Hướng dẫn giải Bài 21. Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt sgk Vật Lí 11. Nội dung bài Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 trang 133 sgk Vật Lí 11 bao gồm đầy đủ phần lý thuyết, câu hỏi và bài tập, đi kèm công thức, định lí, chuyên đề có trong SGK để giúp các em học sinh học tốt môn vật lý 11, ôn thi tốt nghiệp THPT quốc gia.
LÍ THUYẾT
I – Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài
Tại một điểm khảo sát cách dòng điện thẳng dài một khoảng r, vectơ cảm ứng từ có phương vuông góc với bán kính nối điểm khảo sát với tâm O (giao của dòng điện với mặt phẳng chứa vuông góc với dòng điện chứa điểm khảo sát)
Độ lớn cảm ứng từ tại một điểm cách dây dẫn thẳng dài mang dòng điện I một khoảng r trong chân không được tính bằng công thức: B = (kdfrac{I}{r})
Trong hệ số SI, hệ số có tỉ lệ k có giá trị bằng 2.10-7.
Vậy: B = 2.10-7.(dfrac{I}{r}) (21.1)
Trong đó, I tính ra ampe (A), r tính ra mét (m), B tính ta tesla (T).
Dựa vào đặc điểm của vec tơ cảm ứng từ ta có phương, chiều của vectơ cảm ứng từ tuân theo quy tắc nắm tay phải.
II – Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn uốn thành vòng tròn
Độ lớn cảm ứng từ B ở tâm dây dẫn tròn bán kính R có dòng điện I chạy qua, được tính bằng công thức:
Vectơ cảm ứng từ có hướng trùng với hướng của đường sức trong lòng vòng dây
B = 2π10-7.(dfrac{I}{r}) (21.1a)
Với R là bán kính của khung dây tròn. Nếu khung dây tròn tạo bởi N vòng dây sít nhau thì:
B = 2π10-7.N.(dfrac{I}{r}) (21.1b)
trong đó, I đo bằng ampe (A), R đo bằng mét (m).
Tại một điểm trong lòng ống dây có dòng điện qua, vectơ cảm ứng từ có phương trùng với trục ống dây, có chiều tuân theo quy tắc nắm tay phải.
III – Từ trường của dòng điện chạy trong ống dây dẫn hình trụ
Ống dây có dòng chạy qua:
– Bên trong ống dây, các đường sức từ song song với trục ống dây và cách đều nhau. Nếu ống dây đủ dài (chiều dài rất lớn so với đường kính của ống dây và cách ống) thì đường bên trong ống dây là từ trường đều. Bên ngoài ống, đường sức từ có dạng giống đường sức từ của nam châm thẳng. Cảm ứng từ trong long ống dây được cho bởi công thức: B = 4π.10-7(dfrac{N}{l}I) (21.3a)
trong đó N là tổng số vòng dây, l là độ dài hình trụ. Chú ý rằng (frac{N}{l}) = n = số vòng dây quấn trên một đơn vị dài của lõi, vậy cũng có thể viết:
B = 4π.10-7nI (21.3b)
– Chiều các đường sức từ trong long ống dây được xác định theo quy tắc nắm tay phải: Khum bàn tay phải sao cho chiều từ cổ tay đến ngón tay chỉ chiều dòng điện chạy qua ống dây, thì ngón choãi ra chỉ chiều của đường sức từ trong lòng ống dây.
IV – Từ trường của nhiều dòng điện
Phương pháp tính toán tương tự như đối với cường độ điện trường gây bởi nhiều điện tích điểm. Nghĩa là từ trường do nhiều dòng điện gây ra tuân theo nguyên lý chồng chất: Vectơ cảm ứng từ tại một điểm, do nhiều dòng điện gây ra bằng tổng các vectơ cảm ứng từ do từng dòng điện gây ra tại điểm ấy.
CÂU HỎI (C)
1. Trả lời câu hỏi C1 trang 130 Vật Lý 11
Hãy xác định chiều dòng điện trên Hình 21.2b.
