: Một nhóm học sinh thực hiện thí nghiệm xác định độ lớn cảm ứng từ. Bộ dụng cụ bao gồm: dây dẫn CD mang dòng điện không đổi
21/28
Một nhóm học sinh thực hiện thí nghiệm xác định độ lớn cảm ứng từ. Bộ dụng cụ bao gồm: dây dẫn CD mang dòng điện không đổi (1), nam châm hình chữ U tạo từ trường đều (2), cân điện tử (3). Nhóm lắp đặt các dụng cụ như hình vẽ, dây CD được cố định theo phương ngang giữa hai cực của nam châm, dòng điện chạy qua đoạn dây có gắn ampe kế. Ban đầu nhóm ngắt công tắc điện k, điều chỉnh cân về số chỉ 0. Sau đó đóng công tắc k để có dòng điện chạy qua dây CD, đọc giá trị cường độ dòng điện và số chỉ của cân. Lặp lại thí nghiệm với 5 lần đo và ghi số liệu vào bảng. Lấy \(g = 9,80{\rm{\;m/}}{{\rm{s}}^2}\). Chiều dài phần dây trong từ trường là 10 cm.
Lần đo | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
I(A) | 2,51 | 3,22 | 4,36 | 5,02 | 6,74 |
m(g) | 4,10 | 5,31 | 7,15 | 8,16 | 11,00 |
a) Số chỉ của cân tăng lên chứng tỏ có một lực tác dụng lên nam châm theo phương thẳng đứng, chiều hướng xuống.
b) Sợi dây chịu tác dụng của lực từ có độ lớn chính là số chỉ của cân theo đơn vị N.
c) Chiều dòng điện là chiều từ D đến C.
d) Từ bảng số liệu, giá trị trung bình của cảm ứng từ là \({\rm{B}} = 0,15{\rm{\;T}}\).
Phương pháp:
Định luật III Newton: lực do từ trường của nam châm tác dụng lực từ lên dây dẫn có dòng điện chạy qua, thì dây dẫn cũng tác dụng lên nam châm một lực từ cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn với lực từ tác dụng lên dây dẫn
Quy tắc bàn tay trái: đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa là chiều dòng điện thì ngón tay cái choãi ra \({90^ \circ }\) chỉ chiều của lực từ tác dụng lên dây dẫn
Độ lớn lực từ: \(F = IBl{\rm{sin}}\alpha \)
Cách giải:
a) Số chỉ của cân tăng lên chứng tỏ có một lực tác dụng lên nam châm theo phương thẳng đứng, chiều hướng xuống \( \to \) a đúng
b) Độ lớn lực từ tác dụng lên dây dẫn bằng trọng lượng của vật có khối lượng hiển thị trên cân
\( \to \) b sai
c) Lực từ do dây dẫn tác dụng lên nam châm có chiều hướng xuống \( \to \) lực từ tác dụng lên dây dẫn có chiều hướng lên
Áp dụng quy tắc bàn tay trái: \(\vec F\) hướng lên, \(\vec B\) hướng từ trái sang phải \( \to \) cường độ dòng điện có chiều từ C đến D
\( \to \) c sai
d) Độ lớn lực từ tác dụng lên dây dẫn bằng trọng lượng của vật có khối lượng hiển thị trên cân:
\(F = IBl = mg \Rightarrow B = \frac{{mg}}{{Il}}\)
Cảm ứng từ trong các lần đo tương ứng là:
\({B_1} = \frac{{{m_1}g}}{{{I_1}l}} = \frac{{{{4,1.10}^{ - 3}}.9,8}}{{2,51.0,1}} \approx 0,1601\left( T \right)\)
\({B_2} = \frac{{{m_2}g}}{{{I_2}l}} = \frac{{{{5,31.10}^{ - 3}}.9,8}}{{3,22.0,1}} \approx 0,1616\left( T \right)\)
\({B_3} = \frac{{{m_3}g}}{{{I_3}l}} = \frac{{{{7,15.10}^{ - 3}}.9,8}}{{4,36.0,1}} \approx 0,1607\left( T \right)\)
\({B_4} = \frac{{{m_4}g}}{{{I_4}l}} = \frac{{{{8,16.10}^{ - 3}}.9,8}}{{5,02.0,1}} \approx 0,1593\left( T \right)\)
\({B_5} = \frac{{{m_5}g}}{{{I_5}l}} = \frac{{{{11.10}^{ - 3}}.9,8}}{{6,74.0,1}} \approx 0,1599\left( T \right)\)
Giá trị trung bình của cảm ứng từ là:
\(\overline B = \frac{{0,1601 + 0,1616 + 0,1607 + 0,1593 + 0,1599}}{5} \approx 0,16032\left( T \right)\)
\( \to \) d sai