Bài tập ôn — Vật lí 12 — HK2 — Đề 15 phút

Phạm vi: Bài 14 (Từ trường), Bài 15 (Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. Cảm ứng từ).

Phần 1: Cơ bản

Bài 1. Nêu khái niệm từ trường. Từ trường tồn tại ở đâu?

Bài 2. Nêu cách vẽ đường sức từ của một nam châm thẳng.

Bài 3. Một đoạn dây dẫn dài $0,5\ \text{m}$ mang dòng điện $2\ \text{A}$ đặt vuông góc với từ trường đều có cảm ứng từ $0,3\ \text{T}$ . Tính lực từ tác dụng lên đoạn dây.

Bài 4. Một đoạn dây dẫn dài $0,25\ \text{m}$ mang dòng điện $4\ \text{A}$ đặt trong từ trường đều $0,2\ \text{T}$ , hợp với các đường sức từ một góc $30^\circ$ . Tính lực từ tác dụng lên đoạn dây.

Bài 5. Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đạt giá trị lớn nhất khi nào? Khi nào bằng 0?

Bài 6. Tính cảm ứng từ tại điểm cách dây dẫn thẳng dài mang dòng điện $6\ \text{A}$ một khoảng $15\ \text{cm}$ .

Bài 7. Tính cảm ứng từ tại tâm vòng dây tròn bán kính $6\ \text{cm}$ , mang dòng điện $3\ \text{A}$ .

Bài 8. Tính cảm ứng từ trong lòng ống dây dài có mật độ vòng dây $n = 800$ vòng/m, mang dòng điện $1,5\ \text{A}$ .

Bài 9. Một electron bay với tốc độ $1 \times 10^6\ \text{m/s}$ theo phương vuông góc với từ trường đều có cảm ứng từ $0,03\ \text{T}$ . Tính lực Lorentz tác dụng lên electron. Biết $|q_e| = 1,6 \times 10^{-19}\ \text{C}$ .

Bài 10. Trong trường hợp nào lực Lorentz tác dụng lên hạt mang điện bằng 0?

Bài 11. Phát biểu quy tắc bàn tay trái xác định chiều của lực từ.

Bài 12. Đơn vị của cảm ứng từ là gì? Nêu kí hiệu.

Bài 13. Một đoạn dây dẫn dài $0,6\ \text{m}$ đặt vuông góc với từ trường đều $0,4\ \text{T}$ chịu lực từ $0,48\ \text{N}$ . Tính cường độ dòng điện chạy qua dây.

Bài 14. Một đoạn dây dẫn mang dòng điện $3\ \text{A}$ đặt vuông góc với từ trường đều $0,3\ \text{T}$ chịu lực từ $0,36\ \text{N}$ . Tính chiều dài của đoạn dây.

Bài 15. Một đoạn dây dẫn dài $0,4\ \text{m}$ mang dòng điện $5\ \text{A}$ đặt vuông góc với từ trường đều chịu lực từ $0,5\ \text{N}$ . Tính cảm ứng từ của từ trường.

Bài 16. Một hạt alpha (điện tích $+2e$ ) bay với tốc độ $2 \times 10^6\ \text{m/s}$ theo phương vuông góc với từ trường đều có cảm ứng từ $0,04\ \text{T}$ . Tính lực Lorentz tác dụng lên hạt.

Phần 2: Nâng cao

Bài 17. Một đoạn dây dẫn dài $1\ \text{m}$ mang dòng điện $10\ \text{A}$ đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ $0,5\ \text{T}$ , hợp với các đường sức từ một góc $37^\circ$ ( $\sin 37^\circ \approx 0,6$ ). Tính lực từ tác dụng lên đoạn dây.

Bài 18. Hai dây dẫn thẳng dài song song, mang dòng điện $I_1 = 4\ \text{A}$ và $I_2 = 6\ \text{A}$ cùng chiều, cách nhau $10\ \text{cm}$ . Tính lực tương tác từ tác dụng lên mỗi mét chiều dài của mỗi dây. Hai dây hút hay đẩy nhau?

Bài 19. Một electron bay với tốc độ $3 \times 10^6\ \text{m/s}$ theo phương vuông góc với từ trường đều có cảm ứng từ $0,02\ \text{T}$ . a) Tính lực Lorentz tác dụng lên electron. b) Tính bán kính quỹ đạo tròn của electron. Biết $m_e = 9,1 \times 10^{-31}\ \text{kg}$ .

Bài 20. Một proton bay với tốc độ $2 \times 10^6\ \text{m/s}$ theo phương vuông góc với từ trường đều có cảm ứng từ $0,05\ \text{T}$ . a) Tính lực Lorentz tác dụng lên proton. b) Tính bán kính quỹ đạo tròn của proton. Biết $m_p = 1,67 \times 10^{-27}\ \text{kg}$ .

Bài 21. Một đoạn dây dẫn dài $0,5\ \text{m}$ mang dòng điện $8\ \text{A}$ đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ $0,6\ \text{T}$ , hợp với các đường sức từ một góc $53^\circ$ ( $\sin 53^\circ \approx 0,8$ ). Tính lực từ tác dụng lên đoạn dây.

Bài 22. Một ống dây dài $0,5\ \text{m}$ gồm $1000$ vòng dây, mang dòng điện $2\ \text{A}$ . Tính cảm ứng từ trong lòng ống dây.

