SBT Vật lí 11 Bài tập cuối chương IV | Giải SBT Vật lí lớp 11

Chúng tôi giới thiệu Giải sách bài tập Vật lí lớp 11 Bài tập cuối chương IV chi tiết giúp học sinh xem và so sánh lời giải từ đó biết cách làm bài tập trong SBT Vật lí 11. Mời các bạn đón xem:

Giải SBT Vật lí 11 Bài tập cuối chương IV

Bài IV.1 trang 54 SBT Vật Lí 11: Một đoạn dây dẫn thẳng dài 100 cm có dòng điện cường độ 20 A chạy qua và được đặt vuông góc với các đường sức từ trong một từ trường đều. Khi đó đoạn dây dẫn này bị tác dụng một lực từ 1,2 N. Xác định cảm ứng từ của từ trường đều.

A. 80T                         B. 60.10-3T

C. 70T                         D. 7,8.10-3T

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức lực từ: $F=BIlsin\alpha$

Lời giải:

Áp dụng công thức lực từ: $F=BIlsin\alpha$

Vì dòng điện I hướng vuông góc với cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ , nên α = π/2 và sinα = 1. Từ đó ta suy ra cảm ứng từ của từ trường đều có độ lớn bằng :

$B={\displaystyle \frac{F}{I\ell }}={\displaystyle \frac{1,2}{{\mathrm{20.100.10}}^{-2}}}={60.10}^{-3}T$

Chọn đáp án: B

Bài IV.2 trang 54 SBT Vật Lí 11: Một đoạn dây dẫn thẳng dài 1,8 m được đặt trong một từ trường đều có cảm ứng từ 0,80 T. Khi có dòng điện cường độ 4,0 A chạy qua đoạn dâ dãn này thì đoạn dây dẫn bị tác dụng một lực từ bằng 1,5 N. Góc hợp bởi hướng của dòng điện thẳng và hướng của từ trường là

A. 300.                          B. 450 

C. 600                           D .150.

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức tính lực từ: $F=BIlsin\alpha$

Lời giải:

Áp dụng công thức về lực từ : $F=BIlsin\alpha$

Ta suy ra góc hợp bởi hướng của dòng điện thẳng và hướng của từ trường:

$$\begin{gathered} \sin \alpha ={\displaystyle \frac{F}{BI\ell }}={\displaystyle \frac{1,5}{0,80.4,0.1,8}}=0,26 \\ \Rightarrow \alpha ={15}^0 \end{gathered}$$

Chọn đáp án: D

Bài IV.3 trang 54 SBT Vật Lí 11: Một đoạn dây dẫn dài 0,80 m đặt nghiêng một góc 600 so với hướng của các đường sức từ trong một từ trường đều có cảm ứng từ 0,50 T. Khi dòn điện chạy qua đoạn dây dẫn này có cường độ 7,5 A, thì đoạn dây dẫn bị tá dụng một lực từ bằng

A. 4,2 N. 

B. 2,6 N.

C. 3,6 N.

D. 1,5N.

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức về lực từ : $F=BIlsin\alpha$

Lời giải:

Áp dụng công thức về lực từ : $F=BIlsin\alpha$

Ta suy ra:

$F=BIlsin{60}^0\approx 0,50.7,5.0,{8.10}^{-2}.0,87\approx 2,6N$

Chọn đáp án: B

Bài IV.4 trang 55 SBT Vật Lí 11: Khi cho dòng điện cường độ 10 A chạy qua một vòng dây dẫn đặt trong không khí, thì cảm ứng từ tại tâm của vòng dây dẫn có độ lớn là 2,1.10-4T. Bán kính của vòng dây là

A. 5,0 cm.

B. 0,30 cm.

C. 3,0 cm.  

D. 2,5 cm.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức tính cảm ứng từ của dây dẫn thẳng: $B=2\pi {.10}^{-7}{\displaystyle \frac{I}{R}}$

Lời giải:

Ta có:

$\begin{array}{l}B=2\pi {.10}^{-7}{\displaystyle \frac{I}{R}}\\ \Rightarrow R=2\pi {.10}^{-7}{\displaystyle \frac{I}{B}}\\ =2\pi {.10}^{-7}{\displaystyle \frac{10}{2,{1.10}^{-4}}}\approx 0,03m=3cm\end{array}$

