Từ trường
Kiến thức cần nhớ
1. Nam châm
- Loại vật liệu có thể hút được sắt vụn gọi là nam châm.
- Mỗi nam châm có hai cực: Cực Bắc (kí hiệu là N) và cực Nam (kí hiệu là S).
- Các cực cùng tên của nam châm đẩy nhau, các cực khác tên hút nhau. Lực tương tác giữa các nam châm gọi là lực từ và các nam châm có từ tính.
- Các loại nam châm:
2. Từ tính của dây dẫn có dòng điện
- Dây dẫn có dòng điện cũng có từ tính như nam châm.
- Giữa hai dây dẫn có dòng điện, giữa hai nam châm, giữa một dòng điện và một nam châm đều có lực tương tác, những lực tương tác ấy gọi là lực từ.
VD: Lực tương tác giữa hai dòng điện thẳng song song.
VD: Lực từ do dòng điện tác dụng lên nam châm.
3. Từ trường
- Từ trường là một dạng vật chất tồn tại trong không gian mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện của lực từ tác dụng lên một dòng điện hay một nam châm đặt trong đó.
- Quy ước: Hướng của từ trường tại một điểm là hướng Nam – Bắc của kim nam châm nhỏ nằm cân bằng tại điểm đó.
4. Đường sức từ
a. Định nghĩa
- Đường sức từ là những đường vẽ ở trong không gian có từ trường sao cho tiếp tuyến tại mỗi điểm có phương trùng với phương của từ trường tại điểm đó.
- Quy ước chiều của đường sức từ tại mỗi điểm là chiều của từ trường tại điểm đó.
b. Các ví dụ về đường sức từ
VD1: Từ trường của dòng điện thẳng rất dài.
+ Có đường sức từ là những đường tròn nằm trong những mặt phẳng vuông góc với dòng điện và có tâm nằm trên dòng điện.
+ Chiều đường sức từ được xác định theo quy tắc nắm tay phải: “Để bàn tay phải sao cho ngón cái nằm dọc theo dây dẫn và chỉ theo chiều dòng điện, khi đó các ngón kia khum lại cho ta chiều của các đường sức từ”.
VD2: Từ trường của dòng điện tròn.
+ Quy ước mặt Nam của dòng điện tròn là mặt khi nhìn vào đó ta thấy dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ còn mặt Bắc thì ngược lại.
+ Các đường sức từ của dòng điện tròn có chiều đi vào mặt Nam và đi ra mặt Bắc của dòng điện tròn ấy.
c. Các tính chất của đường sức từ
- Qua mỗi điểm trong không gian chỉ vẽ được một đường sức.
- Các đường sức từ là những đường cong khép kín hoặc vô hạn ở hai đầu.
- Chiều của đường sức từ tuân theo những quy tắc xác định (quy tắc nắm tay phải, quy tắc vào Nam ra Bắc).
- Quy ước vẽ các đường sức mau (dày) ở chỗ có từ trường mạnh, thưa ở chỗ có từ trường yếu.
5. Từ trường Trái Đất
- Tại một vị trí đặt la bàn, kim nam châm luôn chịu tác dụng của từ trường Trái Đất và chỉ hướng Nam – Bắc địa lý.
- Tại một vị trí xác định trên Trái Đất xét trong một khoảng thời gian dài thì từ trường Trái Đất thay đổi, chỉ có thành phần địa từ trường trung bình được gọi là không đổi.
Các dạng bài tập về Từ trường
Xác định cảm ứng từ tạo bởi dòng điện
Phương pháp chung:
− Sử dụng kết quả về từ trường của những dòng điện đặc biệt đã nêu ở phần kiến thức cần nhớ.
− Áp dụng quy tắc tổng hợp véctơ và nguyên lý chồng chất từ trường để xác định từ trường tổng hợp tạo bởi nhiều dòng điện.
Bài tập tự luyện có hướng dẫn
Bài 1: Chọn một đáp án sai.
A. Khi một dây dẫn có dòng điện đặt song song với đường cảm ứng từ thì không chịu tác dụng bởi lực từ.
B. Khi dây dẫn có dòng điện đặt vuông góc với đường cảm ứng từ thì lực từ tác dụng lên dây dẫn là cực đại.
C. Giá trị cực đại của lực từ tác dụng lên dây dẫn dài l có dòng điện I đặt trong từ trường đều B là Fmax = IBl.
D. Khi dây dẫn có dòng điện đặt song song với đường cảm ứng từ thì lực từ tác dụng lên dây là Fmax = IBl.
Lời giải:
Đáp án: D.
HD Giải: Khi dây dẫn có dòng điện đặt song song với đường cảm ứng từ thì lực từ tác dụng lên dây là F = 0 (do sinα = 0).
Bài 2: Chọn một đáp án sai “lực từ tác dụng lên một dây dẫn có dòng điện đi qua đặt vuông góc với đường sức từ sẽ thay đổi khi”:
A. dòng điện đổi chiều.
B. từ trường đổi chiều.
C. cường độ dòng điện thay đổi.
D. dòng điện và từ trường đồng thời đổi chiều.
Lời giải:
Đáp án: D.
