Bài tập — Bài 15: Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. Cảm ứng từ

Phần 1: Câu hỏi Trắc nghiệm (Nhận biết & Thông hiểu)

Câu 1. Nội dung nào sau đây phản ánh đúng kiến thức cần ghi nhớ trong bài Bài 15: Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. Cảm ứng từ? A. Bỏ qua các khái niệm cơ bản và chỉ học thuộc lòng kết quả cuối cùng mà không cần hiểu bản chất. B. Chỉ áp dụng kiến thức trong một trường hợp duy nhất, không cần kiểm tra điều kiện hay đơn vị. C. Lực từ vuông góc với mặt phẳng chứa dây dẫn và vectơ cảm ứng từ; chiều xác định bằng quy tắc bàn tay trái. D. Các nội dung trong bài hoàn toàn độc lập và không có mối liên hệ nào với thực tiễn hay các bài học khác.

Câu 2. Khi học và vận dụng bài Bài 15: Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. Cảm ứng từ, khẳng định nào dưới đây là chính xác? A. Không cần đọc kĩ đề bài hay phân tích dữ kiện trước khi thực hiện các bước giải. B. Mọi khái niệm trong bài đều có thể thay thế tùy ý cho nhau mà không làm thay đổi kết quả. C. Chỉ cần ghi đáp số ngắn gọn, bỏ qua toàn bộ bước lập luận, giải thích và kiểm tra lại. D. Độ lớn lực từ: $F = BIl\sin\alpha$; lớn nhất khi dây vuông góc với từ trường, bằng không khi dây song song với từ trường.

Câu 3. Theo phần Kiến thức trọng tâm của bài Bài 15: Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. Cảm ứng từ, phát biểu nào sau đây là đúng? A. Khi một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường, từ trường tác dụng lên dây một lực gọi là lực từ. B. Kết luận ngay kết quả khi chưa đối chiếu với quy tắc hoặc định nghĩa trong bài học. C. Thay đổi toàn bộ quy tắc trọng tâm của bài học theo cảm tính cá nhân. D. Bỏ qua việc rèn luyện qua ví dụ minh họa và bài tập thực hành của tiết học.

Câu 4. Để nắm vững và vận dụng tốt bài Bài 15: Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. Cảm ứng từ, học sinh cần lưu ý điều nào sau đây? A. Không cần ghi nhớ các lưu ý trọng tâm vì chúng không ảnh hưởng đến việc làm bài tập. B. Chiều của lực từ được xác định bằng quy tắc bàn tay trái: đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều dòng điện, thì ngón cái choãi ra $90^\circ$ chỉ chiều của lực từ. C. Áp dụng ngược lại hoàn toàn so với quy tắc và hướng dẫn trong phần kiến thức trọng tâm. D. Chỉ cần đọc lướt tiêu đề bài học mà không cần nắm vững nội dung chi tiết từng mục.

Phần 2: Bài tập Tự luận & Thực hành theo tiết học

Bài 1 (Cơ bản — Hệ thống hóa kiến thức trọng tâm). Dựa vào phần Kiến thức trọng tâm của bài Bài 15: Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. Cảm ứng từ, em hãy trình bày các khái niệm, quy tắc hoặc nội dung cốt lõi của tiết học và nêu ý nghĩa của chúng.

Bài 2 (Thực hành — Phân tích & Giải mẫu theo ví dụ tiết học). Đọc kĩ tình huống/ví dụ trọng tâm của tiết học dưới đây, sau đó tự trình bày lại các bước thực hiện và nêu nhận xét rút ra:

Một đoạn dây dẫn dài $l = 0{,}2,\text{m}$ mang dòng điện $I = 3,\text{A}$ đặt vuông góc với các đường sức của từ trường đều có $B = 0{,}5,\text{T}$. Lực từ tác dụng lên đoạn dây là $F = BIl\sin 90^\circ = 0{,}5 \times 3 \times 0{,}2 \times 1 = 0{,}3,\text{N}$. Nếu quay dây sao cho dây hợp với vectơ cảm ứng từ một góc $30^\circ$ thì lực từ giảm còn $F = 0{,}5 \times 3 \times 0{,}2 \times \sin 30^\circ = 0{,}15,\text{N}$. Ví dụ này cho thấy lực từ phụ thuộc mạnh vào góc giữa dây dẫn và từ trường.

Bài 3 (Vận dụng — Áp dụng quy tắc ghi nhớ vào bài tập). Vận dụng các điểm ghi nhớ trọng tâm của bài Bài 15: Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. Cảm ứng từ để giải thích hoặc thực hiện yêu cầu thực hành mở rộng sau:

Cảm ứng từ tại một điểm có phương tiếp tuyến với đường sức từ tại điểm đó và có chiều trùng với chiều đường sức từ.

Bài 4 (Luyện tập học kì — Mức độ Cơ bản). Một khung dây có $100$ vòng, diện tích mỗi vòng $0,04\ \text{m}^2$, quay đều với tốc độ góc $\omega = 20\pi\ \text{rad/s}$ trong từ trường đều $0,5\ \text{T}$. Biểu thức từ thông qua khung là $\Phi = NBS\cos(\omega t)$. a) Tính suất điện động cực đại trong khung. b) Tính suất điện động tức thời tại thời điểm $t = T/4$ (với $T$ là chu kì quay).

