Bài tập Xác định phương chiều và độ lớn của lực từ tác dụng lên dây dẫn môn Vật lý 11 có đáp án

XÁC ĐỊNH PHƯƠNG CHIỀU VÀ ĐỘ LỚN CỦA LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN DÂY DẪN

Bài 1. Ba dây dẫn thẳng dài và song song cách đều nhau một khoảng a = 20 (cm) (hình vẽ). Cường độ dòng điện chạy trong 3 dây lần lượt là  \({I_1} = 50{\rm{A;}}{I_2} = {I_3} = 20{\rm{A}}\).

1. Xác định cảm ứng từ B tại điểm cách dây 2 và dây 3 một khoảng a = 20 cm (tại I₁ ). 

2. Xác định phương chiều và độ lớn của lực từ tác dụng lên 1m của dây 1 bằng 2 cách:

a) Dựa vào cảm ứng từ B vừa tính câu a.

b) Tính trực tiếp.

Lời giải:

1. Ta có:

\(\left\{ \begin{array}{l} {B_2} = {2.10^{ - 7}}.\frac{{{I_2}}}{{{r_2}}} = {2.10^{ - 5}}\left( T \right)\\ {B_3} = {2.10^{ - 7}}.\frac{{{I_3}}}{{{r_3}}} = {2.10^{ - 5}}\left( T \right) \end{array} \right.\)

Cảm ứng từ tổng hợp tại M:  \(\overrightarrow B = \overrightarrow {{B_2}} + \overrightarrow {{B_3}} \) 

Gọi α là góc tạo bởi  \(\overrightarrow {{B_2}}\) và \(\overrightarrow {{B_3}}\) :   

\(\begin{array}{l} \alpha = {I_2}M{I_3} = {60^ \circ }\\ \Rightarrow B = \sqrt {B_1^2 + B_2^2 + 2{B_1}{B_2}\cos \alpha } = 2\sqrt 3 {.10^{ - 5}}T \end{array}\)

2.

a) Khi đặt dòng điện I₁ vào M thì dòng I1 sẽ chịu tác dụng của lực từ của từ trường tổng hợp \(\overrightarrow B \) :

\(F = B{I_1}\ell = 2\sqrt 3 {.10^{ - 5}}.50.1 = \sqrt 3 {.10^{ - 3}}N\) .

b) Ta có:

\(\begin{array}{l} \left\{ \begin{array}{l} {r_{21}} = {r_{31}} = a = 0,2m\\ {I_2} = {I_3} \end{array} \right.\\ \Rightarrow {F_{21}} = {F_{31}} = {2.10^{ - 7}}.\frac{{{I_2}.{I_1}}}{{{r_{21}}}} = {10^{ - 3}}N \end{array}\)

Gọi  \(\overrightarrow F \) là hợp lực do I2 và I3 tác dụng lên I1 :

\(\overrightarrow F = \overrightarrow {{F_{21}}} + \overrightarrow {{F_{31}}} \)

Vì \({F_{13}} = {F_{23}}\) nên \(F = 2{F_{13}}\cos \beta \) (với  \(\beta = \frac{\alpha }{2} = {30^ \circ }\) )

Hay:  \(F = {2.10^{ - 3}}.\cos {30^ \circ } = \sqrt 3 {.10^{ - 3}}N\) 

Bài 2: Hai dây dẫn thẳng dài, đặt song song với nhau và cách nhau 10 cm đặt trong không khí. Dòng điện chạy trong dây dẫn có cường độ là  \({I_1} = 1A,{I_2} = 5A\).

a) Tính lực từ tác dụng lên một đơn vị chiều dài của dây.

b) Tính lực từ tác dụng lên một đoạn có chiều dài 2 m của mỗi dây

Lời giải:

a) Lực tác dụng lên một đơn vị chiều dài của dây:

\({F_0} = {2.10^{ - 7}}.\frac{{{I_1}.{I_2}}}{r} = {2.10^{ - 7}}.\frac{{1.5}}{{0,1}} = {10^{ - 5}}N\)

b) Lực từ tác dụng lên một đoạn có chiều dài 2m của mỗi dây:

\(F = {2.10^{ - 7}}.\frac{{{I_1}.{I_2}}}{r}.\ell = {2.10^{ - 7}}.\frac{{2.5}}{{0,1}}.2 = {2.10^{ - 5}}N\) .