Vậy bán kính của vòng dây là: 3cm

Chọn đáp án : C

Bài IV.5 trang 55 SBT Vật Lí 11: Một ống dây dẫn hình trụ dài 85 cm (không lõi sắt) gồm 750 vòng dây, trong đó có dòng điện cường độ 5,6 A. Cảm ứng từ bên trong ống dây dẫn là

A. $6,2T$

B. $6,{2.10}^{-4}T$

C. $6,{2.10}^{-2}$

D. $6,{2.10}^{-3}T$

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức tính cảm ứng từ: $B=4\pi {.10}^{-7}{\displaystyle \frac{NI}{l}}$

Lời giải:

Áp dụng công thức: $B=4\pi {.10}^{-7}{\displaystyle \frac{NI}{l}}$ ta tìm được cảm ứng từ bên trong ống dây dẫn:

$$\begin{gathered} B=4.3,{14.10}^{-7}.{\displaystyle \frac{750}{{85.10}^{-2}}}.5,6 \\ =6,{2.10}^{-3}T \end{gathered}$$

Chọn đáp án : D 

Bài IV.6 trang 55 SBT Vật Lí 11: Bắn một prôtôn với vận tốc $1,{5.10}^{5}m/s$ bay vào một từ trường đều theo hướng vuông góc với các đường sức từ. Cảm ứng từ của từ trường là $2,{0.10}^{-4}T$. Prôtôn có điện tích 1,6.10-19 C và khối lượng 1,672.10-27 kg. Bán kính quỹ đạo của prôtôn là: 

A. 0,784 m.

B. 7,84m.

C. 0,784 cm.

D. 7,84 cm.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức tính quỹ đạo chuyển động: $R={\displaystyle \frac{mv}{|q|B}}$

Lời giải:

Bán kính quỹ đạo của prôtn là: 

$R={\displaystyle \frac{mv}{|q|B}}$

=${\displaystyle \frac{1,{672.10}^{-27}.1,{5.10}^5}{{2.10}^{-4}.1,{6.10}^{-19}}}=7,84m$ 

Chọn đáp án : B.

Bài IV.7 trang 55 SBT Vật Lí 11: Cho hai dòng điện có cùng cường độ 8 A chạy trong hai dây dẫn thẳng dài, đặt vuông góc với nhau, cách nhau một khoảng 8,0 cm trong chân không : dây dẫn thứ nhất thẳng đứng có dòng điện chạy từ dưới lên trên, dây dẫn thứ hai thẳng ngang có dòng điện chạy từ trái qua phải. Xác định cảm ứng từ tại trung điểm của khoảng cách giữa hai dây dẫn này.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức tính cảm ứng từ: $B={2.10}^{-7}{\displaystyle \frac{I}{r}}$

Lời giải:

Khoảng cách giữa hai dây dẫn thẳng có dòng điện I1 và I2 là đoạn thẳng CD = d = 8,0 cm nằm trong cùng mặt phẳng ngang p chứa dòng điện I2.

Hai vectơ cảm ứng từ $\overrightarrow{B_1}$ và $\overrightarrow{B_2}$ lần lượt do I1 và I2 gây ra tại trung điểm M của đoạn CD có hướng như trên Hình IV. 1G:

$\overrightarrow{B_1}$ song song với dây dẫn có dòng điện I2 và cùng chiều với I2, $\overrightarrow{B_2}$ song song với dây dẫn có dòng điện I1 và cùng chiều với I1, có độ lớn bằng nhau

$B_1=B_2={2.10}^{-7}.{\displaystyle \frac{8,0}{4,{0.10}^{-2}}}=4,{0.10}^{-5}T$

 Vecto cảm ứng từ tổng hợp tại điểm M:

$\overrightarrow{B}$= $\overrightarrow{B_1}$+ $\overrightarrow{B_2}$

Vì $\overrightarrow{B_1}\mathrm{\perp }\overrightarrow{B_2}$  nên độ lớn của $\overrightarrow{B}$ tính bằng:

$B=B_1\sqrt{2}=4\sqrt{2}{.10}^{-5}T$

Bài IV.8 trang 55 SBT Vật Lí 11: Hai dòng điện có cường độ 4,0 A và 6,0 A chạy ngược chiều nhau trong hai dây dẫn thẳng dài song song, đặt cách nhau 5,0 cm trong không khí. Xác định lực từ tác dụng lên một đơn vị dài của mỗi dây dẫn có dòng điện chạy qua

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức tính cảm ứng từ: $B={2.10}^{-7}{\displaystyle \frac{I}{r}}$

