Bài tập tự luyện Vật lý Chương 3. Từ trường có đáp án

Đáp án đúng là C

Các lực tác dụng lên đoạn dây có dòng điện chạy qua bao gồm:

+ Trọng lực $\overrightarrow{\text{P}}$ hướng thẳng đứng xuống dưới: $\text{P}=\text{m}\text{g}.$

+ Lực từ $\overrightarrow{\text{F}}$ nằm ngang theo quy tắc bàn tay trái: $\text{F}=\text{B}\text{I}\mathcal{l}sin(\overrightarrow{\text{B}},\overrightarrow{\mathcal{l}}).$

+ Hai lực căng dây (hướng dọc theo các dây), có hợp lực $\overrightarrow{\text{T}}.$

Vậy hợp lực tác dụng lên đoạn dây là: $\overrightarrow{\text{F}{}_{\text{h}\text{l}}}=\overrightarrow{\text{P}}+\overrightarrow{\text{F}}+\overrightarrow{\text{T}}$

Để đoạn dây cân bằng thì $\overrightarrow{\text{F}{}_{\text{h}\text{l}}}=0\Rightarrow \overrightarrow{\text{P}}+\overrightarrow{\text{F}}+\overrightarrow{\text{T}}=0\Rightarrow (\overrightarrow{\text{P}}+\overrightarrow{\text{F}})=-\overrightarrow{\text{T}}$

Ta có: $tan\alpha =\frac{\text{F}}{\text{P}}\stackrel{(\overrightarrow{\text{B}},\overline{\mathcal{l}})=90°}{\to }tan\alpha =\frac{\text{B}\text{I}\mathcal{l}}{\text{m}\text{g}}=\frac{2.0,05.0,5}{0,005.10}=1\Rightarrow \alpha =45{}^{°}$.

Đáp án đúng là A

Ta có: $tan\alpha =\frac{\text{F}}{\text{P}}=\frac{\text{B}\text{I}\mathcal{l}}{\text{m}\text{g}}=\frac{0,05\cdot 10\sqrt{3}\cdot 0,1}{5\cdot 10{}^{-3}\cdot 10}=\sqrt{3}\Rightarrow \alpha =60{}^{°}$.

Đáp án đúng là B

- Theo quy tắc bàn tay trái, hướng của lực từ có dạng như hình vẽ, có độ lớn $\text{F}=\text{B}\text{I}\mathcal{l}$

- Vì chuyển động đều nên lực từ cân bằng với lực

$\Rightarrow B\mathcal{l}I=\mu \text{m}\text{g}\Rightarrow I=\frac{\mu \text{m}\text{g}}{B\mathcal{l}}\Rightarrow I=\frac{0,4\cdot 0,2\cdot 10}{0,05\cdot 1,6}=10 \text{A}$.

Đáp án đúng là C

Theo quy tắc bàn tay trái, hướng của lực từ có dạng như hình vẽ, có độ lớn $\text{F}=\text{B}\text{I}\mathcal{l}$

Định luật II Niuton: $\overrightarrow{\text{F}}+\overrightarrow{\text{F}{}_{\text{m}\text{s}}}=\text{m}\overrightarrow{\text{a}}$

Gia tốc: \text{a}=\frac{\text{B}\text{I}\mathcal{l}-\mu \text{m}\text{g}}{\text{m}}\Rightarrow\text{a}=\frac{0,05\cdot 1,6\cdot 12-0,4\cdot 0,2\cdot 10}{0,2}=0,8 \text{m}/\text{s}{}^2.

Đáp án đúng là B

Ta có: $B{}_M=2.10{}^{-7}\frac{I}{r{}_M}\Rightarrow 10{}^{-5}=2.10{}^{-7}\left(\frac{5}{r{}_M}\right)\Rightarrow r{}_M=0,1 \text{m}$

Đáp án đúng là A

Ta có công thức tính từ thông: $\Phi =\text{N}\text{B}\text{S}cos\alpha =20.0,1.5.10^{-4}.cos30°=8,66\cdot 10{}^{-4} \text{W}\text{b}.$

Đáp án đúng là A

Ta có: $\Phi {}_{max}=\text{N}\text{B}\text{S}\Rightarrow 5\cdot 10{}^{-3}=50\cdot \text{B}\cdot 5\cdot 10{}^{-4}\Rightarrow \text{B}=0,2 \text{T}\text{.}$