Bài 3: Dây dẫn thẳng dài có dòng  \({I_1} = 15A\) đi qua, đặt trong chân không.

a) Tính cảm ứng từ tại điểm cách dây 15 cm.

b) Tính lực từ tác dụng lên 1 m dây của dòng \({I_2} = 10A\) đặt song song cách I1 đoạn 15 cm. Cho biết lực đó là lực hút hay lực đẩy. Biết rằng I1 và I2 ngược chiều nhau.

Lời giải:

a) Cảm ứng từ do dòng điện I1 gây ra tại điểm M cách dây đoạn 15 cm là:

\(B = {2.10^{ - 7}}\frac{{{I_1}}}{r} = {2.10^{ - 7}}\frac{{15}}{{0,15}} = {2.10^{ - 5}}T\)

b) Lực từ do dòng I1 tác dụng lên 1m dây dòng I2 :

\(F = {2.10^{ - 7}}\frac{{{I_1}.{I_2}}}{r} = {2.10^{ - 7}}\frac{{15.10}}{{0,15}} = {2.10^{ - 4}}N\) .

Vì hai dòng điện ngược chiều nên lực là lực đẩy.

Bài 4: Ba dây dẫn thẳng dài mang dòng điện \({I_1},{I_2},{I_3}\) theo thứ tự đó, đặt song song cách đều nhau, khoảng cách giữa 2 dây là a = 4 cm. Biết rằng chiều của I1 và I3 hướng vào, I2 hướng ra mặt phẳng hình vẽ, cường độ dòng điện \({I_1} = 10A,{I_2} = {I_3} = 20A\). Xác định \(\overrightarrow F \) tác dụng lên 1 mét của dòng I1 .

Lời giải:

Dòng I1 sẽ chịu tác dụng của hai dòng điện I2 và I3 .

Gọi \(\overrightarrow {{F_{21}}} ,\overrightarrow {{F_{31}}} \) lần lượt là lực do dòng điện   I2 và I3 tác dụng lên 1 m dây của dòng điện  I1

Ta có:  

\(\left\{ \begin{array}{l}
{F_{21}} = {2.10^{ - 7}}.\frac{{{I_1}.{I_2}}}{{{r_{21}}}} = {2.10^{ - 7}}.\frac{{10.20}}{{0,04}} = {10^{ - 3}}N\\
{F_{31}} = {2.10^{ - 7}}.\frac{{{I_1}.{I_3}}}{{{r_{13}}}} = {2.10^{ - 7}}.\frac{{10.20}}{{0,08}} = {5.10^{ - 4}}N
\end{array} \right.\)

Vì hai dòng điện  I1 và I3  cùng chiều nên lực tương tác giữa chúng là lực hút.

Còn hai dòng điện  I1 và I2  ngược chiều nên lực tương tác giũa chúng là lực đẩy.

Lực tổng hợp:  \(\overrightarrow F  = \overrightarrow {{F_{31}}}  + \overrightarrow {{F_{21}}} \)

Vì \(\overrightarrow {{F_{31}}} \) cùng phương ngược chiều với \(\overrightarrow {{F_{21}}} \) nên:

\(F = \left| {{F_{31}} - {F_{21}}} \right| = {5.10^{ - 4}}N\)

...

---Để xem tiếp nội dung các bài tập Xác định phương chiều và độ lớn của lực từ tác dụng lên dây dẫn, các em vui lòng đăng nhập vào trang Chúng tôi để xem online hoặc tải về máy tính---

Trên đây là một phần trích đoạn nội dung Bài tập Xác định phương chiều và độ lớn của lực từ tác dụng lên dây dẫn môn Vật lý 11 có đáp án. Để xem toàn bộ nội dung các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang Chúng tôi để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập .

Các em quan tâm có thể tham khảo thêm các tài liệu cùng chuyên mục:

• Tóm tắt kiến thức và công thức chương 1 Điện tích- Điện tích trường môn Vật lý 11

• Bài tập tổng hợp Điện tích- Điện trường hay và khó Vật lý 11

• Bài tập tổng hợp nâng cao Điện tích- Định luật Culong Vật lý 11

Chúc các em học tập tốt !