Lời giải:

Dòng điện I1 gây ra tại điểm M nằm trên dòng điện I2, cách I1một khoảng a = 5,0 cm một từ trường có cảm ứng từ $\overrightarrow{B_1}$ hướng vuông góc với mặt phẳng (I1; I2) (Hình IV.2G) và có độ lớn

$B_1={2.10}^{-7}{\displaystyle \frac{I_1}{a}}$

Áp dụng quy tắc bàn tay trái, ta xác định được lực từ $\overrightarrow{F_1}$ do $\overrightarrow{B_1}$ tác  dụng lên I2 là lực đẩy nằm trong mặt phẳng (I1; I2), hướng vuông góc với $\overrightarrow{B_1}$ và I2, có độ lớn :

$F_1=B_1{I}_2\ell ={2.10}^{-7}.{\displaystyle \frac{I_1}{a}}{I}_2\ell$

Từ đó suy ra độ lớn của lực từ tác dụng lên một đơn vị dài của dây dẫn có dòng điện I2 :

$F_{01}={\displaystyle \frac{F_1}{\ell }}={2.10}^{-7}.{\displaystyle \frac{I_1}{a}}.I_2$

Thay số, ta được :  

$F_{01}={2.10}^{-7}.{\displaystyle \frac{4,0}{{5.10}^{-2}}}.6,0=9,{6.10}^{-5}N$

Lập luận tương tự như trên, ta xác định được lực từ  $\overrightarrow{F_2}$ do $\overrightarrow{B_2}$  tác dụng lên I1  cũng là lực đẩy nằm trong mặt phẳng (I1; I2) hướng vuông góc với $\overrightarrow{B_2}$  và I1, có độ lớn F2 = F1, tức là:

$F_2=B_2{I}_1\ell ={2.10}^{-7}.{\displaystyle \frac{I_2}{a}}{I}_1\ell =F_1$

Như vậy, lực từ tác dụng lên một đơn vị dài của dây dẫn có dòng điện I1 cũng có độ lớn

$F_{02}={\displaystyle \frac{F_2}{\ell }}={2.10}^{-7}.{\displaystyle \frac{I_2}{a}}.I_1=9,{6.10}^{-5}T=F_{01}$

Bài IV.9 trang 55 SBT Vật Lí 11: Ba dòng điện có cùng cường độ $I_1=I_2=I_3=I$ và cùng chiều chạy trong ba dây dẫn thẳng dài, đồng phẳng, song song cách đều nhau.

a) Xác định lực từ tác dụng lên một đơn vị dài của dây dẫn có dòng điện I2 nằm giữa I1 và I3.

b) Nếu đổi chiều dòng điện I2 thì lực từ tác dụng lên nó thay đổi thế nào ?

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức tính cảm ứng từ: $B={2.10}^{-7}{\displaystyle \frac{I}{r}}$

Lời giải:

Áp dụng quy tắc bàn tay phải, ta xác định được các vectơ cảm ứng từ $B_1$ và $B_3$  do hai dòng điện I1và I3 gây ra tại mọi điểm trên dây dẫn có dòng điện I2 nằm giữa I1 và I3 đều có phương vuông góc vớimặt phẳng chứa ba dòng điện, có chiều ngược nhau (Hình IV.3G) và có cùng độ lớn :

$B_1=B_2={2.10}^{-7}.{\displaystyle \frac{I}{a}}$

nên vectơ cảm ứng từ tổng hợp tại mọi điểm trên dây dẫn có dòng điện I2 luôn có giá trị bằng không :

$\overrightarrow{B}=\overrightarrow{B_1}+\overrightarrow{B_3}=\overrightarrow{0}$

 Do đó, lực từ tác dụng lên mỗi đơn vị dài trên dây dẫn có dòng điện I2 cũng luôn có giá trị bằng không :

$F_0={\displaystyle \frac{F}{\ell }}=B{I}_2=0$

b) Nếu đổi chiều dòng điện I2 thì lực từ tác dụng lên I2 vẫn bằng không.