Bài 5 (Luyện tập học kì — Mức độ Thông hiểu). Một máy phát điện xoay chiều có $6$ cặp cực, phát ra dòng điện có tần số $50\ \text{Hz}$. Tính tốc độ quay của rôto (vòng/phút).

Bài 6 (Luyện tập học kì — Mức độ Vận dụng & Nâng cao). Suất điện động cực đại của một máy phát điện là $E_0 = 100\sqrt{2}\ \text{V}$. Tính suất điện động hiệu dụng của máy.

Phần 3: Đáp án & Hướng dẫn giải chi tiết

1. Đáp án phần Trắc nghiệm

• Bảng đáp án: 1-C, 2-D, 3-A, 4-B.
• Giải thích chi tiết:
  • Câu 1 (C): Khẳng định đúng theo mục Ghi nhớ của bài: "Lực từ vuông góc với mặt phẳng chứa dây dẫn và vectơ cảm ứng từ; chiều xác định bằng quy tắc bàn tay trái."
  • Câu 2 (D): Khẳng định đúng theo nội dung cốt lõi của tiết học: "Độ lớn lực từ: $F = BIl\sin\alpha$; lớn nhất khi dây vuông góc với từ trường, bằng không khi dây song song với từ trường."
  • Câu 3 (A): Khẳng định chuẩn xác theo phần Kiến thức trọng tâm: "Khi một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường, từ trường tác dụng lên dây một lực gọi là lực từ."
  • Câu 4 (B): Khẳng định đúng theo hướng dẫn trọng tâm của bài: "Chiều của lực từ được xác định bằng quy tắc bàn tay trái: đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều dòng điện, thì ngón cái choãi ra $90^\circ$ chỉ chiều của lực từ."

2. Hướng dẫn giải phần Tự luận & Thực hành

• Bài 1:
  • Nội dung cốt lõi cần trình bày: Khi một đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường, từ trường tác dụng lên dây một lực gọi là lực từ. Lực từ có phương vuông góc với mặt phẳng chứa dây dẫn và vectơ cảm ứng từ $\vec{B}$.
  • Tổng kết ghi nhớ: Lực từ vuông góc với mặt phẳng chứa dây dẫn và vectơ cảm ứng từ; chiều xác định bằng quy tắc bàn tay trái.; Độ lớn lực từ: $F = BIl\sin\alpha$; lớn nhất khi dây vuông góc với từ trường, bằng không khi dây song song với từ trường.; Cảm ứng từ $\vec{B}$ đặc trưng cho từ trường, đơn vị là tesla (T).
• Bài 2:
  • Hướng dẫn phân tích & trình bày: Dựa trực tiếp vào dữ kiện trong ví dụ minh họa của tiết học: Một đoạn dây dẫn dài $l = 0{,}2,\text{m}$ mang dòng điện $I = 3,\text{A}$ đặt vuông góc với các đường sức của từ trường đều có $B = 0{,}5,\text{T}$. Lực từ tác dụng lên đoạn dây là $F = BIl\sin 90^\circ = 0{,}5 \times 3 \times 0{,}2 \times 1 = 0{,}3,\text{N}$. Nếu quay dây sao cho dây hợp với vectơ cảm ứng từ một góc $30^\circ$ thì lực từ giảm còn $F = 0{,}5 \times 3 \times 0{,}2 \times \sin 30^\circ = 0{,}15,\text{N}$. Ví dụ này cho thấy lực từ phụ thuộc mạnh vào góc giữa dây dẫn và từ trường.
  • Lưu ý khi trình bày: Xác định rõ yêu cầu, áp dụng đúng quy tắc/khái niệm trong mục 1 và kiểm tra lại kết quả cuối cùng.
• Bài 3:
  • Phương pháp giải: Áp dụng các quy tắc ghi nhớ của bài Bài 15: Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. Cảm ứng từ (Lực từ vuông góc với mặt phẳng chứa dây dẫn và vectơ cảm ứng từ; chiều xác định bằng quy tắc bàn tay trái.; Độ lớn lực từ: $F = BIl\sin\alpha$; lớn nhất khi dây vuông góc với từ trường, bằng không khi dây song song với từ trường.; Cảm ứng từ $\vec{B}$ đặc trưng cho từ trường, đơn vị là tesla (T).).
  • Lời giải mẫu/Nhận xét: Cảm ứng từ tại một điểm có phương tiếp tuyến với đường sức từ tại điểm đó và có chiều trùng với chiều đường sức từ.
• Bài 4: a) $E_0 = NBS\omega = 100 \times 0,5 \times 0,04 \times 20\pi = 40\pi\ \text{V} \approx 125,7\ \text{V}$. b) $e = E_0\sin(\omega t)$; tại $t = T/4$, $\omega t = \pi/2$ nên $e = E_0 \approx 125,7\ \text{V}$.
• Bài 5: $n = \dfrac{60f}{p} = \dfrac{60 \times 50}{6} = 500$ vòng/phút.
• Bài 6: $E = \dfrac{E_0}{\sqrt{2}} = \dfrac{100\sqrt{2}}{\sqrt{2}} = 100\ \text{V}$.