Giải vật lí 11 bài 21: Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt

Hướng dẫn giải bài tập, bài thực hành trong bài 21: Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt - sách giáo khoa vật lí 11. Tất cả các kiến thức lý thuyết và bài tập trong bài học này đều được giải đáp cẩn thận, chi tiết. Chúng ta tham khảo để học tốt vật lí 11 bài 21: Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt nhé.


I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

Cảm ứng từ của một dòng điện chạy trong một dây dẫn có hình dạng bất kì:

Tỉ lệ với cường độ dòng điện I gay ra từ trường;

Phụ thuộc dạng hình học của dây dẫn;

Phụ thuộc vào vị trí điểm M đang xét so với dây dẫn;

Phụ thuộc vào môi trường xung quanh.

1. Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài

Xét một dây dẫn thẳng dài có cường độ dòng điện I

Xét điểm M cách dây dẫn một khoảng r, cảm ứng từ tại M là:

$\overrightarrow{B}$ vuông góc với mặt phẳng tạo bởi M và dây dẫn.

Chiều: xác định theo quy tắc nắm tay phải.

Độ lớn: $B = 2.10^{-7}.\frac{I}{r}$ (T).

2. Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn uốn thành vòng tròn

Xét một dây dẫn được uốn thành vòng tròn bán kính R, dòng điện chạy qua dây dẫn có cường độ là I.

Xét điểm O là tâm vòng tròn, cảm ứng từ tại O là:

$\overrightarrow{B}$ vuông góc với mặt phẳng chứa dòng điện.

Chiều: xác định theo quy tắc ra Bắc vào Nam.

Độ lớn: $B = 2. \pi 10^{-7}.\frac{I}{R}$ (T).

Nếu khung dây tròn có N vòng dây thì cảm ứng từ tại O là: $B = 2. \pi 10^{-7}.N.\frac{I}{R}$ (T).

3. Từ trường của dòng điện chạy trong ống dây dẫn hình trụ

Xét ống dây hình trụ như hình vẽ, chiều dài ống dây là l, số vòng dây là N, dòng điện chạy qua các vòng dây là I.

Từ trường bên trong ống dây là từ trường đều. Các đường sức từ là những đường thẳng song song cùng chiều và cách đều nhau.

Độ lớn: $B = 4. \pi 10^{-7}.\frac{N}{l}.I = 4\pi 10^{-7}.n.I$ (T).

Với n: mật độ vòng dây.

4. Từ trường của nhiều dòng điện

Khi tính từ trường của nhiều dòng điện, ta phân dòng điện thành những dòng điện có hình dạng xác định rồi áp dụng các quy tắc, công thức để tính. Từ trường gây ra bởi nhiều dòng điện là từ trường tổng hợp tuận theo nguyên lí chồng chất.

Nguyên lí chồng chất từ trường: Vecto cảm ứng từ gây ra bằng tổng các vecto cảm ứng từ do từng từ dòng điện gây ra tại điểm ấy.

II. GIẢI BÀI TẬP

Giải câu 1: Cảm ứng từ tại một điểm trong từ...

Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường của dòng điện phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Bài giải:

Cảm ứng từ của một dòng điện chạy trong một dây dẫn có hình dạng bất kì:

Tỉ lệ với cường độ dòng điện I gay ra từ trường;

Phụ thuộc dạng hình học của dây dẫn;

Phụ thuộc vào vị trí điểm M đang xét so với dây dẫn;

Phụ thuộc vào môi trường xung quanh.

Giải câu 3: Phát biểu nào dưới đây là đúng...

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:

Chọn đáp án A.

Giải thích: từ công thức tính cảm ứng từ tại tâm một dòng điện tròn, ta có thể trả lời được câu hỏi này.

Giải câu 4: Phát biểu nào dưới đây là đúng...

Phát biểu nào dưới 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:

Chọn đáp án C.

Giải câu 5: So sánh cảm ứng từ bên trong hai...

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:

Cảm ứng từ bên trong ống 1 là: $B_{1} = 4\pi .10^{-7}\frac{N_{1}}{l_{1}}.I_{1} = 4\pi .10^{-7}.\frac{5000}{2}.5 = 5\pi .10^{-3}$ (T).

Cảm ứng từ bên trong ống hai là: $B_{2} = 4\pi .10^{-7}\frac{N_{2}}{l_{2}}.I_{2} = 4\pi .10^{-7}.\frac{10000}{1,5}.2 = 5,33\pi .10^{-3}$ (T).

Vậy cảm ứng từ trong ống dây thứ 2 lớn hơn.

Giải câu 6: Hai dòng điện đồng phẳng: dòng thứ...

Hai dòng điện đồng phẳng: dòng thứ nhất thẳng dài, I1 = 2 A; dòng thứ 2 hình tròn, tâm O2 cách dòng thứ nhất 40 cm, bán kính R2 = 20 cm, I2 = 2 A. Xác định cảm ứng từ tại O2.

Bài giải:

Cảm ứng từ gây ra do dòng điện thẳng tại O2 là:

$B_{1} = 2.10^{-7}.\frac{I}{r} = 2.10^{-7}.\frac{2}{40.10^{-2}} = 10^{-6}$ (T).

Cảm ứng từ gây ra bởi dòng điện tròn tại tâm của nó là:

$B_{2} = 2. \pi 10^{-7}.\frac{I}{R} = 2\pi .10^{-7}.\frac{2}{20.10^{-2}} \approx 6,3.10^{-6}$ (T).

Cảm ứng từ tại O2 là:

Do Bcùng phương với B2 ­nhưng chưa biết chúng có chiều như thế nào so với nhau nên: B = B1 $\pm $ B(T).

Giải câu 7: Hai dòng điện I1 = 3 A, I2 = 2 A chạy...

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:

Cảm ứng từ do mỗi dòng điện gây ra được vẽ trên hình:

Nhận xét: Do hai dòng điện cùng chiều nên trong miền không gian giữa hai dòng điện cảm ứng từ gây ra bởi mỗi dòng điện có cùng phương và ngược chiều.

Để $\overrightarrow{B} = \overrightarrow{0}$ thì B1 = B2

$\Rightarrow $ $\frac{r_{1}}{r_{2}} = \frac{I_{1}}{I_{2}} = \frac{3}{2}$.

Lại có r1 + r2 = 50 cm.

Giải hai phương trình trên, ta được r1 = 30 cm, r2 = 20 cm.

Vậy tập hợp các điểm cách dòng điện thứ nhất 30 cm, cách dòng điện thứ hai 20 cm thì có cảm ứng từ bằng 0.

Xem thêm lời giải Giải môn Vật lí lớp 11

Giải vật lí lớp 11, soạn bài vật lí lớp 11, làm bài tập bài thực hành vật lí 11. Ở đây, có kiến thức tất cả các bài học trong chương trình sgk vật lí lớp 11. Ngoài phần tổng hợp lý thuyết, các câu hỏi giữa bài, cuối bài học đều được giải dễ hiểu, dễ nhớ. Học sinh muốn xem bài nào thì click vào tên bài tương ứng ở mục lục sau

Lớp 11 | Các môn học Lớp 11 | Giải bài tập, đề kiểm tra, đề thi Lớp 11 chọn lọc

Danh sách các môn học Lớp 11 được biên soạn theo sách giáo khoa mới của bộ giáo dục đào tạo. Kèm theo lời giải sách bài tập, sách giáo khoa, đề kiểm tra 15 phút, 45 phút (1 tiết), đề thi học kì 1 và học kì 2 năm học 2024 ngắn gọn, chi tiết dễ hiểu.