Bài IV.10* trang 56 SBT Vật Lí 11: Hai dòng điện cường độ 2,0 A và 4,0 A chạy trong hai dây dẫn thẳng dài, đồng phẳng và được đặt vuông góc với nhau trong không khí. Xác định :

a) Cảm ứng từ tại những điểm nằm trong mặt phẳng chứa hai dòng điện và cách đều hai dây dẫn các khoảng cách r= 4,0 cm.

b) Quỹ tích các điểm nằm trong mặt phẳng chứa hai dòng điện tại đó cảm ứng từ có giá trị bằng không.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức tính cảm ứng từ: $B={2.10}^{-7}{\displaystyle \frac{I}{r}}$

Lời giải:

Gọi $\overrightarrow{B_1}$ và $\overrightarrow{B_2}$ là các vectơ cảm ứng từ do dòng điện I1 và I2  gây ra trong từ trường của chúng. Trong mặt phẳng chứa hai dòng điện I1 và I2 có bốn góc vuông (Hình IV.4G) : hai góc vuông I và III ứng với $\overrightarrow{B_1}$ và $\overrightarrow{B_2}$  cùng phương ngược chiểu, hai góc vuông II và IV ứng với $\overrightarrow{B_1}$ và $\overrightarrow{B_2}$  cùng phương cùng chiều. Đồng thời, tại một điểm M (x, y) nằm trong mặt phẳng chứa I1 và I2, các vectơ  và  có độ lớn bằng :

$B_1={2.10}^{-7}{\displaystyle \frac{I_1}{y}};B_2={2.10}^{-7}{\displaystyle \frac{I_2}{x}}$

a) Tại điểm M (x,y) cách đều hai dây dẫn: x = y = r – 4,0 cm, ta có:

$B_1={2.10}^{-7}.{\displaystyle \frac{2,0}{4,{0.10}^{-2}}}=1,{0.10}^{-5}T$ 

$B_2={2.10}^{-7}.{\displaystyle \frac{4,0}{4,{0.10}^{-2}}}=2,{0.10}^{-5}T$

Khi đó, cảm ứng từ tổng hợp tại điểm M(x, y) có giá trị bằng:

$\overrightarrow{B}=\overrightarrow{B_1}+\overrightarrow{B_2}$

- Nếu điểm M(x,y) nằm tại các góc vuông I và III, thì:

$B=B_2–B_1=2,{0.10}^{-5}–1,{0.10}^{-5}=1,{0.10}^{-5}T$

- Nếu điểm M(x,y) nằm tại các góc vuống II và IV thì:

$B=B_2+B_1=2,{0.10}^{-5}+1,{0.10}^{-5}=3.1,{0.10}^{-5}T$

b) Quỹ tích của những điểm tại đó cảm ứng từ $\overrightarrow{B}=\overrightarrow{B_1}+\overrightarrow{B_2}=\overrightarrow{0}$ phải nằm trong hai góc vuông I và III ứng với $\overrightarrow{B_1}$ và $\overrightarrow{B_2}$ cùng phương ngược chiều sao cho:

 $B_1=B_2\Rightarrow {\displaystyle \frac{I_1}{y}}={\displaystyle \frac{I_2}{x}}\Rightarrow y={\displaystyle \frac{2,0}{4,0}}x={\displaystyle \frac{x}{2}}$

Như vậy quỹ tích phải tìm là đường thẳng $y={\displaystyle \frac{x}{2}}$ trừ điểm O. 

Bài IV.11* trang 56 SBT Vật Lí 11: Hai dòng điện cường độ I1 = 6,0 A và I2 = 9,0 A có chiều ngược nhau chạy qua hai dây dẫn thẳng dài, song song cách nhau 100 mm trong không khí.

1. Xác định cảm ứng từ do hai dòng điện này gây ra tại :

a) Điểm M, cách I1 một khoảng 60 mm và cách I2 một khoảng 40 mm.

b) Điểm N, cách I1 một khoảng 60 mm và cách I2 một khoảng 80 mm.

2. Xác định quỹ tích những điểm tại đó cảm ứng từ bằng không

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức tính cảm ứng từ: $B={2.10}^{-7}{\displaystyle \frac{I}{r}}$

Lời giải:

Giả sử hai dòng điện I1 , I2 chạy qua hai dây dẫn theo hướng vuông góc với mặt phẳng Hình IV.5G tại hai điểm O1, O2

1.a) Xác định cảm ứng từ tại điểm M.                        

