Các dạng bài tập về từ trường và lực điện từ Vật lý 9

Phần lý thuyết và bài tập liên quan đến từ trường và lực điện từ là phần kiến thức quan trọng mà các em học sinh lớp 9 cần nắm rõ trong quá trình học và để chuẩn bị cho kỳ thi tuyển sinh vào lớp 10. Bài viết dưới đây của THPT Lê Hồng Phong bao gồm tổng quan lý thuyết, các dạng bài tập, cách giải chi tiết về các dạng bài liên quan đến từ trường và lực điện từ. Cùng theo dõi bài học ngay nhé.

I. Lý tthuyết về từ trường và lực điện từ

1. Từ trường 

– Định nghĩa:

Môi trường vật chất đặc biệt tồn tại ở miền không gian xung quanh nam châm, xung quanh dòng điện, có khả năng tác dụng lên kim châm hay các dòng điện khác đặt trong nó gọi là từ trường.

– Cách nhận biết từ trường: Người ta thường dùng kim nam châm (nam châm thử) để nhận biết từ trường.

2. Đường sức từ (đường cảm ứng từ)

– Định nghĩa:

Đường sức từ là các đường cong trong từ trường mà tiếp tuyến với nó tại mỗi điểm trùng với trục của kim nam châm đặt tại điểm đó.

– Nơi nào đường sức từ cầng mau thì từ trường càng mạnh và cành thưa thì từ trường càng yếu.

Hai đầu ống dây có từ trường chạy qua cũng là hai từ cực Bắc Nam

3. Từ phổ

Từ phổ là hình ảnh cụ thể của đường sức từ. Từ phổ coa thể thu được bằng cách rắc các mạt sắt lên một tấm bìa đặt trong từ trường và gõ nhẹ.

a, Từ trường của ống dây có dòng điện chạy qua

Phần bên trong ống dây có đường sức là các đường thẳng song song và cách đều nhau

– Chiều của đường sức từ – Quy tắc nắm bàn tay phải

Nắm bàn tay phải, rồi đặt sao cho bốn ngón tay hướng theo chiều dòng điện chạy qua các vòng dây thì ngón tay cái choãi ra chỉ chiều của đường sức từ trong lòng ống dây.

b, Từ trường của ống dây điện chạy qua dây dẫn thẳng

Các đường sức từ của dòng điện thẳng là những vòng tròn đồng tâm, nằm trong mặt phẳng vuông góc với dòng điện và có tâm là điểm cắt nhau giữa mặt phẳng và dòng điện

– Quy tắc nắm bàn tay phải:

Nắm dây dẫn bằng bàn tay phải, ngón cái choãi ra theo chiều dòng điện,các ngón còn lại chỉ chiều đường sức từ

4. Lực điện từ

– Định nghĩa:

Từ trường tác dụng lực lên đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường. Lực đó được gọi là lực điện từ.

– Chiều của lực điện từ

Chiều của lực điện từ tác dụng lên dây dẫn phụ thuộc vào chiều dòng điện chạy trong dây dẫn và chiều của đường sức từ và được xác định bằng quy tắc bàn tay trái.

– Quy tắc bàn tay trái

Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa hướng theo chiều dòng điện thì ngón tay cái choãi ra 90⁰ chỉ chiều của lực điện từ.

II. Phương pháp giải

Áp dụng quy nắm bàn tay phải và quy tắc bàn tay trái

1. Cách xác định sự định hướng của kim nam châm thử

– Xác định chiều dòng điện trong ống dây.

– Áp dụng quy tắc nắm tay phải để xác định chiều đường sức từ.

– Suy ra định hướng của kim nam châm thử.

2. Xác định sự tương tác giữa hai ống dây có dòng điện

– Áp dụng quy tắc nắm tay phải để xác định chiều đường sức từ khi biết chiều dòng điện.

– Xác định các cực của ống dây từ đó suy ra lực tương tác giữa chúng.

3. Xác định chiều quay của khung dây hay chiều dòng điện trong khung

Áp dụng quy tắc bàn tay trái để:

– Xác định chiều lực từ khi biết chiều dòng điện và chiều của đường sức từ. Từ đó suy ra chiều quay của khung dây.

– Xác định chiều lực từ tác dụng lên khung dây khi biết chiều quay của nó.