Bài 23. Một vòng dây tròn có $50$ vòng, bán kính $4\ \text{cm}$ , mang dòng điện $2\ \text{A}$ . Tính cảm ứng từ tại tâm vòng dây.

Bài 24. Một đoạn dây dẫn dài $0,4\ \text{m}$ mang dòng điện $6\ \text{A}$ đặt vuông góc với từ trường đều $0,3\ \text{T}$ chịu lực từ $0,72\ \text{N}$ . Nếu tăng cường độ dòng điện lên gấp đôi thì lực từ bằng bao nhiêu?

Đáp án

Phần 1:

Từ trường là dạng vật chất tồn tại xung quanh nam châm, dòng điện; gây ra lực từ lên các vật có từ tính đặt trong nó.
Bên ngoài nam châm: đường sức từ đi ra từ cực Bắc, đi vào cực Nam.
$F = BIl = 0,3 \times 2 \times 0,5 = 0,3\ \text{N}$ .
$F = BIl\sin 30^\circ = 0,2 \times 4 \times 0,25 \times 0,5 = 0,1\ \text{N}$ .
Lớn nhất khi dây vuông góc với các đường sức từ ( $\alpha = 90^\circ$ ); bằng 0 khi dây song song với các đường sức từ ( $\alpha = 0$ ).
$B = 2 \times 10^{-7}\dfrac{I}{r} = 2 \times 10^{-7} \times \dfrac{6}{0,15} = 8 \times 10^{-6}\ \text{T}$ .
$B = 2\pi \times 10^{-7}\dfrac{I}{R} = 2\pi \times 10^{-7} \times \dfrac{3}{0,06} = \pi \times 10^{-5}\ \text{T} \approx 3,14 \times 10^{-5}\ \text{T}$ .
$B = 4\pi \times 10^{-7}nI = 4\pi \times 10^{-7} \times 800 \times 1,5 = 4,8\pi \times 10^{-4}\ \text{T} \approx 1,51 \times 10^{-3}\ \text{T}$ .
$f = |q|vB = 1,6 \times 10^{-19} \times 1 \times 10^6 \times 0,03 = 4,8 \times 10^{-15}\ \text{N}$ .
Khi hạt chuyển động song song với các đường sức từ ( $\alpha = 0$ hoặc $180^\circ$ ).
Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay chỉ chiều dòng điện thì ngón cái choãi ra $90^\circ$ chỉ chiều của lực từ.
Tesla, kí hiệu $\text{T}$ .
$I = \dfrac{F}{Bl} = \dfrac{0,48}{0,4 \times 0,6} = 2\ \text{A}$ .
$l = \dfrac{F}{BI} = \dfrac{0,36}{0,3 \times 3} = 0,4\ \text{m}$ .
$B = \dfrac{F}{Il} = \dfrac{0,5}{5 \times 0,4} = 0,25\ \text{T}$ .
$f = |q|vB = 3,2 \times 10^{-19} \times 2 \times 10^6 \times 0,04 = 2,56 \times 10^{-14}\ \text{N}$ .

Phần 2: 17. $F = BIl\sin\alpha = 0,5 \times 10 \times 1 \times 0,6 = 3\ \text{N}$ . 18. $F = 2 \times 10^{-7}\dfrac{I_1I_2}{d} \cdot l = 2 \times 10^{-7} \times \dfrac{4 \times 6}{0,1} = 4,8 \times 10^{-5}\ \text{N}$ trên mỗi mét. Hai dây hút nhau (dòng điện cùng chiều). 19. a) $f = 1,6 \times 10^{-19} \times 3 \times 10^6 \times 0,02 = 9,6 \times 10^{-15}\ \text{N}$ . b) $r = \dfrac{mv}{|q|B} = \dfrac{9,1 \times 10^{-31} \times 3 \times 10^6}{1,6 \times 10^{-19} \times 0,02} \approx 8,5 \times 10^{-4}\ \text{m} = 0,85\ \text{mm}$ . 20. a) $f = 1,6 \times 10^{-19} \times 2 \times 10^6 \times 0,05 = 1,6 \times 10^{-14}\ \text{N}$ . b) $r = \dfrac{1,67 \times 10^{-27} \times 2 \times 10^6}{1,6 \times 10^{-19} \times 0,05} \approx 0,42\ \text{m}$ . 21. $F = 0,6 \times 8 \times 0,5 \times 0,8 = 1,92\ \text{N}$ . 22. $n = \dfrac{1000}{0,5} = 2000$ vòng/m; $B = 4\pi \times 10^{-7} \times 2000 \times 2 = 1,6\pi \times 10^{-3}\ \text{T} \approx 5,03 \times 10^{-3}\ \text{T}$ . 23. $B = 2\pi \times 10^{-7}\dfrac{NI}{R} = 2\pi \times 10^{-7} \times \dfrac{50 \times 2}{0,04} = 5\pi \times 10^{-4}\ \text{T} \approx 1,57 \times 10^{-3}\ \text{T}$ . 24. $F = 0,72\ \text{N}$ khi $I = 6\ \text{A}$ ; vì $F$ tỉ lệ thuận với $I$ nên khi $I$ tăng gấp đôi, $F = 1,44\ \text{N}$ .