Một đoạn dây dẫn nằm ngang được giữ cố định ở vùng từ trường đều trong khoảng không gian giữa hai cực của nam châm. Nam châm này được đặt trên một cái cân như hình vẽ.
15/21
Phần II (3 điểm). Thí sinh trả lời từ câu 1 đến câu 3. Trong mỗi ý a), b), c), d) ở từng câu, thí sinh chọn đúng hoặc sai.
Một đoạn dây dẫn nằm ngang được giữ cố định ở vùng từ trường đều trong khoảng không gian giữa hai cực của nam châm. Nam châm này được đặt trên một cái cân như hình vẽ. Phần nằm trong từ trường của đoạn dây dẫn có chiều dài là 10 cm. Khi không có dòng điện chạy trong đoạn dây, số chỉ của cân là \(600,16{\rm{\;g}}\). Khi có dòng điện cường độ \(1,53{\rm{A}}\) chạy trong đoạn dây, số chỉ của cân là \(601,55{\rm{g}}\). Lấy \({\rm{g}} = 9,80{\rm{\;m}}/{{\rm{s}}^2}\).
Lực từ tác dụng lên dòng điện có chiều từ trên xuống dưới.
Khối lượng của nam châm là \(600,16{\rm{\;g}}\).
Cảm ứng từ của từ trường giữa hai cực của nam châm có độ lớn là \(0,90{\rm{\;T}}\).
Dòng điện chạy trong đoạn dây có chiều từ Q đến P.
a) SAI
Khi có dòng điện, số chỉ của cân tăng lên (\(601,55{\rm{\;g}} > 600,16{\rm{\;g}}\)). Điều này chứng tỏ đoạn dây dẫn mang dòng điện đã tác dụng lên nam châm một lực đẩy có chiều hướng từ trên xuống dưới. Theo định luật III Newton, nam châm tác dụng trở lại đoạn dây dẫn một lực từ \(\vec F\) có cùng độ lớn nhưng ngược chiều, tức là lực từ tác dụng lên dòng điện có chiều hướng từ dưới lên trên.
b) ĐÚNG
Khi chưa có dòng điện, lực từ không xuất hiện. Số chỉ của cân chính là trọng lượng của nam châm quy đổi ra khối lượng: \({\rm{m}} = 600,16{\rm{\;g}}\).
c) SAI
Độ lớn của lực từ \(\vec F\) chính bằng độ biến thiên trọng lượng do lực đẩy gây ra:
\(F = {\rm{\Delta }}m.g = \left( {601,55 - 600,16} \right){.10^{ - 3}}.9,80 \approx 0,01362{\rm{\;N}}\)
Từ công thức \(F = BIl\) (do dây dẫn vuông góc với đường sức từ), ta tính được cảm ứng từ:
\(B = \frac{F}{{Il}} = \frac{{0,01362}}{{1,53.0,1}} \approx 0,089{\rm{\;T}}\)
d) ĐÚNG
Dựa vào hình vẽ, cực Bắc (N) ở bên phải và cực Nam (S) ở bên trái, do đó đường sức từ \(\vec B\) có chiều từ phải sang trái. Áp dụng quy tắc bàn tay trái: Hứng các đường sức từ đi vào lòng bàn tay (úp lòng bàn tay hướng sang phải), ngón cái choãi ra \({90^ \circ }\) chỉ chiều lực từ \(\vec F\) hướng lên trên. Khi đó chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều dòng điện là hướng từ Q đến P.