– Xác định chiều dòng điện trong khung khi biết chiều của lực từ và chiều của đường sức từ.

Từ đó suy ra chiều dòng điện trong khung dây dẫn.

III. Bài tập vận dụng

Bài 1:

Trong giờ thực hành về từ trường, các bạn học sinh lớp 9A làm một thí nghiệm được mô tả như hình dưới. Khi đóng khóa K thì kim nam châm sẽ như thế nào?

Lời giải:

Khi khóa K đóng sẽ có dòng điện chạy qua cuộn dây. Áp dụng quy tắc bàn tay phải thì đầu ống dây gần kim nam châm là cực Bắc. Cực của kim nam châm và ống dây cùng tên nên sẽ đẩy nhau, và kim nam châm bị đẩy đi xa.

Bài 2:

Trong giờ thực hành vật lí, thầy Hà làm một thí nghiệm để xác định cực của kim nam châm. Thí nghiệm được mô tả như hình vẽ. Khi thầy Hà đóng công tắc K thì cực X của kim nam châm bị hút lại gần đầu B của ống dây. Hai cực X, Y là cực gì? Vì sao?

Lời giải:

X là cực Nam, Y là cực Bắc

Vì theo quy tắc bàn tay phải đầu B của ống dây là cực Bắc. Mà đầu B hút cực X của kim nam châm nên X là cực Nam và Y sẽ là cực Bắc

Bài 3:

Hình sau mô tả cấu tạo của một dụng cụ để phát hiện dòng điện (một loại điện kế). Dụng cụ này gồm một ống dây B, trong lòng B có một thanh nam châm A nằm thang bằng, vuông góc với trục ống dây và có thể quay quanh một trục OO’ đặt giữa thanh, vuông góc với mặt phẳng trang giấy.

a, Nếu dòng điện qua ống dây B có chiều được đánh dấu như hình vẽ thì kim chỉ quay sang bên phải hay bên trái?

b, Hai chốt của điện kế này cần có đánh dấu dương, âm hay không?

Lời giải:

a, Nếu dòng điện qua ống dây B có chiều được đánh dấu như hình vẽ thì đường sức từ trong ống dây hướng thẳng đứng lên trên (Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải). Cực Bắc của nam châm luôn quay theo chiều đường sức của từ trường ngoài nên bị đẩy lên => Kim chỉ thị quay sang bên phải.

b Hai chốt của điện kế này không cần đánh dấu dương âm.

Bài 4:

Hai dây dẫn đặt song song với nhau có dòng điện chạy qua chúng cùng chiều nhau. Dùng quy tắc bàn tay trái xem chúng hút nhau hay đẩy nhau?

Lời giải:

Giả sử dòng điện chạy trong dây dẫn là I₁, I₂

Dòng điện I₁ tạo ra tại vị trí O₂ từ trường có đường sức từ theo quy tắc nắm tay phải hướng từ trong tờ giấy ra ngoài.

Dùng quy tắc bàn tay trái cho dòng điện I₁ chạy từ cổ tay ra ngón tay, đường sức từ hướng từ lòng bàn tay ra mu bàn tay, khi đó ta xác định được lực điện từ  hướng từ I₁ đến I₂

Tương tự như vậy ta xác định được lực điện từ   đặt lên dây chứa dòng điện I₂ và hướng về I₁. Như vậy hai dòng điện hút nhau như hình vẽ dưới đây:

Bài 5:

Một dây dẫn nằm ngang giữa hai cực Nam và Bắc của một nam châm. Khi cho dòng điện chạy qua dây theo chiều như hình vẽ, hãy xác định lực điện từ tác dụng lên dây.

Lời giải:

Đường sức từ đi từ cực Bắc sang cực Nam. Đặt bàn tay trái sao cho chiều dòng điện đi từ cổ tay ra ngón tay, đường sức từ đi xuyên từ lòng bàn tay ra mu bàn tay, ngón cái chỉ lên trên. Ta có lực F hướng lên trên.

Bài 6:

Hai ống dây dẫn có dòng điện treo đồng trục và gần nhau như hình sau:

a, Nếu dòng điện chạy qua trong ống dây chó chiều như trên hình vẽ thì hai dây hút nhau hay đẩy nhau?

b, Nếu đổi chiều đòng điện của một trong hai ống thì tác dụng giữa chúng có gì thay đổi?

Lời giải: