Chúng tôi giới thiệu Giải bài tập Vật Lí lớp 11 Bài 19: Từ trường chính xác, chi tiết nhất giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Từ trường lớp 11.
Giải bài tập Vật Lí lớp 11 Bài 19: Từ trường
Trả lời câu hỏi giữa bài
Trả lời câu C1 trang 118 SGK Vật lí 11: Vật liệu nào sau đây không thể làm nam châm?
A. Sắt non.
B. Đồng ôxít .
C. Sắt ôxít.
D. Mangan ôxít.
Lời giải:
Ta có, các vật liệu dùng để làm nam châm thường là các chất (hoặc hợp chất của chúng): Sắt, niken, coban, mangan, gađôlinium, disprôsium
=> Trong các vật liệu trên, vật liệu không thể làm nam châm là đồng ôxít.
=> Chọn phương án B
Trả lời câu C2 trang 119 SGK Vật lí 11: Một thanh nam châm M được giữ thăng bằng nằm ngang bằng một sợi dây thẳng đứng đi qua trọng tâm của nó (hình 19.2). Người quan sát cầm một thanh nam châm thứ hai, không được đụng vào thanh nam châm M. Hỏi phải đặt thanh nam châm thứ hai như thế nào để cực Bắc của thanh nam châm M:
a) Đi lên?
b) Đi xuống?
c) Chuyển động theo đường tròn trong mặt phẳng nằm ngang?
Lời giải:
a) Đặt cực bắc (N) của nam châm thứ hai ở phía dưới cực bắc của nam châm M (hay đặt cực nam (S) của nam châm thứ hai ở phía trên cực bắc của nam châm M như hình 19.2a)
b) Đặt cực bắc (N) của nam châm thứ hai ở phía trên cực bắc của nam châm M (hay đặt cực nam (S) của nam châm thứ hai ở phía dưới cực bắc của nam châm M như hình 19.2b)
c) Đặt nam châm thứ hai trong cùng mặt phẳng của nam châm M sao cho cực N của nam châm thứ hai ở gần nam châm M và dịch chuyển nam châm thứ hai xung quanh dây treo nam châm M.
Trả lời câu C3 trang 123 SGK Vật lí 11: Xác định chiều dòng điện chạy trong vòng tròn ( C) ở Hình 19.10. Cho biết đường sức từ có chiều hướng về phía trước mặt phẳng chứa vòng tròn ( C).
Lời giải:
Áp dụng quy tắc nắm tay phải: Để bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo dây dẫn và chỉ theo chiều dòng điện, khi đó các ngón kia khum lại cho ta chiều của các đường sức từ.
Ta suy ra dòng điện chạy trong vòng tròn ( C) ngược chiều kim đồng hồ.
Câu hỏi và bài tập (trang 124 sgk Vật lí 11)
Bài 1 trang 124 SGK Vật lí 11: Phát biểu định nghĩa từ trường.
Lời giải:
Bài 2 trang 124 SGK Vật lí 11: Phát biểu định nghĩa đường sức từ.
Lời giải:
Đường sức từ là nhừng đường cong vẽ ở trong không gian có từ trường, sao cho tiếp tuyến tại mỗi điểm có hướng trùng với hướng của từ trường tại điểm đó.
Quy ước: Chiều của đường sức từ tại một điểm là chiều của từ trường tại điểm đó.
Bài 3 trang 124 SGK Vật lí 11: So sánh các tính chất của đường sức điện và đường sức từ.
Lời giải:
- Giống nhau về hình thức:
+ Qua mỗi điểm trong không gian chỉ vẽ được một đường sức từ. Đối với điện trường, qua mỗi điểm trong điện trường có một đường sức điện và chỉ một mà thôi.
+ Quy ước vẽ các đường sức từ sao cho chỗ nào từ trường mạnh thì các đường sức từ dày và chồ nào từ trường yếu thì các đường sức từ thưa. Đối với điện trường, ở chỗ cường độ điện trường lớn thì các đường sức điện sẽ mau (dày), còn ở chỗ cường độ điện trường nhỏ thì các đường sức điện sẽ thưa.
- Khác nhau:
|
Đường sức điện |
Đường sức từ |
|
+ Các đường sức điện không khép kín. Bắt đầu từ điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm. (Trường hợp chỉ có điện tích âm hoặc điện tích dương thì các đường sức từ hoặc bắt đầu hoặc kết thúc ở vô cực) + Chiều: hướng từ vật nhiễm điện dương, hướng vào vật nhiễm điện âm. |
+ Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc vô hạn ở hai đầu.
+ Chiều: theo quy tắc vào Nam ra Bắc, quy tắc bàn tay phải. |
Sử dụng định nghĩa về điện trường và từ trường:
+ Điện trường là các dạng vật chất tồn tại xung quanh hạt mang điện và tác dụng lực điện lên các hạt mang điện tích khác đặt trong nó.
