Bài 33: Khung dây có dòng điện đặt trong từ trường - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao
Bài 33: Khung dây có dòng điện đặt trong từ trường
Câu c1 (trang 163 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Giả sử dòng điện trong khung dây ở hình 33.2 có chiều ngược với chiều đã vẽ. Hãy xác định chiều của lực từ tác dụng lên các cạnh của khung trong trường hợp đó.
Hướng dẫn giải:
Giả sử dòng điện trong khung dây ở hình 33.2 có chiều ngược với chiều đã vẽ. Khi đó chiều của lực từ tác dụng lên các cạnh của khung
* 
*
*
Câu c2 (trang 163 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Trong hình 33.3, giả sử các đường sức từ có chiều ngược lại, nghĩa là các đường sức từ hướng ra phía sau mặt phẳng hình vẽ thì lực từ tác dụng lên khung dây có chiều như thế nào?
Hướng dẫn giải:
Trong hình 33.3, nếu các đường sức từ có chiều ngược lại, nghĩa là các đường sức từ hướng ra phía sau mặt phẳng hình vẽ thì lực từ tác dụng lên khung dây sẽ cùng phương, chiều ngược lại với lực lúc đầu.
Câu 1 (trang 165 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy chứng tỏ rằng lực từ tác dụng lên khung dây dẫn tạo thành ngẫu lực (chỉ xét trường hợp đường sức từ nằm trong mặt phẳng khung).
Hướng dẫn giải:Giả sử đường sức từ nằm trong mặt phẳng khung dây như hình 33.2.
Khi đó lực từ tác dụng lên các cạnh của khung dây là:
*
* 
*
Trong đó độ lớn: FAD = I. B. AD; FBC = I. B. BC
Mà AD = BC ⇒ FAD = FBC = F
→ 
Câu 2 (trang 165 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy viết biểu thức momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây khi các đường sức từ nằm trong mặt phẳng khung dây.
Hướng dẫn giải:Momen ngẫu lực từ 
Trong đó: S = AB. BC là diện tích của mặt phẳng khung dây
Câu 3 (trang 165 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Khi mặt phẳng khung vuông góc với các đường sức từ thì lực từ tác dụng lên khung có tạo thành ngẫu lực không? Nếu có thì momen ngẫu lực bằng bao nhiêu?
Hướng dẫn giải:Khi mặt phẳng khung vuông góc với các đường sức từ như hình 33.3
thì lực từ tác dụng lên các cạnh của khung sẽ nằm trong mặt phẳng khung và vuông góc với các cạnh. Vì vậy, lực từ có tác dụng làm căng khung ra, hay nén khung lại, chứ không tạo thành ngẫu lực
Câu 4 (trang 165 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy nêu cấu tạo và hoạt động của động cơ điện một chiều
Hướng dẫn giải:
• Cấu tạo: động cơ điện có hai bộ phận chính là nam châm tạo ra từ trường và khung dây dẫn có dòng điện chạy qua như hình 33.4.
• Hoạt động: động cơ điện hoạt động dựa trên tác dụng lực của từ trường lên khung dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường. Khi động cơ điện hoạt động thì nó chuyển hóa điện năng thành cơ năng.
Câu 5 (trang 165 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy nêu cấu tạo và hoạt động của điện kế khung quay
Hướng dẫn giải:* Cấu tạo: điện kế khung quay gồm một khung dây có khoảng vài trăm vòng dây quấn sát. Khung lồng ra bên ngoài một lõi sắt và được đặt giữa hai cực của nam châm điện. Ngoài ra có một lò xo để giữ khung ở một vị trí xác định.
* Hoạt động: khi cho dòng điện vào khung thì ngẫu lực làm khung quay lệch khỏi vị trí lúc đầu. Khi đó lò xo sẽ sinh momen cản. Khi cân bằng khung sẽ lệch khỏi vị trí lúc đầu một góc α tỉ lệ với cường độ dòng điện trong khung.
Bài 1 (trang 165 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Chọn câu sai
Momen ngẫu lực từ tác dụng lên một khung dây có dòng điện đặt trong từ trường đều.
A. Tỉ lệ với diện tích khung
B. Có gí trị lớn nhất khi mặt phẳng khung vuông góc với đường sức từ
C. Phụ thuộc cường độ dòng điện trong khung
D. Tỉ lệ với cảm ứng từ.
Hướng dẫn giải:Momen ngẫu lực từ tác dụng lên một khung dây có dòng điện đặt trong từ trường đều có giá trị lớn nhất khi mặt phẳng khung vuông góc với đường sức từ.
Đáp án sai là: B
Bài 2 (trang 165 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Chọn phương án đúng
Một khung dây phẳng nằm trong từ trường đều, mặt phẳng khung dây chứa các đường sức từ. Giảm cảm ứng từ đi hai lần và tăng cường độ dòng điện trong khung lên 4 lần thì momen lực từ tác dụng lên khung sẽ tăng lên.
A. 2 lần
B. 4 lần
C. 6 lần
D. 8 lần
Hướng dẫn giải:Độ lớn của momen ngẫu lực M khi mặt phẳng khung dây chứa các đường sức từ tức là vecto cảm ứng từ 
0 là:
M = I. B. S. sinθ = I. B. S
Giảm cảm ứng từ đi hai lần và tăng cường độ dòng điện trong khung lên bốn lần tức là:
B’ = B/2; I’ = 4. I
→ M’ = I’. B’. S = 4. I. 0,5B. S = 2M
→ Momen lực từ tác dụng lên khung sẽ tăng lên 2 lần
Đáp án đúnglà: A
Bài 3 (trang 165 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một khung dây hình chữ nhật ABCD đặt trong từ trường đều cảm ứng từ B = 5.10-2 T. Cạnh AB của khung dài 3cm, cạnh BC dài 5 cm. Dòng điện trong khung có cường độ 2A. Tính giá trị lớn nhất của momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung trong hai trường hợp:
a) Cạnh AB của khung vuông góc còn cạnh BC song song với đường sức từ
b) Cạnh BC của khung vuông góc còn cạnh AB song song với đường sức từ
Hướng dẫn giải:a) Giá trị lớn nhất của momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung trong trường hợp cạnh AB của khung vuông góc còn cạnh BC song song với đường sức từ.
M = I. B. a. b = 2.5.10-2.3.10-2.5.10-2 = 1,5.10-4 N. m
b) Giá trị lớn nhất của momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung trong trường hợp cạnh BC của khung vuông góc còn cạnh AB song song với đường sức từ.
M = I. B. a. b = 2.5.10-2.3.10-2.5.10-2 = 1,5.10-4 N. m
Đáp số: a) M = 1,5.10-4 N. m b) M = 1,5.10-4 N. m
Bài 4 (trang 165 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một khung dây có kích thước 2cm x 3cm đặt trong từ trường đều. Khung dây gồm 200 vòng. Cho dòng điện cường độ 0,2A đi vào khung dây. Momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung có giá trị lớn nhất bằng 24.10-4 N. m. Hãy tính cảm ứng từ của từ trường.
Hướng dẫn giải:Momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung có giá trị lớn nhất được tính bởi công thức:
M = N. I. B. S
Cảm ứng từ của từ trường là:
Đáp số: B = 0,1T
Bài trước: Bài 32: Lực lo-ren-xơ - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao Bài tiếp: Bài 34: Sự từ hóa các chất. Sắt từ - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao