Bài tập Vật lí Lớp 11 - Chương 4: Từ trường - Chuyên đề 2: Lực từ - Dạng 2: Tương tác giữa các dây dẫn thẳng dài đặt song song có dòng điện chạy qua (Có lời giải)

Nội dung text: Bài tập Vật lí Lớp 11 - Chương 4: Từ trường - Chuyên đề 2: Lực từ - Dạng 2: Tương tác giữa các dây dẫn thẳng dài đặt song song có dòng điện chạy qua (Có lời giải)

1. CHƯƠNG IV. TỪ TRƯỜNG CHUYÊN ĐỀ 2: LỰC TỪ DẠNG 2. TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC DÂY DẪN THẲNG DÀI ĐẶT SONG SONG CÓ DÒNG ĐIỆN CHẠY QUA 1. Phương pháp chung - Áp dụng kiến thức, các công thức về lực tương tác từ giữa hai dây dẫn thẳng, song song, có dòng điện chạy qua. - Áp dụng phép xác định hợp các vectơ lực trong trường hợp có nhiều dòng điện thẳng song song. 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Dây dẫn thẳn dài có dòng I1 5 A đi qua đặt trong không khí a) Tính cảm ứng từ tại điểm cách dây 15 cm. A. 2.10 5 T.B. 3.10 5 T.C. 1.10 5 T.D. 4.10 5 T. b) Tính lực từ tác dụng lên 1 m dây dòng I2 10 A đặt song song, cách I1 15 cm, I2 ngược chiều I1 . A. 2.10 4 T.B. 3.10 4 T.C. 1.10 4 T.D. 4.10 4 T. Lời giải a) Cảm ứng từ do dây dẫn thẳng dài có dòng điện gây ra tại điểm cách dây 15 cm là: I 15 B 2.10 7. 1 2.10 7. 2.10 5 T r 0,15 Đáp án A. b) Lực từ tác dụng lên 1 m dây dòng I2 là: I I 15.10 F 2.10 7. 1 2 .l 2.10 7. .1 2.10 4 N r 0,15 Đáp án A. Ví dụ 2: Ba dây dẫn thẳng dài đặt song song cách đều nhau, khoảng cách giữa hai dây là 4 cm. Biết I1 10 A, I2 I3 20 A. Tìm lực từ tác dụng lên 1 m của dòng I1 . A. 2.10 3 N.B. 10 3 N. C. 3.10 3 N. D. 4.10 3 N. Lời giải  + Vì 2 dòng điện 1 và 2 ngược chiều nhau nên lực tương tác là lực tương tác đẩy nên vectơ F 21 hướng ra ngoài. Trang 1
2.  + Vì 2 dòng điện 1 và 3 cùng chiều nhau nên lực tương tác là lực tương tác hút nên vectơ F 31 hướng vào trong.    Hợp lực tác dụng F1 F 21 F 31 I I Ta có I I , r r F F 2.10 7. 1 2 10 3 N 2 3 13 23 21 31 r   3 Mặt khác F 21, F 31 180 60 120 F1 F21 F31 10 N Đáp án B. Ví dụ 3: Ba dây dẫn thẳng dài song song có khoảng cách a 5 cm. Dây 1 và 3 được giữ cố định, có dòng I1 2I3 4 A đi qua như hình. Dây 2 tự do, có dòng I2 5 A đi qua. Tìm chiều di chuyển của dây 2 và lực tác dụng lên 1 m dây 2 khi nó bắt đầu chuyển động nếu I2 có chiều: a) Đi lên 5 5 A. Sang phải, F2 4.10 N.B. Sang trái, F2 4.10 N. 5 5 C. Sang phải, F2 8.10 N.D. Sang trái, F2 8.10 N. b) Đi xuống 5 5 A. Sang phải, F2 4.10 N.B. Sang trái, F2 4.10 N. 5 5 C. Sang phải, F2 8.10 N.D. Sang trái, F2 8.10 N. Lời giải - Lực từ tác dụng do 1 m dây thứ hai: I I 4,5 + Do I gây ra: F 2.10 7. 