+ Từ trường là một dạng vật chất, mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện lực từ tác dụng lên một nam châm hay một dòng điện đặt trong khoảng không gian có từ trường.
Lời giải:
|
ĐIỆN TRƯỜNG |
TỪ TRƯỜNG |
|
Tồn tại xung quanh hạt mang điện |
Tồn tại xung quan nam châm hay dòng điện (dòng các hạt mang điện chuyển động) |
|
Tác dụng lực điện lên hạt mang điện khác đặt trong nó |
Tác dụng lực từ lên nam châm hay dòng điện đặt trong nó |
Bài 5 trang 124 SGK Vật lí 11: Phát biểu nào sau đây là sai?
Lực từ là lực tương tác
A. Giữa hai nam châm.
B. Giữa hai điện tích đứng yên.
C. Giữa hai dòng điện.
D. Giữa một nam châm và một dòng điện.
Phương pháp giải:
Vận dụng định nghĩa về tương tác từ và lực từ:
+ Tương tác giữa nam châm với nam châm, dòng điện với dòng điện, nam châm với dòng điện là tương tác từ
+ Lực tương tác giữa nam châm với nam châm, dòng điện với dòng điện, nam châm với dòng điện là lực từ
Lời giải:
Phương án A, C, D - đúng
Phương án B - sai vì: Lực tương tác giữa hai điện tích đứng yên là lực điện.
=> Chọn phương án B
Bài 6 trang 124 SGK Vật lí 11: Phát biểu nào sau đây là đúng?
Từ trường không tương tác với
A. Các điện tích chuyển động.
B. Các điện tích đứng yên.
C. Nam châm đứng yên.
D. Nam châm chuyển động.
Phương pháp giải:
Vận dụng định nghĩa về tương tác từ, lực từ và từ trường
+ Tương tác giữa nam châm với nam châm, dòng điện với dòng điện, nam châm với dòng điện là tương tác từ
+ Lực tương tác giữa nam châm với nam châm, dòng điện với dòng điện, nam châm với dòng điện là lực từ
+ Từ trường là một dạng vật chất, mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện lực từ tác dụng lên một nam châm hay một dòng điện (dòng các hạt mang điện chuyển động) đặt trong khoảng không gian có từ trường
Lời giải:
Ta có: Từ trường là một dạng vật chất, mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện lực từ tác dụng lên một nam châm hay một dòng điện (dòng các hạt mang điện chuyển động) đặt trong khoảng không gian có từ trường
A, C, D - đúng
B - sai vì: Từ trường không tác dụng lực (tương tác) với các điện tích đứng yên.
=> Chọn đáp án B.
Bài 7 trang 124 SGK Vật lí 11: Đặt một kim nam châm nhỏ trên mặt phẳng vuông góc với một dòng điện thẳng. Khi cân bằng kim nam châm đó sẽ nằm theo hướng nào ?Lời giải:
Khi cân bằng, kim nam châm nhỏ nằm cân bằng dọc theo hướng một đường sức từ của dòng điện thẳng.
Lời giải:
Nếu từ trường trái đất mạnh hơn từ trường của kim nam châm thì kim nam châm chịu tác dụng của từ trường Trái Đất => Hai kim nam châm sẽ sắp xếp lần lượt theo hướng Nam – Bắc.
Nếu từ trường của trái đất yếu hơn từ trường của kim nam châm: Hai kim nam châm sẽ xếp chồng lên nhau, cực bắc của nam châm này hút cực nam của nam châm kia.
Lý thuyết Bài 19: Từ trường
I. Nam châm
- Loại vật liệu có thể hút được sắt vụn gọi là nam châm.
- Trên một nam châm, có những miền hút sắt vụn mạnh nhất, đó là các cực của nam châm. Mỗi nam châm có hai cực: Cực Bắc (kí hiệu là N) và cực Nam (kí hiệu là S).
- Một kim nam châm nhỏ được đặt tự do và có thể quay xung quanh một trục thẳng đứng đi qua trọng tâm của kim nam châm luôn nằm định hướng theo hướng Nam - Bắc.
- Thực nghiệm chứng tỏ rằng, giữa các nam châm có tương tác với nhau thông qua các lực đặt vào các cực: Hai cực của hai nam châm đặt gần nhau sẽ đẩy nhau khi chúng cùng tên và hút nhau khi chúng khác tên.
=>Lực tương tác đó được gọi là lực từ và các nam châm được gọi là có từ tính.
- Các loại nam châm:
+ Nam châm chữ U
+ Nam châm thẳng
+ Nam châm tròn
+ Nam châm điện
II. Từ tính của dây dẫn có dòng điện
1. Thực nghiệm chứng tỏ rằng, dây dẫn có dòng điện (gọi tắt là dòng điện) cũng có từ tính như nam châm. Cụ thể là:
a) Dòng điện có thể tác dụng lên nam châm;
b) Nam châm có thể tác dụng lực lên dòng điện;
c) Hai dòng điện có thể tương tác với nhau.
