trường xung quanh dây dẫn. Từ trường này có thể được biểu diễn bằng các đường sức từ.

Tính chất cơ bản của từ trường:

- Lực từ: Từ trường tác dụng lực từ lên các vật liệu có tính từ. Lực từ có phương song song với đường sức từ và có chiều từ cực Bắc sang cực Nam.

- Hướng của từ trường: Hướng của từ trường tại một điểm được xác định bởi hướng của kim nam châm đặt tại điểm đó. Cực Bắc của kim nam châm sẽ hướng về phía Bắc của từ trường.

- Cảm ứng từ: Cảm ứng từ là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh của từ trường tại một điểm. Cảm ứng từ được ký hiệu là B và có đơn vị là Tesla (T).

Từ trường được biểu diễn như thế nào:

- Đường sức từ: Đường sức từ là những đường cong замкнутые, biểu diễn hướng và độ lớn của cảm ứng từ tại mọi điểm trong từ trường.

- Mật độ đường sức từ: Mật độ đường sức từ tại một điểm càng lớn thì cảm ứng từ tại điểm đó càng mạnh.

- Quy tắc nắm tay phải: Quy tắc nắm tay phải giúp xác định hướng của đường sức từ xung quanh một dây dẫn có dòng điện chạy qua.

Câu hỏi:

1. Khi đưa hai cực cùng tên hay khác tên của một nam châm thẳng và kim nam châm lại gần nhau (Hình 14.1) thì chúng đẩy nhau hay hút nhau?

2. Khi cho dòng điện chạy qua dây dẫn ta thấy kim nam châm lệch một góc so với phương ban đầu (Hình 14.2). Dự đoán điều gì xảy ra nếu ta đổi chiều dòng điện chạy qua dây dẫn. Trong thí nghiệm này, kim nam châm có tác dụng lực lên dòng điện không?

3. Khi cho dòng điện chạy qua hai tấm kim loại mỏng, nhẹ như Hình 14.3, ta thấy hai tấm kim loại đẩy nhau. Hãy dự đoán hiện tượng xảy ra nếu dòng điện qua hai tấm kim loại cùng chiều

Hướng dẫn giải :

Vận dụng lí thuyết về lực từ

Lời giải chi tiết :

1. Khi đưa hai cực cùng tên hay khác tên của một nam châm thẳng và kim nam châm lại gần nhau:

- Hai cực cùng tên đẩy nhau.

- Hai cực khác tên hút nhau.

2. Khi cho dòng điện chạy qua dây dẫn ta thấy kim nam châm lệch một góc so với phương ban đầu:

- Nếu đổi chiều dòng điện chạy qua dây dẫn, kim nam châm sẽ lệch về phía ngược lại.

- Kim nam châm không tác dụng lực lên dòng điện.

3. Khi cho dòng điện chạy qua hai tấm kim loại mỏng, nhẹ ta thấy hai tấm kim loại đẩy nhau:

- Nếu dòng điện qua hai tấm kim loại cùng chiều, hai tấm kim loại sẽ hút nhau.

Câu hỏi:

Hãy mô tả một thí nghiệm khảo sát lực từ do nam châm tác dụng lên dòng điện

Hướng dẫn giải :

Dựa vào lí thuyết lực từ

Lời giải chi tiết :

Dụng cụ:

- Nguồn điện một chiều (pin)

- Khóa điện

- Ampe kế

- Dây dẫn điện

- Nam châm

- Giá đỡ

- Tấm bìa cứng

- Thước kẻ

Cách tiến hành:

- Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ

- Đặt nam châm cố định trên giá đỡ.

- Đặt dây dẫn điện song song với nam châm, cách nam châm một khoảng cố định.

- Bật khóa điện và điều chỉnh cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn.

- Dùng thước kẻ đo độ lệch của dây dẫn so với vị trí ban đầu.

- Ghi lại giá trị cường độ dòng điện và độ lệch của dây dẫn vào bảng số liệu.

Xử lý số liệu:

- Vẽ đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa cường độ dòng điện và độ lệch của dây dẫn.

- Dựa vào đồ thị, xác định mối quan hệ giữa lực từ và cường độ dòng điện.

Câu hỏi:

Thí nghiệm 1

Chuẩn bị:

- Hộp nhựa có một mặt trong suốt, bên trong chứa dầu và mạt sắt min

- Nam châm thẳng

- Nam châm hình chữ U

Tiến hành

- Lắc nhẹ hộp nhựa sao cho các mạt sắt phân bố đều. Đặt hộp nhựa trên mặt phẳng nằm ngang, mặt trong suốt hướng lên trên.

- Đặt nhẹ nhàng thanh nam châm thẳng lên trên mặt trong suốt của hộp nhựa rồi gõ nhẹ. Quan sát hình ảnh mạt sắt vừa được tạo thành trong hộp nhựa (Hình 14.4a).