1 2 2.10 7. 8.10 5 N 1 12 a 0,05 I I 2,5 + Do I gây ra: F 2.10 7. 3 2 2.10 7. 4.10 5 N 3 32 a 0,05    Lực từ tổng hợp lên 1 m dây thứ 2: F2 F12 F32   a) Khi I2 đi lên khi đó F12  F 32   5 F2 F12 F32 4.10 N và F 2  F12 nên dây thứ 2 sẽ di chuyển sang phải Đáp án A.   b) Khi I2 đi xuống khi đó F12  F 32   5 F2 F12 F32 4.10 N và F 2  F12 nên dây thứ 2 sẽ di chuyển sang trái Đáp án B. Trang 2
3. Ví dụ 4: Ba dây dẫn thẳng song song dài vô hạn đặt song song trong không khí như hình, với a1 3 cm, a2 4 cm. Dây 1, 3 cố định, dây 2 tự do. Cường độ dòng điện trong các dây là I1 6 A, I2 5 A, I3 10 A. a) Xác định vectơ cảm ứng từ tại vị trí đặt dây 2 A. 4.10 5 T.B. 5.10 5 T.C. 9.10 5 T.D. 1.10 5 T. b) Xác định lực từ tác dụng lên 1 m chiều dài dây 2 và chiều di chuyển của nó. 4 A. F2 4,5.10 N, di chuyển sang trái. 4 B. F2 4,5.10 N, di chuyển sang phải. 4 C. F2 1,5.10 N, di chuyển sang trái. 4 D. F2 1,5.10 N, di chuyển sang phải. c) Để dây 2 không di chuyển thì ta phải đưa nó tới vị trí khác, xác định vị trí đó. A. Ngoài khoảng 2 dây, cách dây 1 đoạn 10,5 cm. B. Ngoài khoảng 2 dây, cách dây 1 đoạn 10,5 cm. C. Trong khoảng 2 dây, cách đều 2 dây. D. Trong khoảng 2 dây, cách 1 dây 1 đoạn 7,5 cm. Lời giải a) + Cảm ứng từ đặt tại dây 2 là cảm ứng từ tổng hợp do dây 1 và 3 gây ra    B B1 B3  + Sử dụng quy tắc cái đinh ốc 1 với 2 dòng điện (1) và (3) ta được B1  B3 7 I1 7 I3 7 6 7 10 5 B B1 B3 2.10 . 2.10 . 2.10 . 2.10 . 9.10 T a1 a2 0,03 0,04 Đáp án C. b) – Lực từ tác dụng do 1 m dây thứ hai: 7 I1I2 7 6,5 4 + Do I1 gây ra: F12 2.10 . 2.10 . 2.10 N a1 0,03 7 I3I2 7 5.10 4 + Do I3 gây ra: F32 2.10 . 2.10 . 2,5.10 N a2 0,04    Lực từ tổng hợp lên 1 m dây thứ 2: F2 F12 F32   4 Mặt khác do F12  F32 F2 F12 F32 4,5.10 N, và có chiều di chuyển về bên trái tức là hướng về dây thứ 1. Đáp án A. c) + Để dây 2 không di chuyển thì hợp lực tác dụng lên nó phải bằng 0 Trang 3
4.      F12  F 32 F 2 F12 F 32 0 F12 F32 I I a I 3 1 3 1 1 , do đó dây 2 phải ở khoảng ngoài của hai dây 1 và 3 và ở gần dây 1 hơn a1 a2 a2 I3 5 5a1 3a 2 a1 10,5 cm a 2 a1 3 4 7 cm a 2 17,5 cm Vậy vị trí đó ở ngoài khoảng của hai dây 1 và 3 và cách dây 1 một đoạn bằng 10,5 cm. Đáp án A. Trang 4