2. Kết luận
- Giữa nam châm với nam châm, giữa nam châm với dòng điện, giữa dòng điện với dòng điện có sự tương tác từ.
- Dòng điện và nam châm có từ tính.
III. Từ trường
1. Xung quanh một dòng điện hay một nam châm tồn tại một từ trường. Chính từ trường này đã gây ra lực tác dụng lên một dòng điện khác hay một nam châm khác đặt trong đó.
2. Định nghĩa
Từ trường là một dạng vật chất tồn tại trong không gian mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện của lực từ tác dụng lên một dòng điện hay một nam châm đặt trong đó.
3. Hướng của từ trường
- Để phát hiện sự tồn tại của từ trường trong một khoảng không gian nào đó, người ta sử dụng kim nam châm nhỏ, đặt tại những vị trí bất kỳ trong khoảng không gian ấy. Kim nam châm nhỏ, dùng để phát hiện từ trường, gọi là nam châm thử.
- Quy ước: Hướng của từ trường tại một điểm là hướng Nam - Bắc của kim nam châm nhỏ nằm cân bằng tại điểm đó.
IV. Đường sức từ
Để biểu diễn về mặt hình học sự tồn tại của từ trường trong không gian, người ta đưa ra khái niệm đường sức từ.
1. Định nghĩa
- Đường sức từ là những đường vẽ ở trong không gian có từ trường, sao cho tiếp tuyến tại mỗi điểm có hướng trùng với hướng của từ trường tại điểm đó.
- Quy ước chiều của đường sức từ tại mỗi điểm là chiều của từ trường tại điểm đó.
- Có thể quan sát hình dạng của những đường sức từ bằng thí nghiệm từ phổ.
2. Các ví dụ về đường sức từ
2.1. Đặc điểm đường sức từ của nam châm thẳng:
- Bên ngoài nam châm, đường sức từ là những đường cong, hình dạng đối xứng qua trục của thanh nam châm, có chiều đi ra từ cực bắc và đi vào cực Nam.
- Càng gần đầu thanh nam châm, đường sức càng mau hơn (từ trường càng mạnh hơn).
2.2. Đặc điểm đường sức từ của nam châm chữ U:
- Bên ngoài nam châm, đường sức từ là những đường cong có hình dạng đối xứng qua trục của thanh nam châm chữ U, có chiều đi ra từ cực Bắc và đi vao cực Nam.
- Càng gần đầu thanh nam châm, đường sức càng mau hơn (từ trường càng mạnh hơn).
- Đường sức từ của từ trường trong khoảng thời gian giữa hai cực của nam châm hình chữ U là những đường thẳng song song cách đều nhau. Từ trường trong khu vực đó là từ trường đều.
2.3. Từ trường của dòng điện thẳng rất dài
a) Các đường sức từ của dòng điện thẳng là những đường tròn nằm trong những mặt phẳng vuông góc với dòng điện và có tâm nằm trên dòng điện.
b) Có chiều được xác định bởi quy tắc nắm tay phải sau đây:
Để bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo dây dẫn và chỉ theo chiều dòng điện, khi đó các ngón kia khum lại cho ta chiều các đường sức từ.
2.4. Từ trường của dòng điện tròn
- Các đường sức từ của dòng điện tròn đều có chiều đi vào một mặt và đi ra mặt kia của dòng điện tròn ấy.
+ Đường sức từ ở tâm dòng điện là một đường thẳng vuông góc với mặt dòng điện tròn.
+ Quy ước: mặt Nam của dòng điện tròn là mặt khi nhìn vào ta thấy dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ, còn mặt Bắc thì ngược lại.
- Các đường sức từ của dòng điện tròn có chiều đi vào mặt Nam và đi ra từ mặt Bắc của dòng điện tròn ấy.
+ Ta có thể dùng quy tắc nắm tay phải để xác định chiều của đường sức từ tại tâm của dòng điện tròn: Khum bàn tay phải sao cho chiều cổ tay đến ngón tay chỉ chiều dòng điện tròn, thì ngón tay cái choãi ra chỉ chiều của đường sức từ đi qua tâm của dòng điện tròn.
+ Người ta có thể dùng quy tắc cái đinh ốc hoặc quy tắc vặn nút chai phải để xác định chiều đường sức từ của từ trường của một số sòng điện dạng đơn giản.
3. Các tính chất của đường sức từ
Các đường sức từ có những tính chất sau:
a) Qua mỗi điểm trong không gian chỉ vẽ được một đường sức từ.
b) Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc vô hạn ở hai đầu.
c) Chiều của các đường sức từ tuân theo những quy tắc xác định (quy tắc nắm tay phải, quy tắc vào Nam ra Bắc)
d) Người ta quy ước vẽ các đường sức từ sao cho chỗ nào từ trường mạnh thì các đường sức từ mau và chỗ nào yếu thì các đường sức từ thưa.
Sơ đồ tư duy về từ trường