- Nhấc thanh nam châm thẳng lên khỏi mặt hộp nhựa. Lắc nhẹ hộp nhựa cho các mạt sắt phân bố đều trở lại. Tiếp tục đặt nhẹ nhàng hai thanh nam châm thắng lên trên mặt trong suốt của hộp nhựa (sao cho hai cực trái dấu của hai thanh nam châm thắng gần nhau) rồi gõ nhẹ. Quan sát hình ảnh mạt sắt vừa được tạo thành trong hộp nhựa

(Hình 14.4b).

- Thực hiện tương tự như trên nhưng cho hai cực cùng tên của hai thanh nam châm gần nhau. Quan sát hình ảnh mạt sát vừa được tạo thành trong hộp nhựa (Hình 14.4c).

- Tiến hành thí nghiệm tương tự đối với nam châm hình chữ U (Hình 14.5).

Thực hiện các yêu cầu sau:

1. Nhận xét hình ảnh sự phân bố mạt sắt ở khoảng giữa của hai nam châm thẳng Hình 14.4b và ở khoảng giữa của hai nam châm thẳng Hình 14.4c.

2. Nhận xét về hình ảnh sự phân bố mạt sắt ở giữa hai cực của nam châm hình chữ U. Từ đó có thế rút ra kết luận gì về từ trường trong khoảng giữa hai cực của nam châm hình chữ U.

Hướng dẫn giải :

Thực hiện thí nghiệm, quan sát và trả lời câu hỏi

Lời giải chi tiết :

1. Hình 14.4b và 14.4c:

- Hình 14.4b: Mạt sắt tập trung nhiều ở hai đầu nam châm và thưa dần ở khoảng giữa.

- Hình 14.4c: Mạt sắt tập trung nhiều ở phần tiếp xúc giữa hai nam châm và thưa dần ra xa.

2. Hình 14.4d:

- Mạt sắt tập trung nhiều ở phần cong của nam châm hình chữ U và thưa dần ra hai đầu.

Kết luận:

- Từ trường mạnh nhất ở gần các cực của nam châm.

- Từ trường yếu dần khi đi xa các cực của nam châm.

- Từ trường trong khoảng giữa hai cực của nam châm hình chữ U có dạng hình cung.

Câu hỏi:

Thí nghiệm 2

Chuẩn bị:

- Hộp nhựa có một mặt trong suốt, bên trong chứa dầu và mạt sắt mịn.

- Ống dây gắn với hộp nhựa.

- Dây dẫn thắng.

- Nguồn điện một chiều.

Tiến hành:

- Lắc nhẹ hộp nhựa có gắn ống dây sao cho các mạt sắt phân bố đều ở bên ngoài và bên trong lòng ống dây.

- Cho dòng điện chạy qua ống dây.

- Gõ nhẹ vào hộp nhựa để các mạt sắt phân bố ổn định (Hình 14.6).

Tiến hành thí nghiệm tương tự với dây dẫn thắng ta thu được hình ảnh như Hình 14.7.

Thực hiện các yêu cầu sau:

1. Mô tả hình ảnh sự phân bố mạt sắt phân bố xung quanh dòng điện thẳng

2. Nhận xét về hình ảnh sự phân bố mạt sắt bên trong ống dây và bên ngoài ống dây.

3. So sánh hình ảnh và sự phân bổ mạt sắt ở bên ngoài ống dây với hình ảnh đường sức từ của nam châm thẳng.

Hướng dẫn giải :

Thực hiện thí nghiệm, quan sát và trả lời câu hỏi

Lời giải chi tiết :

1. Hình ảnh sự phân bố mạt sắt xung quanh dòng điện thẳng:

- Mạt sắt tập trung thành các vòng tròn đồng tâm xung quanh dây dẫn.

- Mật độ mạt sắt càng dày đặc khi càng gần dây dẫn và thưa dần khi đi xa dây dẫn.

2. Hình ảnh sự phân bố mạt sắt bên trong và bên ngoài ống dây:

- Bên trong ống dây: Mạt sắt tập trung thành các đường thẳng song song với nhau, đi từ đầu này sang đầu kia của ống dây.

- Bên ngoài ống dây: Mạt sắt tập trung thành các đường cong замкнутые, bao quanh ống dây.

3. So sánh hình ảnh mạt sắt bên ngoài ống dây với hình ảnh đường sức từ của nam châm thẳng:

- Hình ảnh mạt sắt bên ngoài ống dây giống với hình ảnh đường sức từ của nam châm thẳng.

- Cả hai đều là những đường cong замкнутые, đi từ cực Bắc sang cực Nam.

Câu hỏi:

Đặt một kim nam châm nhỏ trên mặt phẳng vuông góc với dòng điện thẳng. Khi cân bằng, kim nam châm nằm ở vị trí như Hình 14.11. Hãy xác định chiều của dòng điện chạy qua dây dẫn

Hướng dẫn giải :

Áp dụng quy tắc năm bàn tay phải

Lời giải chi tiết :