Trả lời:
Áp dụng quy tắc nắm tay phải, ta suy ra dòng điện trong dây dẫn có chiều từ phải sang trái.
2. Trả lời câu hỏi C2 trang 131 Vật Lý 11
Dựa vào quy tắc “vào nam ra bắc” nghiệm lại rằng, chiều các đường sức từ của ống dây điện hình trụ cũng được xác định bằng quy tắc nắm tay phải.
Trả lời:
Khi đứng từ phía ngoài nhìn vào ống dây, thấy dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ nên mặt nhìn thấy là mặt Nam, đường sức từ đi vào mặt Nam.
Từ đó, thấy chiều các đường sức từ của ống dây hình trụ cũng được xác định bằng quy tắc nắm tay phải: “Nắm bàn tay phải vào ống dây sao cho các ngón tay trỏ, ngón tay giữa… hướng theo chiều dòng điện, khi đó ngón cái choãi ra chỉ chiều của đường sức từ”.
3. Trả lời câu hỏi C3 trang 132 Vật Lý 11
Cho hai dòng điện I1 = I2 = 6A chạy trong hai dây dẫn dài, song song cách nhau 30cm theo cùng một chiều như hình 21.5. Tìm một điểm trên đoạn O1O2 trong đó cảm ứng tư tổng hợp bằng (overrightarrow 0 )
Trả lời:
Do hai dây dẫn màn dòng điện cùng chiều nên vị trí mà taị điểm đó có cảm ứng từ tổng hợp bằng (overrightarrow 0 ) phải nằm trên đoạn ({O_1}{O_2}) như hình
Ta có: (overrightarrow {{B_1}} + overrightarrow {{B_2}} = overrightarrow 0 )
Suy ra ({B_1} = {B_2})
( Leftrightarrow {2.10^{ – 7}}dfrac{{{I_1}}}{{{r_1}}} = {2.10^{ – 7}}dfrac{{{I_2}}}{{{r_2}}})
mà ({I_1} = {I_2})
( Rightarrow {r_1} = {r_2} = dfrac{{{O_1}{O_2}}}{2} = 15,cm)
Tại trung điểm ({O_1}{O_2}) thì cảm ứng từ tổng hợp bằng không.
Đáp án: Trung điểm của đoạn ({O_1}{O_2})
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
Dưới đây là phần Hướng dẫn Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 trang 133 sgk Vật Lí 11 đầy đủ và ngắn gọn nhất. Nội dung chi tiết bài giải (câu trả lời) các câu hỏi và bài tập các bạn xem sau đây:
❓
1. Giải bài 1 trang 133 Vật Lý 11
Cảm ứng từ trong từ trường của dòng điện phụ thuộc vào những yếu tố nào?
Trả lời:
Cảm ứng từ trong từ trường của dòng điện phụ thuộc vào:
– Cường độ dòng điện gây ra từ trường
– Dạng hình học của dây dẫn
– Vị trí của điểm khảo sát
– Môi trường xung quanh dòng điện.
2. Giải bài 2 trang 133 Vật Lý 11
Độ lớn của cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường của dòng điện thẳng dài thay đổi thế nào khi điểm ấy dịch chuyển:
a) song song với dây?
b) vuông góc với dây?
c) theo một đường sức từ xung quanh dây?
Trả lời:
Ta có, cảm ứng từ tại một điểm gây ra bởi dòng điện thẳng dài: (B=2.10^{-7}dfrac{I}{r})
a) Khi điểm đó dịch chuyển song song với dây
⇒ Khoảng cách giữa điểm đó và dây không thay đổi (r – không thay đổi).
⇒ Độ lớn của cảm ứng từ tại điểm đó trong từ trường của dòng điện thẳng dài không thay.
b) Khi điểm đó dịch chuyển vuông góc với dây
– Khi dịch chuyển lại gần dây ⇒ khoảng cách giữa điểm đó và dây giảm (r – giảm) ⇒ Cảm ứng từ B tăng
– Khi dịch chuyển ra xa dây ⇒ khoảng cách giữa điểm đó và dây tăng (r – tăng) ⇒ Cảm ứng từ B giảm
c) Khi điểm đó dịch chuyển theo một đường sức từ xung quanh dây
⇒ Khoảng cách giữa điểm đó và dây không thay đổi.
