Đề bài
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°.
Phương pháp giải - Xem chi tiết
Sử dụng biểu thức tính lực từ: \( F=BIlsin\alpha\)
Lời giải chi tiết
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 \(β = \dfrac{π}{2} - α\) 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 :
\(R^2 =F^2 +P^2 – 2Fpcosβ = F^2 +P^2 – 2Fpsinα\)
\(\dfrac{F}{\sin \gamma } = \dfrac{R}{\sin \beta } =\dfrac {R}{cos\alpha }\)
Từ đó ta suy ra:
\(\sin \gamma = \dfrac{F\cos \alpha }{R} = \dfrac{F\cos \alpha }{\sqrt {F^2 + P^2 - 2FP\sin \alpha } }\)
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
\( \sin \gamma = \dfrac{\cos 60^0}{\sqrt {2(1 - \sin 60^0)}} \approx \dfrac{0,50}{\sqrt {2.(1 - 0,87)} } \approx 0,96 \)
\(\Rightarrow \gamma \approx {74^0} \)