Vì $M{O}_1+M{O}_2=60+40=100mm=O_1{O}_2$ nên điểm M phải nằm trên đoạn thẳng O1O2

và ở phía trong O1O2

- Cảm ứng từ $\overrightarrow{B_1}$ do dòng điện I1 gây ra tại M có phương vuông góc với O1M và có độ lớn :

$B_1={2.10}^{-7}.{\displaystyle \frac{6,0}{{60.10}^{-3}}}=2,{0.10}^{-5}T$

-    Cảm ứng từ $\overrightarrow{B_2}$  do dòng điện I2 gây ra tại M có phương vuông góc với O2M và có độ lớn :

$B_2={2.10}^{-7}.{\displaystyle \frac{9,0}{{40.10}^{-3}}}=4,{5.10}^{-5}T$

Hai vectơ $\overrightarrow{B_1}$ và $\overrightarrow{B_2}$ đều hướng thẳng đứng xuống dưới, nên vectơ cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ tại M cũng hướng thẳng đứng như Hình IV.5G và có độ lớn bằng :

$B=B_1+B_2=2,{0.10}^{-5}+4,{5.10}^{-5}=6,{5.10}^{-5}T$

b) Xác định cám ứng từ tại điểm N :

Vì cạnh NO1 = 60 mm, NO2 = 80 mm, O1O2 = 100 mm, có độ dài chia theo tỉ lệ 3 : 4 : 5, nên NO1O2 là tam giác vuông tại N, có cạnh huyền O1O2

- Cảm ứng từ $\overrightarrow{B_1}$ do dòng điện I1 gây ra tại N có phương vuông góc với O1N và có độ lớn :

$B_1={2.10}^{-7}.{\displaystyle \frac{6,0}{{60.10}^{-3}}}=2,{0.10}^{-5}T$

-    Cảm ứng từ $\overrightarrow{B_2}$  do dòng điện I2 gây ra tại N có phương vuông góc với O2N và có độ lớn :

$B_2={2.10}^{-7}.{\displaystyle \frac{9,0}{{80.10}^{-3}}}=2,{25.10}^{-5}T$

Hai vectơ  và  có phương vuông góc với nhau, nên vectơ cảm ứng từ  tại N nằm trùng với đường chéo của hình chữ nhật có hai cạnh  và như Hình IV.5G và có độ lớn bằng :

$B=\sqrt{B_1^2+B_2^2}=\sqrt{{({2,0.10}^{-5})}^2+{({2,25.10}^{-5})}^2}\approx 3,{0.10}^{-5}T$

2. Xác định quỹ tích những điểm p tại đó cảm ứng từ

Muốn cảm ứng từ tổng hợp tại một điểm p nào đó trong từ trường gây ra bởi hai dòng điện I1 và  I2 có giá trị   $\overrightarrow{B}=\overrightarrow{B_1}+\overrightarrow{B_2}=\overrightarrow{0}$ hay $\overrightarrow{B_1}=-\overrightarrow{B_2}$, thì hai vectơ $\overrightarrow{B_1}$  và $\overrightarrow{B_2}$  phải .cùng phương, ngược chiều và cùng độ lớn.

Các điều kiện này chỉ được thực hiện khi điểm p nằm trên đường thẳng O1O2 ( $\overrightarrow{B_1}$  và $\overrightarrow{B_2}$   cùng phương) và nằm bên ngoài khoảng O1O2  ( $\overrightarrow{B_1}$  và $\overrightarrow{B_2}$   ngược chiều) tại vị trí ứng với các khoảng cách PO1 và PO2 sao cho  $\overrightarrow{B_1}$  và $\overrightarrow{B_2}$  có cùng độ lớn.

Vì  $B_1={2.10}^{-7}.{\displaystyle \frac{I_1}{P{O}_1}};B_2={2.10}^{-7}.{\displaystyle \frac{I_2}{P{O}_2}}$ nên với B1 = B2 thì ta có :

${\displaystyle \frac{I_1}{P{O}_1}}={\displaystyle \frac{I_2}{P{O}_2}}$  hay   ${\displaystyle \frac{P{O}_1}{P{O}_2}}={\displaystyle \frac{I_1}{I_2}}={\displaystyle \frac{6}{9}}={\displaystyle \frac{2}{3}}$

Từ đó suy ra : PO1 = 200 mm ; PO1 = 300 mm.

Kết luận : Trong mặt phẳng vuông góc với hai dòng điện I1 và I2, điểm P nằm trên đường thắng O1O2 với khoảng cách PO1 = 200 mm và PO2= 300 mm là điểm tại đó có cảm ứng từ $\overrightarrow{B}=\overrightarrow{0}$

Trong không gian, quỹ tích của điểm P là đường thẳng song song với I1 và I2 , cách I1 một khoảng 200 mm và cách I2 một khoảng 300 mm.