HỆ THỐNG KIẾN THỨC VỀ CHƯƠNG TỪ TRƯỜNG Thầy: Nguyễn Kiếm Anh – THPT An Mỹ - BD -------------------------------------------- e- O R Lực lorenxơ Bài viết này tóm tắt nội dung lý thuyết và phân loại một số dạng toán cơ bản trong chương từ trường nhằm hỗ trợ các em học sinh trong việc: - Tự tìm hiểu kiến thức về từ trường. - Định hướng ôn tập kiến thức đã học. - Xác định phương pháp giải quyết các dạng bài tập định lượng. TÓM TẮT LÝ THUYẾT CHỦ ĐỀ 1: TỪ TRƯỜNG 1. Tìm hiểu về tương tác từ: Những tương tác nào được gọi là tương tác từ? Tương tác giữa nam châm với nam châm, giữa dòng điện với nam châm, giữa dòng điện với dòng điện đều gọi là tương tác từ. Lực tương tác trong các trường hợp trên gọi là lực từ. 2. Tìm hiểu khái niệm từ trường: Từ trường tồn tại ở đâu? Từ trường tồn tại xung quanh nam châm hoặc dòng điện hay các hạt mang điện chuyển động. 3. Tính chất cơ bản của từ trường: Từ trường có tính chất cơ bản nào? Từ trường tác dụng lực từ lên nam châm, lên dòng điện đặt trong nó hay hạt điện tích chuyển động trong nó. 4. Cảm ứng từ: - Cảm ứng từ đặc trưng cho từ trường về phương diện nào? Cảm ứng từ là đại lượng đặc trưng cho từ trường về phương diện tác dụng lực. Cảm ứng từ là đại luông véc tơ, kí hiệu - Để xác định phương, chiều của cảm ứng từ người ta sử dụng phương pháp nào? Dùng nam châm thử đặt vào trong từ trường, khi nam châm thử cân bằng thì: Phương của trục nam châm thử là phương của cảm ứng từ , chiều của cảm ứng từ là chiều từ cực nam sang cực bắc của nam châm thử. 5. Đường sức từ: - Đường sức từ là gì? Có những tính chất nào? * Đường sức từ là đường được vẽ trong từ trường sao cho hướng của tiếp tuyến tại bất kỳ điểm nào trên đường đó cũng trùng với hướng của véc tơ cảm ứng từ tại điểm đó. * Tính chất của đường sức từ : M Các đường sức từ của một từ trường không cắt nhau. (chiều đường sức) Các đường sức từ là những đường cong kín. Độ mau (dày), thưa của các đường sức phản ánh độ lớn, nhỏ của cảm ứng từ. Thế nào là từ trường đều? Từ trường đều là một từ trường mà cảm ứng từ tại mọi điểm đều bằng nhau; đường sức của từ trường đều là những đường thẳng song song, cách đều nhau. - Dạng và chiều của đường sức từ được xác bằng cách nào? Sử dụng phương pháp từ phổ để xác định dạng đường sức và dùng nam châm thử để xác định chiều đường sức. (Hãy trình bày PP từ phổ? ) CHỦ ĐỀ 2: TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC LOẠI MẠCH ĐƠN GIẢN r I 1. Từ trường của dòng điện trong dây dẫn thẳng dài Các đường sức từ có dạng như thế nào? Các đường sức từ là những đường tròn đồng tâm nằm trong mặt M phẳng vuông góc với dây dẫn và có tâm nằm trên dây. Điểm đăt, phương và chiều của đường sức xác định như thế nào? + Điểm đặt: tại điểm ta xét + Phương : Tiếp tuyến với đường cảm ứng qua điểm ta xét + Chiều: Tuân theo quy tắc nắm tay phải như sau: "Giơ ngón tay cái của bàn tay phải hướng theo chiều dòng điện, khum bốn ngón kia xung quanh dây dẫn thì chiều từ cổ tay đễn các ngón tay là chiều của đường sức từ" Độ lớn cảm ứng từ xác định bởi biểu thức nào? + Độ lớn: .  Trong đó: r là khoảng cách từ điểm khảo sát đến dây dẫn, I là cường độ dòng điện trong dây 2. Từ trường của dòng điện trong khung dây tròn: Các đường sức từ có dạng như thế nào? Các đường sức từ là những đường cong khép kín bao quanh dây dẫn. Chỉ có đường sức từ đi qua tâm khung dây là đường thẳng vuông góc với mặt phẳng khung. Cảm ứng từ tại tâm O của dòng điện tròn có bán kính R có phương chiều và độ lớn như thế nào? + Hướng(Phương +Chiều): Tuân theo qui tắc nắm tay phải như sau: "Khum bàn tay phải theo vòng dây của khung sao cho chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện trong khung , ngón cái choãi ra chỉ chiều các đường sức từ xuyên qua mặt phẳng dòng điện" + Độ lớn: I I Đối với khung có 1 vòng dây: . Đối với khung có N vòng dây : . Từ trường của dòng điện trong ống dây dài: I Các đường sức từ có dạng như thế nào? Đường sức là các đường cong khép kín, phần ờ trong lòng ống dây là những đoạn thẳng song song, cách đều nhau. Cảm ứng từ tại một điểm trong lòng ống dây có phương chiều và độ lớn như thế nào? + Phương: Trong lòng ống dây là từ trường đều, cảm ứng từ có phương trùng với các đường sức từ . + Chiều: - Cực nam của ống dây có I chạy cùng chiều kim đồng hồ và các đừơng sức đi vào - Cực bắc có I chạy ngược chiều kim đồng hố và có đi ra I O Có thể vẽ như sau: I + Độ lớn: Trong đó n là só vòng dây trên 1 m chiều dài nên ta còn có công thức sau: . N: là số vòng dây ; l: là chiều dài của ống dây (đơn vị: m) Ghi nhớ : I cùng thì nam, ngược thì Bắc ; vào nam ra bắc CHỦ ĐỀ 3: LỰC TỪ 1. Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện + Điểm đặt: Trung điểm đoạn dây có chiều dài l + Phương: Vuông góc với mặt phẳng chứa l và vecto cảm ứng từ + Chiều : Tuân theo qui tắc bàn tay trái như sau: "Xòe bàn tay trái sao cho các đừong cảm ứng từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều dòng điện, chiều ngón tay cái choãi ra 900 chỉ chiều lực từ " + Độ lớn: . là chiều của dòng điện I1 I2 F F’ Có thể vẽ như sau: I1 I2 2. Lực (từ) tương tác giữa hai dây dẫn // mang dòng điện I1 I2 Lực tương tác giữ hai dây dẫn // mang dòng điện có điểm đặt, phương, chiều. độ lớn như thế nào? F F’ + Phương: Nằm trong mặt phẳng chứa 2 dây và vuông góc với 2 dây. + Chiều: Lực hút nếu hai dòng điện cùng chiều Lực đẩy nếu hai dòng điện ngược chiều. + Độ lớn: Lực tương tác đoạn dây có chiều dài l: Lực tương tác đoạn dây có chiều dài l= 1m : 3. Lực lo-ren-xơ: q > 0 Lực lorenxơ là gì? Lực lorenxơ là lực từ tác dụng lên một hạt mang điện chuyển động trong tử trường. Lực loren xơ có phương, chiều và độ lớn như thế nào? + Phương: vuông góc với mặt phẳng chứa và . + Chiều: Tuân theo quy tắc bàn tay trái như sau: "Xòe bàn tay trái sao cho các đường cảm ứng hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay là chiều chuyển động của hạt mang điện, chiều ngón tay choãi ra 900 chỉ chiều của đặt lên hạt mang điện dương (+), còn hạt mang điện âm (-) thì chiều ngược lại" D I C I A B D C I I A B + Độ lớn: + 4. Lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện: a/ Trường hợp đường sức từ nằm trong mặt phẳng khung dây. Lực từ tác dụng vào trung điểm hai cạnh vuông góc với các đường sức (cạnh AD và BC), tạo thành ngẫu lực có tác dụng làm cho khung dây quay. Lực từ tác dụng vào hai cạnh // vớ các đường sức bằng 0. b/ Trường hợp đường sức từ vuông góc mặt phẳng khung dây. Các lực tác dụng vào các cạnh của khung dây đều nằm trong mặt phẳng khung dây, do đó vị trí này lực từ không có tác dụng làm cho khung dây quay. c/ Mô men ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện. - Trường hợp đường sức từ nằm trong mặt phẳng khung dây và vuông góc với hai cạnh đối diện của khung thì ngẫu lực từ gây ra mô men quay : ; S là diện tích khung dây (m2) - Trường hợp đường sức từ không nằm trong mặt phẳng khung dây, ở vị trí véc tơ pháp tuyến của khung dây hợp với véc tơ một góc thì mô men ngẫu lực là: . Ứng dụng của lực từ tác dụng lên khung dây: + Chế tạo động cơ điện một chiều. + Chế tạo điện kế khung quay. PHÂN DẠNG BÀI TẬP Dạng 1 : Xác định cảm ứng từ của 1 dòng điện Phương pháp : Vận dụng các kiến thức về cảm ứng từ của dòng điện trong các mạch điện đơn giản. - Về độ lớn : độ lớn cảm ứng từ của * Dòng điện thẳng dài: . * Dòng điện tròn: (Tại tâm O khung dây có N vòng dây) * Ống dây dài: ; - Dựa vào các qui tắc đã học để xác định phương chiều của véctơ cảm ứng từ. Dạng 2: Xác định cảm ứng từ tổng hợp Phương pháp: - Áp dụng nguyên lý chồng chất từ trường - Để xác định độ lớn và phương chiều của ta tìm các véc tơ rồi vận dụng: * qui tắc hình bình hành hoặc qui tắc đa giác để tổng hợp véctơ * định lí cosin để tính độ lớn vectơ tổng Dạng 3: Xác định lực từ Phương pháp: Loại 1/ Lực từ tác dụng lên đoạn dây l mang dòng điện + Điểm đặt: Trung điểm đoạn l + Độ lớn: . + Phương: vuông góc với mặt phẳng . + Chiều: theo qui tắc bàn tay trái + Đơn vị: N Chú ý : Cần rèn luyện vẽ hình xác định đúng quan hệ giữa dòng điện I, cảm ứng từ và lực từ . e- O R Loại 2/ Lực lo-ren-xơ + Bản chất : Là lực từ tác dụng vào hạt mang điện chuyển động trong từ trường. + Độ lớn : + Phương: vuông góc với mặt phẳng . + Chiều: Theo qui tắc bàn tay trái. Chú ý: - Một hạt mang điện chuyển động với vận tốc vuông góc với thì lực lorenxơ đóng vai trò là lực hướng tâm làm cho hạt chuyển động trên quỹ đạo tròn bán kính R. - Công thức lực hướng tâm : . Loại 3/ Lực tương tác từ giữa hai dòng điện thẳng dài, song song Loại 4/ Mô men lực tác dụng vào khung dây mang dòng điện. PP: Vận dụng các kiến thức đã nói trên để giải quyết bài toán theo yêu cầu của đề. CHÚC CÁC EM THÀNH CÔNG Thầy: Nguyễn Kiếm Anh_THPT An Mỹ_BD 1