⇒ Độ lớn của cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường của dòng điện thẳng dài không thay đổi khi điểm ấy dịch chuyển theo một đường sức từ xung quanh dây. Nhưng ở đây phương của vectơ cảm ứng từ luôn thay đổi.
?
1. Giải bài 3 trang 133 Vật Lý 11
Phát biểu nào dưới đây là đúng ?
Độ lớn cảm ứng từ tại tâm một dòng điện tròn.
A. Tỉ lệ với cường độ dòng điện.
B. Tỉ lệ với chiều dài đường tròn.
C. Tỉ lệ với diện tích hình tròn.
D. Tỉ lệ nghịch với diện tích hình tròn.
Bài giải:
Độ lớn cảm ứng từ tại tâm một dòng điện tròn (B = 2pi {.10^{ – 7}}{I over R})
Từ đây ta thấy B tỉ lệ với cường độ dòng điện.
⇒ Đáp án: A.
2. Giải bài 4 trang 133 Vật Lý 11
Phát biểu nào sau đây là đúng?
Cảm ứng từ trong lòng ống dây điện hình trụ
A. Luôn bằng 0.
B. Tỉ lệ với chiều dài ống dây.
C. Là đồng đều.
D. Tỉ lệ với tiết diện ống dây.
Bài giải:
Khi cho dòng điện cường độ I đi vào dây dẫn, thực nghiệm chứng tỏ rằng, trong lòng ống dây các đường sức từ là những đường thẳng song song cùng chiều và cách đều nhau. Nói cách khác, từ trường trong lòng ống dây là đều.
⇒ Đáp án: C.
3. Giải bài 5 trang 133 Vật Lý 11
So sánh cảm ứng từ bên trong hai ống dây điện sau:
Ống 1 5 A 5 000 dài 2 m Ống 2 2 A 10 000 dài 1,5 m
Bài giải:
Ta có:
(left{ matrix{ {B_1} = 4pi {.10^{ – 7}}{{{N_1}} over {{l_1}}}{I_1} hfill cr {B_2} = 4pi {.10^{ – 7}}{{{N_2}} over {{l_2}}}{I_2} hfill cr} right.)
Ta thấy:
(left{ matrix{ {{{N_1}} over {{l_1}}}{I_1} = {{5000.5} over 2} = 12500 hfill cr {{{N_2}} over {{l_2}}}{I_2} = {{10000.2} over {1,5}} = {{40000} over 3} approx 13333,3 hfill cr} right. )
(Rightarrow {{{N_1}} over {{l_1}}}{I_1} < {{{N_2}} over {{l_2}}}{I_2} Rightarrow {B_1} < {B_2})
4. Giải bài 6 trang 133 Vật Lý 11
Hai dòng điện đồng phẳng: dòng thứ nhất thẳng dài, I1 = 2A; dòng thứ hai hình tròn, tâm O2 cách dòng thứ nhất 40 cm, bán kính R2 = 20 cm, I2 = 2A. Xác định cảm ứng từ tại O2.
Bài giải:
+ Cảm ứng từ tại O2 do dòng điện I1 gây ra:
({B_1} = {2.10^{ – 7}}displaystyle{{{I_1}} over r} = {2.10^{ – 7}}{2 over {{{40.10}^{ – 2}}}} = {10^{ – 6}}left( T right))
+ Cảm ứng từ tại O2 do dòng điện I2 gây ra:
({B_2} = 2pi displaystyle{.10^{ – 7}}{{{I_2}} over {{R_2}}} = 2pi {.10^{ – 7}}{2 over {{{20.10}^{ – 2}}}} = {6,28.10^{ – 6}}left( T right))
+ Vecto cảm ứng từ tổng hợp tại O2 là: (overrightarrow B = overrightarrow {{B_1}} + overrightarrow {{B_2}} )
Tùy theo chiều của hai dòng điện ta có: B = B2 ± B1.