HD Giải: Khi dòng điện và từ trường đồng thời đổi chiều thì góc hợp bởi chiều dòng điện và chiều từ trường không đổi nên lực từ không đổi.
Bài 3: Nhận định nào sau đây không đúng về nam châm?
A. Mọi kim nam châm khi nằm cân bằng thì nó luôn nằm theo hướng Bắc – Nam.
B. Các cực cùng tên của các nam châm thì đẩy nhau.
C. Mọi nam châm đều hút được sắt.
D. Mọi nam châm bao giờ cũng có hai cực phân biệt.
Lời giải:
Đáp án: A.
HD Giải: Điều này chỉ đúng khi kim nam châm nằm cân bằng ở trạng thái tự do.
Bài 4: Khi sử dụng kim nam châm để phát hiện sự có mặt của từ trường tại một điểm, nếu
A. kim nam châm chỉ hướng Đông – Tây thì tại điểm đó có từ trường.
B. kim nam châm chỉ hướng Đông – Nam thì tại điểm đó không có từ trường.
C. kim nam châm chỉ hướng Tây – Bắc thì tại điểm đó không có từ trường.
D. kim nam châm chỉ hướng Bắc – Nam thì tại điểm đó có từ trường.
Lời giải:
Đáp án: A.
HD Giải: Tại một điểm có từ trường thì kim nam châm sẽ lệch khỏi hướng Bắc – Nam.
Bài 5: Nhận định nào sau đây là không đúng khi nói về tương tác từ giữa các vật?
A. Dòng điện có thể tác dụng lực lên nam châm.
B. Nam châm có thể tác dụng lực lên dòng điện.
C. Hai dòng điện có thể tương tác với nhau.
D. Hai dòng điện không thể tương tác với nhau.
Lời giải:
Đáp án: D.
HD Giải: Thực nghiệm chứng tỏ hai dòng điện có thể tương tác với nhau.
Bài 6: Cho hai dây dây dẫn đặt gần nhau và song song với nhau. Khi có hai dòng điện cùng chiều chạy qua thì 2 dây dẫn
A. hút nhau.
B. đẩy nhau.
C. không tương tác.
D. đều dao động.
Lời giải:
Đáp án: A.
HD Giải: Thực nghiệm chứng tỏ khi hai sợi dây mang hai dòng điện chạy cùng chiều thì hút nhau, ngược chiều thì đẩy nhau.
Bài 7: Lực nào sau đây không phải lực từ?
A. Lực Trái Đất tác dụng lên vật nặng.
B. Lực Trái đất tác dụng lên kim nam châm ở trạng thái tự do làm nó định hướng theo phương bắc nam.
C. Lực nam châm tác dụng lên dây dẫn bằng nhôm mang dòng điện.
D. Lực hai dây dẫn mang dòng điện tác dụng lên nhau.
Lời giải:
Đáp án: A.
HD Giải: Lực do Trái Đất tác dụng lên vật nặng là trọng lực.
Bài 8: Các tương tác sau đây, tương tác nào không phải là tương tác từ:
A. tương tác giữa hai nam châm.
B. tương tác giữa hai dây dẫn mang dòng điện.
C. tương tác giữa các điện tích đứng yên.
D. tương tác giữa nam châm và dòng điện.
Lời giải:
Đáp án: C.
HD Giải: Tương tác giữa các điện tích đứng yên là tương tác điện.
Bài 9: Xung quanh vật nào sau đây không có từ trường?
A. Một dây dẫn thẳng, dài.
B. Một khung dây có dòng điện chạy qua.
C. Một nam châm thẳng.
D. Một kim nam châm.
Lời giải:
Đáp án: A.
HD Giải: Từ trường tồn tại xung quanh nam châm hay dòng điện, không tồn tại xung quanh một dây dẫn.
Bài 10: Từ trường là dạng vật chất tồn tại trong không gian và
A. tác dụng lực hút lên các vật.
B. tác dụng lực điện lên điện tích.
C. tác dụng lực từ lên nam châm và dòng điện đặt trong nó.
D. tác dụng lực đẩy lên các vật đặt trong nó.
Lời giải:
Đáp án: C.
HD Giải: Từ trường là dạng vật chất tồn tại trong không gian xung quanh dòng điện, điện tích chuyển động hoặc nam châm và tác dụng lực từ lên nam châm và dòng điện đặt trong nó.
Bài 11: Các đường sức từ là các đường cong vẽ trong không gian có từ trường sao cho
A. pháp tuyến tại mọi điểm trùng với hướng của từ trường tại điểm đó.
B. tiếp tuyến tại mọi điểm trùng với hướng của từ trường tại điểm đó.
C. pháp tuyến tại mỗi điểm tạo với hướng của từ trường một góc không đổi.
D. tiếp tuyến tại mọi điểm tạo với hướng của từ trường một góc không đổi.
Lời giải:
Đáp án: B.