Đáp án đúng là B

Áp dụng công thức định luật Faraday: $\left|\text{e}{}_{\text{c}\text{u}}\right|=\left|\frac{\Delta \Phi }{\Delta \text{t}}\right|=\left|\frac{0,4-1,2}{0,2}\right|=4 \text{V}\text{.}$

Đáp án đúng là B

Tần số biến thiên của từ thông gửi qua khung dây: $\text{f}=50 \text{H}\text{z}\Rightarrow \omega =2\pi \text{f}=2\pi \text{n}=100\pi \left(\frac{\text{r}\text{a}\text{d}}{\text{s}}\right)$

Suất điện động cực đại: $\text{E}{}_0=\omega \text{N}\text{B}\text{S}=100\pi \cdot 500\cdot \frac{\sqrt{2}}{5\pi }\cdot 220\cdot 10{}^{-4}=200\sqrt{2}( \text{V}).$

Đáp án đúng là C

Ta có: $\text{u}=220\sqrt{2}cos\left(100\pi \text{t}-\frac{\pi }{4}\right)(\text{V}).$

Tại $\text{t}=5 \text{m}\text{s}\Rightarrow \text{u}=220\sqrt{2}cos\left(100\pi \cdot 5\cdot 10{}^{-3}-\frac{\pi }{4}\right)=220 \text{V}.$

Đáp án đúng là C

Thời điểm t $\Rightarrow \text{u}\left(\text{t}\right)=100\sqrt{2}=\frac{\text{U}{}_0}{2}$ (Ứng với pha $\Rightarrow \phi =\frac{\pi }{3})$

Sau \frac{1}{300} s ứng với: $\Delta \phi =\omega \Delta t=\frac{100\pi }{300}=\frac{\pi }{3}$

Khi $u=100\sqrt{2}(V)$ và đang giảm thì $u{}_2=200\sqrt{2}cos\frac{2\pi }{3}=-100\sqrt{2}V.$

Đáp án đúng là B

Áp dụng công thức máy biến áp ta có $\frac{\text{N}{}_1}{ \text{N}{}_2}=\frac{\text{U}{}_1}{\text{U}{}_2}\Rightarrow \frac{\text{N}{}_1}{ \text{N}{}_2}=\frac{220}{55}=4.$

Đáp án đúng là A

Ta có: $\frac{N{}_1}{N{}_2}=\frac{U{}_1}{U{}_2}\Rightarrow \frac{N{}_1}{N{}_2}=\frac{U{}_1}{50}(1)\Rightarrow \{\begin{array}{c}\cdot \text{K}\text{h}\text{i}\text{g}\text{i}\text{a}\text{m}\text{n}\text{v}\text{ò}\text{n}\text{g}\text{:}\frac{N{}_1}{N{}_2-n}=\frac{U{}_1}{U}\\ \cdot \text{K}\text{h}\text{i}\text{t}\text{a}\text{n}\text{g}\text{n}\text{v}\text{ò}\text{n}\text{g}\text{:}\frac{N{}_1}{N{}_2+\text{n}}=\frac{U{}_1}{2U}\end{array}$ (2)

Khi tăng thêm 3n vòng $\Rightarrow \frac{\text{N}{}_1}{ \text{N}{}_2+3\text{n}}=\frac{\text{U}{}_1}{\text{U}{}_2}\Rightarrow \frac{1}{2}\left(\frac{\text{N}{}_1}{ \text{N}{}_2}\right)=\frac{\text{U}{}_1}{\text{U}{}_2}$ (3)

Thay (1) và (2) vào (3) ta có: $\frac{1}{2}\left(\frac{\text{U}{}_1}{50}\right)=\frac{\text{U}{}_1}{\text{U}{}_2}\Rightarrow \text{U}{}_2=100 \text{V}\text{.}$

Đáp án đúng là A

Trong quá trình lan truyền sóng điện từ thì $(\overrightarrow{B},\overrightarrow{E},\overrightarrow{v})$tạo thành một tam diện thuận.

