Một nhóm học sinh thực hiện thí nghiệm khảo sát lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện. Sơ đồ thí nghiệm được bố trí như hình vẽ, đoạn dây dẫn PQ có trọng lượng P , được tr
27/28
Một nhóm học sinh thực hiện thí nghiệm khảo sát lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện. Sơ đồ thí nghiệm được bố trí như hình vẽ, đoạn dây dẫn PQ có trọng lượng P , được treo nặ̀m ngang bởi hai sợi dây dẫn mảnh, nhẹ tại hai điểm M và N . Ban đầu khoá k ngắt, các dây treo có phương thẳng đứng. Đóng khóa k , dòng điện đi qua PQ , khi cân bằng một phần thanh PQ nằm trong từ trường đều giữa hai cực của nam châm, vuông góc với các đường sức từ. Khi đó các dây treo hợp với phương ngang một góc \(\theta \). Thay đổi cường độ dòng điện I qua thanh PQ và ghi lại giá trị của góc \(\theta \) tương ứng.
Đường sức từ giữa hai cực nam châm có phương thẳng đứng, chiều hướng lên.
Cực dương của nguồn điện nối với M và cực âm nối với N .
Lực từ tác dụng lên đoạn dây PQ có độ lớn \({\rm{F}} = {\rm{P}}\). tan \(\theta \).
Giá trị tan \(\theta \) tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện I qua đoạn dây.
a) Đúng
Trên hình, cực dưới là \(N\), cực trên là \(S\). Đường sức từ ở khoảng không giữa hai cực nam châm đi từ \(N\) đến \(S\), nên có phương thẳng đứng và chiều hướng lên.
Vì vậy ý a đúng.
b) Đúng
Khi đóng khóa \(k\), thanh bị lệch về bên phải như hình, tức là lực từ tác dụng lên đoạn dây PQ hướng sang phải.
Dùng quy tắc bàn tay trái (hay quy tắc tích có hướng \(\vec F = I\vec l \times \vec B\)):
- \(\vec B\) hướng lên trên,
- \(\vec F\) hướng sang phải,.
suy ra dòng điện trong đoạn PQ phải có chiều thích hợp như hình vẽ mạch, tương ứng với cực dương của nguồn nối với \(M\) và cực âm nối với \(N\).
Vì vậy ý b đúng.
c) Sai
Vì các dây treo hợp với phương ngang một góc \(\theta \) nên nếu gọi \(T\) là tổng lực căng theo phương dây treo, ta có:
- thành phần theo phương ngang cân bằng lực từ: \(F = T\cos \theta \)
- thành phần theo phương thẳng đứng cân bằng trọng lực: \(P = T\sin \theta \).
Chia hai hệ thức: \(\frac{F}{P} = \frac{{T\cos \theta }}{{T\sin \theta }} = \cot \theta \)
Suy ra: \(F = P\cot \theta \)
Không phải: \(F = P\tan \theta \)
Vì vậy ý c sai.
d) Sai
Ta có lực từ tác dụng lên đoạn dây: \(F = BIl\)
Mà theo câu trên: \(F = P\cot \theta \)
Suy ra: \(P\cot \theta = BIl\)
Hay \(\cot \theta = \frac{{Bl}}{P}I\)
Vậy \(\cot \theta \) tỉ lệ thuận với \(I\), không phải \(\tan \theta \) tỉ lệ thuận với \(I\).
Vì vậy ý d sai.