Ví dụ:
+ (I_1,I_2) có chiều như trên, ta có: (overrightarrow {{B_1}} uparrow uparrow overrightarrow {{B_2}} )
( Rightarrow {B_{{O_2}}} = {B_1} + {B_2} = 7,{28.10^{ – 6}}T)
+ ({I_1},{I_2}) có chiều như trên, ta có: (overrightarrow {{B_1}} uparrow downarrow overrightarrow {{B_2}} )
( Rightarrow {B_{{O_2}}} = {B_2} – {B_1} = 5,{28.10^{ – 6}}T)
5. Giải bài 7 trang 133 Vật Lý 11
Hai dòng điện I1 = 3 A, I2 = 2 A chạy trong hai dây dẫn thẳng dài, song song cách nhau 50 cm theo cùng một chiều. Xác định những điểm tại đó (overrightarrow{B}) = (overrightarrow{0}).
Bài giải:
Gọi M là điểm mà vecto cảm ứng từ tổng hợp bằng 0.
(overrightarrow {{B_M}} = overrightarrow {{B_{1M}}} + overrightarrow {{B_{2M}}} = overrightarrow 0 Rightarrow overrightarrow {{B_{1M}}} = – overrightarrow {{B_{2M}}})
(Rightarrow left{ matrix{ overrightarrow {{B_{1M}}} uparrow downarrow overrightarrow {{B_{2M}}} hfill cr {B_{1M}} = {B_{2M}} hfill cr} right.)
⇒ Tập hợp những điểm M phải nằm trong mặt phẳng chứa hai dòng điện.
+ TH1: M nằm bên ngoài khoảng giữa hai dòng điện:
( Rightarrow overrightarrow {{B_{1M}}} uparrow uparrow overrightarrow {{B_{2M}}} ) ⇒ loại.
+ TH2: M nằm trong khoảng giữa hai dòng điện:
( Rightarrow overrightarrow {{B_{1M}}} uparrow downarrow overrightarrow {{B_{2M}}} ) ⇒ nhận trường hợp này.
Gọi r1 và r2 lần lượt là khoảng cách từ M đến dòng điện I1 và I2 ⇒ r1 + r2 = 50cm (*)
({B_{1M}} = {B_{2M}} Leftrightarrow {2.10^{ – 7}}.{{{I_1}} over {{r_1}}} = {2.10^{ – 7}}.{{{I_2}} over {{r_2}}} )
(Rightarrow {{{r_1}} over {{r_2}}} = {{{I_1}} over {{I_2}}} = {3 over 2} Rightarrow 2{r_1} = 3{r_2}left( {**} right))
Từ (*) và (**) ⇒ r1 = 30cm; r2 = 20cm.
⇒ Điểm phải tìm nằm trong mặt phẳng chứa hai dòng điện, trong khoảng giữa hai dòng điện, cách dòng thứ nhất 30 cm và dòng thứ hai 20 cm. Quỹ tích những điểm ấy là đường thẳng song song với hai dòng điện, cách dòng thứ nhất 30 cm và dòng thứ hai 20 cm.
Bài trước:
- Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 trang 128 sgk Vật Lí 11
Bài tiếp theo:
- Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 trang 138 sgk Vật Lí 11
Xem thêm:
- Để học tốt môn Toán 11
- Để học tốt môn Vật Lí 11
- Để học tốt môn Hóa Học 11
- Để học tốt môn Sinh Học 11
- Để học tốt môn Ngữ Văn 11
- Để học tốt môn Lịch Sử 11
- Để học tốt môn Địa Lí 11
- Để học tốt môn Tiếng Anh 11
- Để học tốt môn Tiếng Anh 11 (Sách Học Sinh)
- Để học tốt môn Tin Học 11
- Để học tốt môn GDCD 11
Trên đây là phần Hướng dẫn Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 trang 133 sgk Vật Lí 11 đầy đủ, ngắn gọn và dễ hiểu nhất. Chúc các bạn làm bài môn Vật lý 11 tốt nhất!
“Bài tập nào khó đã có giaibaisgk.com“