Đáp án đúng là B

Điện trường và từ trường biến đổi cùng pha, nên ta có: $\frac{B}{E}=\frac{B{}_0}{E{}_0}\Rightarrow \frac{-1,2}{E}=\frac{3}{20}\Rightarrow E=-8(\mu \text{V}/\text{m})$

a) Đúng. Số chỉ của cân giảm, chứng tỏ đã có một lực tác dụng vào cân theo chiều hướng lên.

b) Sai. Do lực tác dụng vào cân hướng lên nên theo định luật thứ ba của Newton, lực tác dụng lên đoạn dây hướng xuống.

c) Sai. Theo quy tắc bàn tay trái, chiều dòng điện trong dây dẫn hướng từ phải sang trái.

d) Đúng. Vì dòng điện vuông góc với từ trường nên, độ lớn cảm ứng từ giữa các cực nam châm là $B=\frac{F}{I\mathcal{l}}=\frac{mg}{I\mathcal{l}}$

Thay số: $m=500,68 \text{g}-500,12 \text{g}=0,56 \text{g}=0,56\cdot 10{}^{-3} \text{k}\text{g}$;$g=9,80 \text{m}/\text{s}{}^2;I=0,34 \text{A};\mathcal{l}=0,10 \text{m}$

ta được: $B=0,16 \text{T}.$

Đáp án: a) Đúng; b) Sai; c) Sai; d) Đúng.

a) Đúng. Điện áp hiệu dụng để đèn sáng bình thường là $U=220 \text{V}.$ Ta có $I=\frac{P}{U}=\frac{75}{220}=0,34 \text{A}\text{.}$

b) Sai. Đồng hồ đo giá trị hiệu dụng. Trong trường hợp này, giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện xoay chiều là $I=0,34 \text{A}.$

c) Đúng. Năng lượng điện tiêu thụ là tích của công suất điện với thời gian tiêu thụ điện. Trong trường hợp này, năng lượng điện tiêu thụ là 75 W.h.

d) Sai. Điện trờ của đèn khoảng $R=\frac{U}{I}=\frac{220}{0,34}=647\Omega .$

Đáp án: a) Đúng, b) Sai, c) Đúng, d) Sai.

a) Đúng.

b) Sai. Đảo ngược chiều dòng điện chỉ có tác dụng làm đảo ngược cực từ.

c) Sai. Nhôm không phải là vật liệu từ.

d) Đúng.

a) Sai. Hai dây dẫn thẳng, dài sẽ đẩy nhau khi dòng điện chạy trong chúng ngược chiều nhau

b) Đúng.

c) Sai. Còn phụ thuộc vào góc giữa dòng điện và cảm ứng từ.

d) Đúng.

a) Sai; vì cảm ứng từ là đại lượng vecto.

b) Đúng;

c) Đúng;

d) Sai; trong từ trường đều, các đường sức từ song song và cách đều nhau, độ lớn cảm ứng từ tại mọi điểm trong từ trường đều bằng nhau.

e) Sai; đường sức từ của dòng điện chạy qua dây dẫn tròn không phải là những đường tròn đồng tâm.

a) Đúng;

b) Sai; cảm ứng từ tại N có phương vuông góc với ON, hướng theo chiều quay ngược chiều kim đồng hồ.

c) Sai; cảm ứng từ tại điểm M có phương vuông góc với OM và nằm trong mặt phẳng MON.

d) Sai; phương của cảm ứng từ tại N và M không song song nhau.

e) Đúng;

f) Đúng.

a) Đúng;

b) Đúng; thời gian đèn sáng từ 0s đến 1s, từ 3s đến 5s.

c) Sai; vì độ biến thiên từ thông ở 2 khoảng thời gian này khác nhau.

d) Sai; vì suất điện động cảm ứng \left|e\right|=NS\left|\frac{\Delta B}{\Delta t}\right|=1.\pi {\left(\frac{0,05}{2}\right)}^2.\left|\frac{150.10^{-3}-1}{1}\right|=0,3.10^{-3}V

e) Sai; vì độ biến thiên từ thông trong khoảng thời gian từ 3s đến 4s lớn hơn.

f) Đúng.

a) Đúng;

b) Sai; dòng điện chạy qua mọi linh kiện đều toả nhiệt (nhiều hay ít phụ thuộc vào điện trở của linh kiện đó).

c) Sai; giá trị hiệu dụng không đổi theo thời gian.

d) Sai; tụ điện cho dòng xoay chiều đi qua theo nguyên lí phóng nạp.

e) Sai; dòng điện không đổi không áp dụng cho máy biến áp.