HD Giải: Các đường sức từ là các đường cong vẽ trong không gian có từ trường sao cho tiếp tuyến tại mọi điểm trùng với hướng của từ trường tại điểm đó.
Bài 12: Phát biểu nào sau đây là không đúng khi nói về đường sức từ?
A. Qua bất kỳ điểm nào trong từ trường ta cũng có thể vẽ được một đường sức từ.
B. Đường sức từ do nam châm thẳng tạo ra xung quanh nó là những đường thẳng.
C. Đường sức mau ở nơi có cảm ứng từ lớn, đường sức thưa ở nơi có cảm ứng từ nhỏ.
D. Các đường sức từ là những đường cong kín.
Lời giải:
Đáp án: B.
HD Giải: Đường sức từ do nam châm thẳng tạo ra xung quanh nó là những đường cong kín hoặc vô hạn ở hai đầu.
Bài 13: Đường sức từ không có tính chất nào sau đây?
A. Qua mỗi điểm trong không gian chỉ vẽ được một đường sức.
B. Các đường sức là các đường cong khép kín hoặc vô hạn ở hai đầu.
C. Chiều của các đường sức là chiều của từ trường.
D. Các đường sức của cùng một từ trường có thể cắt nhau.
Lời giải:
Đáp án: D.
HD Giải: Các đường sức từ của cùng một từ trường không thể cắt nhau.
Bài 14: Điểm khác nhau cơ bản của đường sức điện tĩnh và đường sức từ là
A. đường sức điện luôn là đường thẳng, đường sức từ luôn là đường cong.
B. đường sức điện luôn được vẽ mau hơn đường sức từ.
C. đường sức điện luôn là những đường cong hở, đường sức từ là những đường cong kín.
D. đường sức điện luôn ngược chiều với đường sức từ.
Lời giải:
Đáp án: C.
HD Giải: Đường sức điện luôn là những đường cong hở, đường sức từ là những đường cong kín.
Bài 15: Từ phổ là
A. hình ảnh của các đường mạt sắt cho ta hình ảnh của các đường sức từ của từ trường.
B. hình ảnh tương tác của hai nam châm với nhau.
C. hình ảnh tương tác giữa dòng điện và nam châm.
D. hình ảnh tương tác của hai dòng điện chạy trong hai dây dẫn thẳng song song.
Lời giải:
Đáp án: A.
HD Giải: Từ phổ là hình ảnh của các đường mạt sắt cho ta hình ảnh của các đường sức từ của từ trường.
Bài 16: Từ trường đều là từ trường mà các đường sức từ là các đường
A. thẳng.
B. song song.
C. thẳng song song.
D. thẳng song song và cách đều nhau.
Lời giải:
Đáp án: D.
HD Giải: Từ trường đều là từ trường mà các đường sức từ là các đường thẳng song song và cách đều nhau.
Bài 17: Các đường sức từ trong lòng nam châm hình chữ U là
A. những đường thẳng song song cách đều nhau.
B. những đường cong, cách đều nhau.
C. những đường thẳng hướng từ cực Nam sang cực Bắc.
D. những đường cong hướng từ cực Nam sang cực Bắc.
Lời giải:
Đáp án: A.
HD Giải: Từ trường trong lòng nam châm chữ U là từ trường đều nên các đường sức từ là những đường thẳng song song cách đều.
Bài 18: Phương của lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện không có đặc điểm nào sau đây?
A. Vuông góc với dây dẫn mang dòng điện.
B. Vuông góc với vectơ cảm ứng từ.
C. Vuông góc với mặt phẳng chứa vectơ cảm ứng từ và dòng điện.
D. Song song với các đường sức từ.
Lời giải:
Đáp án: D.
HD Giải: Phương của lực từ vuông góc với dây dẫn mang dòng điện và vecto cảm ứng từ (các đường sức từ).
Bài 19: Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn không phụ thuộc trực tiếp vào
A. độ lớn cảm ứng từ.
B. cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn.
C. chiều dài dây dẫn mang dòng điện.
D. điện trở dây dẫn.
Lời giải:
Đáp án: D.
HD Giải: Lực từ F = BlIsinα, không phụ thuộc vào điện trở dây dẫn.
Bài 20: Người ta thường có thể xác định chiều của lực từ tác dụng lên một đoạn dây mang dòng điện thẳng bằng quy tắc nào sau đây:
A. quy tắc bàn tay phải.
B. quy tắc cái đinh ốc.
C. quy tắc nắm tay phải.
D. quy tắc bàn tay trái.
Lời giải:
Đáp án: D.
HD Giải: Để xác định chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện ta sử dụng quy tắc bàn tay trái.
Xem thêm các dạng bài tập chi tiết khác dưới đây:
70 Bài tập về Tự cảm (2024) có đáp án chi tiết nhất
70 Bài tập về Lực Lo-ren-xơ (có đáp án năm 2024)
70 Bài tập về Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc
70 Bài tập về Từ thông. Cảm ứng điện từ (có đáp án năm 2023) - Vật lí 11
