Bài toán về Định luật Ampe và Lực từ tác dụng lên 1 đoạn dây mang dòng điện môn Vật lý 11

BÀI TOÁN VỀ ĐỊNH LUẬT AMPE VÀ LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN 1 ĐOẠN DÂY MANG DÒNG ĐIỆN

\(F = BI\ell .\sin \alpha \)

Trong đó:  

F (N) là lực từ tác dụng lên sợi dây

B (T) là từ trường đều mà dây dẫn đặt vào

I (A) là cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn

l (m) là chiều dài dây dẫn

\(\alpha = \left( {\overrightarrow B ,\ell } \right)\) là góp hợp bởi từ trường và chiều dài sợi dây.

Chiều lực từ được xác định bởi quy tắc bàn tay trái “Xòe bàn tay trái hứng các đường cảm ứng từ sao cho chiều của dòng điện đi từ cổ tay đến 4 ngón tay. Ngón tay cái choãi ra 90° chỉ chiều dài của lực từ”.

Ví dụ 1: Treo đoạn dây dẫn MN có chiều dài l=25 cm, khối lượng của một đơn vị chiều dài là 0,04 kg/m bằng hai dây mảnh, nhẹ sao cho dây dẫn nằm ngang. Biết cảm ứng từ có chiều như hình vẽ, có độ lớn B = 0,04 T. Cho \(g = 10m/{s^2}\) .

a) Xác định chiều và độ lớn của I để lực căng dây bằng 0.

b) Cho I = 16 A có chiều từ M đến N. Tính lực căng mỗi dây ?

Lời giải:

a) Lực căng dây bằng 0 nghĩa là dây nằm lơ lửng

\( \Rightarrow \overrightarrow P + \overrightarrow F = 0 \Rightarrow \overrightarrow F = - \overrightarrow P \)

Do đó lực từ  phải có chiều hướng lên.

Áp dụng quy tắc bàn tay trái ta xác định được chiều của dòng điện có chiều từ N đến M.

Mặt khác:  

\(\begin{array}{l} F = P\\ \Leftrightarrow B.I.\ell .\sin {90^ \circ } = mg\\ \Rightarrow I = \frac{{mg}}{{B.\ell sin{{90}^ \circ }}} \end{array}\)

Mật độ khối lượng của sợi dây:   \(d = \frac{m}{\ell }\)

Cường độ dòng điện qua dây:

\(I = \frac{{d.g}}{{B{\rm{sin9}}{{\rm{0}}^ \circ }}} = 10{\rm{A}}\)  .

b) Khi dòng điện có chiều từ M đến N thì lực từ \(\overrightarrow F\) có chiều hướng xuống. Do lực căng dây \(\overrightarrow T\)  có chiều hướng lên nên:

\(\begin{array}{l} T = P + F = mg + BI\ell \\ \Rightarrow T = \ell \left( {\frac{{mg}}{\ell } + BI} \right) \end{array}\)

Mật độ khối lượng của sợi dây:  \(d = \frac{m}{\ell }\)

Vậy:  \(T = \ell \left( {\frac{{mg}}{\ell } + BI} \right) = \ell \left( {d.g + BI} \right) = 0,26\left( N \right)\)

Vì có hai sợi dây nên lực căng mỗi sợi là  

\({T_1} = {T_2} = \frac{T}{2} = 0,13\) N.

Ví dụ 2: Người ta cho dòng điện có cường độ I = 10 A chạy trong một dây dẫn, đặt dây dẫn vuông góc với các đường cảm ứng từ có B = 5 mT. Lực điện từ tác dụng lên dây dẫn là 0,01 N, hãy xác định chiều dài của dây dẫn nói trên ?

Lời giải:

Ta có:

\(\begin{array}{l} F = BI\ell \sin \alpha \\ \Rightarrow \ell = \frac{F}{{B.Isin\alpha }} = \frac{{0,01}}{{{{5.10}^{ - 3}}.10.\sin {{90}^ \circ }}}\\ \Leftrightarrow \ell = 0,2m = 20{\rm{ }}cm \end{array}\)

Ví dụ 3: Giữa hai cực nam châm có cảm ứng từ \(\overrightarrow B \) nằm ngang, B = 0,01 T người ta đặt môt dây dẫn có chiều dài l nằm ngang vuông góc với  \(\overrightarrow B \) . Khối lượng của một đơn vị chiều dài là d = 0,01 kg/m. Tìm cường độ dòng điện I qua dây để dây nằm lơ lững không rơi. Cho \(g = 10m/{s^2}\) .

Lời giải:

Các lực tác dụng lên sợi dây gồm trọng lực \(\overrightarrow P \) và lực từ  \(\overrightarrow F\)

Điều kiện để sợi dây nằm cân bằng là:  

\(\overrightarrow P + \overrightarrow F = 0 \Rightarrow \overrightarrow F = - \overrightarrow P \)

Do đó lực từ \(\overrightarrow F\) phải có chiều hướng lên

Mặt khác ta cũng có:  

\(\begin{array}{l} F = P\\ \Leftrightarrow BI\ell .\sin {90^ \circ } = mg\\ \Rightarrow I = \frac{{mg}}{{B.\ell \sin {{90}^ \circ }}} \end{array}\)

Mật độ khối lượng của sợi dây:   \(d = \frac{m}{\ell }\)

Cường độ dòng điện qua dây:

\(I = \frac{{d.g}}{{B{\rm{sin9}}{{\rm{0}}^ \circ }}} = 10{\rm{A}}\)  .

 

...

---Để xem tiếp nội dung phần Bài tập luyện tập, các em vui lòng đăng nhập vào trang hoc247.net để xem online hoặc tải về máy tính---

Trên đây là một phần trích đoạn nội dung Bài toán về Định luật Ampe và Lực từ tác dụng lên 1 đoạn dây mang dòng điện môn Vật lý 11 năm 2020. Để xem toàn bộ nội dung các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang hoc247.net để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập .

Các em quan tâm có thể tham khảo thêm các tài liệu cùng chuyên mục:

• 50 câu trắc nghiệm ôn tập Chương 1 Điện tích – Điện trường môn Vật lý 11 có đáp án năm 2020

• Chuyên đề Dòng điện chạy qua hai dây dẫn thẳng song song tương tác với nhau môn Vật lý 11

• Các bài toán nâng cao về Sự cân bằng của một điện tích điểm môn Vật lý 11

Chúc các em học tập tốt !