f) Đúng;

g) Đúng.

a) Lực từ tác dụng lên dây có độ lớn là: $F{}_{\text{t}\text{u}}=BI\mathcal{l}sin\theta .$

Thay các giá trị đã cho: $B=0,500.10{}^{-4} \text{T};I=20,0 \text{A};\mathcal{l}=20,0 \text{m};\theta =90,0{}^{°}$, ta được: $F{}_{\text{t}\text{u}}=0,02 \text{N}.$

Dòng điện và cảm ứng từ đều ở trong mặt phẳng nằm ngang nên lực từ hướng thẳng đứng. Theo quy tắc bàn tay trái, lực từ có chiều từ trên xuống dưới.

b) Lực hấp dẫn có độ lớn là: $F{}_{\text{h}\text{d}}=mg=\rho Vg=\rho S\mathcal{l}g.$

Thay các giá trị đã cho: $\rho =8,90.10{}^3 \text{k}\text{g}/\text{m}{}^3;\text{S}=2,50.10{}^{-6} \text{m}{}^2;\mathcal{l}=20,0 \text{m}$, ta được: $F{}_{\text{h}\text{d}}=4,36 \text{N}.$

Phép tính này chứng tỏ rằng trong điều kiện bình thường, lực hấp dẫn tác dụng lên một dây dẫn mang dòng điện lớn hơn rất nhiều so với lực từ do từ trường Trái Đất gây ra.

a) $F{}_{\text{t}\text{u}}=0,02 \text{N}$, hướng thẳng đứng từ trên xuống.

b) $F{}_{\text{h}\text{d}}=4,36 \text{N}.$

a) Theo đề bài, diện tích vòng dây không đổi, từ thông biến thiên là do cảm ứng từ biến thiên, độ lớn của suất điện động cảm ứng là: $e{}_{\text{C}}=\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}=S\frac{\Delta B}{\Delta t}$

Thay các giá trị đã cho: $S=0,016\text{m}{}^2;\frac{\Delta B}{\Delta t}=0,020 \text{T}/\text{s}$, ta được $e{}_{\text{C}}=0,32\text{m}\text{V}.$

b) Cường độ của dòng điện cảm ứng là $I{}_{\text{C}}=\frac{e{}_{\text{C}}}{R}.$

Thay các giá trị đã cho: $e{}_{\text{C}}=0,32\text{m}\text{V};R=5,0\Omega$, ta được $I{}_{\text{C}}=0,064 \text{m}\text{A}.$

Đáp án: a) $e{}_{\text{C}}=0,32\text{m}\text{V}$; b) $I{}_{\text{C}}=0,064 \text{m}\text{A}.$

Sử dụng công thức về độ lớn của cảm ứng từ là $B=\frac{\Phi }{Scos\alpha }$

Thay các giá trị đã cho: $S=4,0.10{}^{-2} \text{m}{}^2;\Phi =12.10{}^{-3} \text{W}\text{b};\alpha =30{}^{°}$ta được $B=0,35 \text{T}.$

Đáp án: 0,35

a) Ta có: $\text{q}=\text{I}\text{t}=\text{n}\text{e}\Rightarrow \text{I}=\frac{\text{n}\cdot \text{e}}{\text{t}}=\frac{10{}^{18}\cdot \left|-1,6\cdot 10{}^{-19}\right|}{1}=0,16( \text{A})$

b) Áp dụng $\text{F}=\text{B}\text{I}\mathcal{l}sin\theta \Rightarrow \text{F}=\text{B}\text{I}\mathcal{l}sin\theta =5\cdot 10{}^{-3}\cdot 0,16\cdot 0,5\cdot sin\left(90{}^{°}\right)=4\cdot 10{}^{-4} \text{N}\text{.}$

Áp dụng: $\text{F}=\text{B}\text{I}\mathcal{l}sin\theta =5\cdot 10{}^{-2}\cdot 3\cdot 1\cdot sin\left(60{}^{°}\right)=0,129 \text{N}\text{.}$

Đáp án: 0,129N

Ta có: $\Phi =\text{B}\text{S}\cdot cos\alpha =\text{B}\text{S}\cdot cos(\overrightarrow{\text{B}},\overrightarrow{\text{n}})=2\cdot 10{}^{-3}\cdot 0,1\cdot cos\left(0{}^0\right)=2\cdot 10{}^{-4} \text{W}\text{b}.$

+ Khi đưa cực bắc của nam châm lại gần ống dây: Từ thông tăng.

