Giải SGK Vật lí 12 Cánh diều Bài 2. Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện. Cảm ứng từ có đáp án

Dụng cụ

- Khung dây dẫn (1).

- Nam châm (2)

- Lò xo (3).

- Giá treo (4).

- Dây dẫn được nối đến nguồn điện (5).

Tiến hành

- Lắp đặt các dụng cụ như hình vẽ.

- Treo khung dây để mặt phẳng khung dây vuông góc với đường sức từ của nam châm; cạnh AB của khung nằm ngang trong vùng từ trường đều ở khoảng không gian giữa hai cực của nam châm.

- Cho dòng điện có cường độ I chạy qua khung dây với chiều từ A đến B và quan sát hiện tượng xảy ra với khung dây.

- Đổi chiều cường độ dòng điện I chạy qua khung dây và quan sát hiện tượng xảy ra với khung dây.

Kết quả

- Khi có dòng điện chạy qua khung dây theo chiều từ A đến B, khung dây bị kéo thẳng đứng xuống dưới. Điều này cho thấy, lực từ tác dụng lên AB có phương thẳng đứng, vuông góc với cả đoạn dòng điện AB và đường sức từ.

Sử dụng quy tắc bàn tay phải để xác định.

Hình a: Không xuất hiện lực từ vì dòng điện và đường sức từ cùng chiều.

Hình b: Lực từ có phương vuông góc với mặt phẳng tờ giấy, hướng từ ngoài vào trong.

Hình c: Lực từ có phương thẳng đứng, hướng từ trên xuống dưới.

Dùng quy tắc nắm bàn tay phải để xác định chiều của cảm ứng từ, sau đó dùng quy tắc bàn tay trái để xác định chiều của lực từ.

Hình a: dòng điện I$_{1}$ gây ra từ trường có cảm ứng từ tại điểm I$_{2}$ có phương thẳng đứng, chiều hướng xuống, do đó lực từ F$_{12}$ có phương nằm ngang, hướng sang phải. Dòng điện I$_{2}$ gây ra từ trường có cảm ứng từ tại điểm I$_{1}$ có phương thẳng đứng, chiều hướng xuống, do đó lực từ F$_{21}$ có phương nằm ngang, chiều hướng sang trái.

Hình b: dòng điện I$_{1}$ gây ra từ trường có cảm ứng từ tại điểm I$_{2}$ có phương thẳng đứng, chiều hướng xuống, do đó lực từ F$_{12}$ có phương nằm ngang, hướng sang trái. Dòng điện I$_{2}$ gây ra từ trường có cảm ứng từ tại điểm I$_{1}$ có phương thẳng đứng, chiều hướng lên, do đó lực từ F$_{21}$ có phương nằm ngang, chiều hướng sang phải.

a) Cường độ dòng điện: $I=\frac{q}{t}=\frac{Ne}{t}=\frac{{10}^{8}{.1{,}6.10}^{-19}}{1}=0{,}16\ A$

b) Độ lớn lực từ: $F=Il\sin θ=0{,}16.0{,}5.\sin 90^{\circ}=0{,}08\ N$

Chuẩn bị: Thiết bị thí nghiệm gồm:

- Hộp gỗ có gắn các thiết bị dưới đây:

+ Nam châm điện có gắn hai tấm thép (1).

+ Đòn cân (2) có gắn gia trọng (3) và khớp nối với khung dây dẫn (4).

+ Hai ampe kế có giới hạn đo 2 A (5), (6).

+ Hai biến trở xoay 100 Ω - 2 A (7).

+ Hai công tắc dùng để đảo chiều dòng điện qua nam châm điện và khung dây (8), (9).

- Khung dây n = 200 vòng có chiều dài một cạnh l = 10 cm (10).

- Lực kế có giới hạn đo 0,5 N (11).

- Đèn chỉ hướng từ trường trong lòng nam châm điện (12).

- Nguồn điện một chiều, điện áp 12 V (13) và các dây nối.

Tiến hành:

- Nối hai cực của nguồn điện DC với hai chốt cắm trên hộp gỗ. Cắm khung dây vào khớp nối trên đòn cân, sao cho cạnh dưới của khung dây nằm trong từ trường của nam châm.

- Đóng công tắc điện.

Các bước tiến hành thí nghiệm để đo được cảm ứng từ của nam châm điện.

- Treo khung dây vào đầu đòn cân.

- Điều chỉnh khung dây vuông góc với vectơ cảm ứng từ của nam châm điện (α = 90°).

- Điều chỉnh gia trọng và dây căng lực kế để lực kế đo được lực từ.

- Bật công tắc nguồn điện. Điều chỉnh cường độ dòng điện qua nam châm điện ở mức ban đầu 0,1 A. Xác định giá trị của lực từ F qua lực kế.

- Thay đổi giá trị cường độ dòng điện qua khung dây mỗi lần tăng lên 0,1 A. Đọc giá trị cường độ dòng điện I qua khung dây và xác định giá trị lực từ F qua lực kế, ghi kết quả vào vở như ví dụ ở Bảng 15.1.