Trang Chủ Sách bài tập lớp 11 SBT Vật Lý 11 Bài 19-20.10, 19-20.11, 19-20.12 trang 49, 50 SBT Lý 11: Xác định...

Bài 19-20.10, 19-20.11, 19-20.12 trang 49, 50 SBT Lý 11: Xác định lực từ tác dụng lên mỗi cạnh của khung dây dẫn ?

CHIA SẺ
Bài 19-20 Từ trường – lực từ – cảm ứng từ SBT Lý lớp 11. Giải bài 19-20.10, 19-20.11, 19-20.12 trang 49, 50. Câu 19-20.10: Hai dòng điện I1 và I2chạy trong hai dây dẫn thẳng, đồng phẳng và trực giao nhau…;  Xác định lực từ tác dụng lên mỗi cạnh của khung dây dẫn ?

Bài 19-20.10: Hai dòng điện I1 và I2chạy trong hai dây dẫn thẳng, đồng phẳng và trực giao nhau. Xác định hướng của lực từ do dòng điện I1 tác dụng lên dòng điện I2 trong hai trường hợp (a) và (b) trên Hình 19-20.3.

Trước tiên, xác định hướng của cảm ứng từ \(\overrightarrow {{B_1}} \) do dòng điện I1 gây ra theo quy tắc bàn tay phải (mục IV.2, Bài 19, Chương IV, Vật lí 11). Sau đó, xác định hướng của lực từ  \(\overrightarrow {{F_1}} \)  do dòng điện I1 tác dụng lên dòng điện I2 theo quy tắc bàn tay trái (mục I.2, Bài 20, Chương IV, Vật lí 11). Xem Hình 19-20.IG.

Bài 19-20.11: Một khung dây dẫn hình chữ nhật, kích thước 30 cm x 20 cm, được đặt trong một từ trường đều có phương vuông góc với mặt phẳng của khung dây và có cảm ứng từ là 0,10 T. Cho dòng điện cường độ 5,0 A chạy qua khung dây dẫn này. Xác định :

a) Lực từ tác dụng lên mỗi cạnh của khung dây’dẫn.

b) Lực từ tổng hợp tác dụng lên khung dây dẫn.

a) Áp dụng công thức F = Bilsinα ( với α = π/2, sinα =1) và quy tắc bàn tay trái để xác định độ lớn và hướng của lực từ tác dụng lên mỗi cạnh của khung dây dẫn(Hình 19-20.2G). Từ đó, ta suy ra :

– Lực từ tác dụng lên mỗi cạnh l1 = 30 cm :

\(\overrightarrow {{F_2}} = – \overrightarrow {{F_1}} \Rightarrow \overrightarrow {{F_1}} + \overrightarrow {{F_2}} = \overrightarrow 0 \)

Có độ lớn F1 = F2 = BIl1 = 0,10.5,0.0,30 = 0,15N.

– Lực từ tác dụng lên mỗi cạnh l2 = 20 cm :

\(\overrightarrow {{F_4}} = – \overrightarrow {{F_3}} \Rightarrow \overrightarrow {{F_3}} + \overrightarrow {{F_4}} = \overrightarrow 0 \)

Có độ lớn F3 = F4 = Bil2 = 0,10.5,0.0,20 = 0,10N.

- Quảng cáo -

 b) Lực từ tổng hợp tác dụng lên khung dây dẫn có giá trị bằng :

 \(\overrightarrow F = \overrightarrow {{F_1}} + \overrightarrow {{F_2}} + \overrightarrow {{F_3}} + \overrightarrow {{F_4}} = \overrightarrow 0 \)

(vì mỗi cặp lực từ tác dụng lên hai cạnh đối diện của khung dây dẫn có hợp lực bằng không \(\overrightarrow {{F_1}} + \overrightarrow {{F_2}} = \overrightarrow 0 \) và  \(\overrightarrow {{F_3}} + \overrightarrow {{F_4}} = \overrightarrow 0 \) ).

Bài 19-20.12*: Một thanh kim loại MN dài l = 4,0 cm và khối lượng m = 4,0 g được treo thẳng ngang bằng hai dây kim loại cứng song song cùng độ dài AM và CN trong từ trường đều. Cảm ứng từ  của từ trường này có có độ lớn B = 0,10 T, hướng vuông góc với thanh MN và chếch lên phía trên hợp với phương thẳng đứng một góc α. Lúc đầu, hai dây treo AM và CN nằm trong mặt phẳng thẳng đứng. Sau đó, cho dòng điện cường độ I = 10 A chạy qua thanh MN. Lấy g ≈ 10 m/s2. Xác định góc lệch γ của mặt phẳng chứa hai dây treo AM và CN so với mặt phẳng thẳng đứng trong hai trường hợp :

a) góc α = 90° ;                            b) góc góc α= 60°.

Nếu cảm ứng từ \(\overrightarrow B \) hướng vuông góc với dòng điện I và chếch lên phía trên hợp với phương thẳng đứng góc α, thì theo quy tắc bàn tay trái, lực từ do từ trường tác dụng lên dòng điện I sẽ hướng vuông góc với \(\overrightarrow B \)  và hợp với phương thẳng đứng góc β = π/2 – α trong cùng mặt phăng vuông góc với dòng điện I như Hình 19-20.3G. Khi đó, hợp lực \(\overrightarrow R \)  của lực từ \(\overrightarrow F \)  và trọng lực \(\overrightarrow P \)  của thanh MN sẽ hợp với phương thẳng đứng một góc γ đúng bằng góc lệch của mặt phẳng chứa hai dây treo AM và CN so với mặt phẳng thẳng đứng của chúng sao cho \(\overrightarrow R \)  có độ lớn và hướng được xác định theo các công thức :

R2 = F2 + P2 – 2Fpcosβ = F2 + P2 – 2Fpsinα

\({F \over {\sin \gamma }} = {R \over {\sin \beta }} = {R \over {{\rm{cos}}\alpha }}\)

Từ đó ta suy ra:

\(\sin \gamma = {{F\cos \alpha } \over R} = {{F\cos \alpha } \over {\sqrt {{F^2} + {P^2} – 2FP\sin \alpha } }}\)

a) Khi α = 90°, thì cos900 = 0, nên sin γ = 0 và γ = 0

b) Khi α = 600

Vì lực từ F = BIl = 40.10-3 N và trọng lực P = mg ≈ 40.10-3 N, nên F = P.

 Thay vào ta có

\(\eqalign{
& \sin \gamma = {{\cos {{60}^0}} \over {\sqrt {2(1 – \sin {{60}^0})} }} \approx {{0,50} \over {\sqrt {2.(1 – 0,87)} }} \approx 0,96 \cr
& \Rightarrow \gamma \approx {74^0} \cr} \)