+ Khi đưa cực bắc của nam châm ra xa ống dây: Từ thông giảm.

Ta có: $\left|e{}_c\right|=\left|\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}\right|=\left|\frac{\Delta (\text{N}\text{B}\text{S}\cdot cos\alpha )}{\Delta t}\right|\stackrel{\text{N},\text{B},\text{S}=\text{c}\text{o}\text{n}\text{s}\text{t}}{\to }\left|\text{e}{}_{\text{c}}\right|=\text{N}\text{B}\text{S}\left|\frac{\Delta (cos\alpha )}{\Delta t}\right|=NBS\left|\frac{cos\alpha {}_2-cos\alpha {}_1}{\Delta t}\right|$

$\left|e{}_{\text{c}}\right|=1\cdot 0,02\cdot 20\cdot 10{}^{-4}\cdot \left|\frac{cos60{}^{°}-cos30{}^{°}}{0,1}\right|=1,46\cdot 10{}^{-4} \text{V}.$

Sóng điện từ là quá trình lan truyền điện từ trường trong không gian, điện trường và từ trường lan truyền dưới dạng sóng hình sin: $\{\begin{array}{c}\text{E}=\text{E}{}_{0}cos(\omega t+\phi )\\ \text{B}=\text{B}{}_{0}cos(\omega \text{t}+\phi )\end{array}$ (trong đó =2f, với f là tần số của sóng điện từ) → E, B biến đổi cùng pha, nên: $\frac{E}{B}=\frac{E{}_0}{B{}_0}$

Tại thời điểm cường độ điện trường tại M đạt cực đại thì độ lớn cảm ứng từ tại điểm đó đạt giá trị cực đại $B=3cos(\omega t+\phi )\Rightarrow B{}_{max}=3T.$

Đáp án: 3T

Từ hình vẽ, tại cùng thời điểm ban đầu thì $\phi {}_u=-\frac{\pi }{2},\phi {}_i=0$

Do đó độ lệch pha giữa u và i (tại cùng một thời điểm) là: $\phi =\phi {}_u-\phi {}_{\text{i}}=-\frac{\pi }{2}$.

Trong thời gian 0,1 s thì dòng điện tăng từ giá trị 0 A đến 3 A (ứng với cực đại)

$\Rightarrow \frac{\text{T}}{4}=0,1( \text{s})\Rightarrow \text{T}=0,4( \text{s})\Rightarrow \omega =\frac{2\pi }{\text{T}}=\frac{2\pi }{0,4}=5\pi (\text{r}\text{a}\text{d}/\text{s})$.

Ta có: $\alpha =30{}^{°}\Rightarrow sin\alpha =\frac{1}{2}.$

Cảm ứng từ của từ trường có độ lớn: $\text{B}=\frac{\text{F}}{\text{I}\text{L}sin\alpha }=\frac{4\cdot 10{}^{-2}}{2\cdot 0,1.0,5}=0,4 \text{T}.$

Đáp án: 0,4T

Độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có chiều dài L mang dòng điện I đặt trong từ trường cảm ứng từ B là: $\text{F}=\text{B}\text{I}\text{L}sin\alpha \Rightarrow 7,5\cdot 10{}^{-2}=0,5\cdot 5\cdot 0,06.sin\alpha$$\Rightarrow sin\alpha =0,5\Rightarrow \alpha =30{}^{°}.$

Đáp án: 30

Độ lớn cảm ứng từ bên trong ống dây là:

$B=4\pi \cdot 10{}^{-7}\frac{\text{N}\text{I}}{L}=4\pi \cdot 10{}^{-7}\frac{I}{d}=4\pi \cdot 10{}^{-7}\frac{50\cdot 10{}^{-3}}{0,5\cdot 10{}^{-3}}\approx 125,7\mu \text{T}$

Đáp án: 125,7

Từ biểu thức tính độ lớn lực từ F = BILsin, ta thấy lực từ đạt độ lớn cực đại khi: sin = 1 → = 90°. Khi đó F = BIL = 100.10^-6 50.10^-3.0,2 = 10^-6 N.

Từ biểu thức tính nhiệt lượng mà điện trở toả ra, suy ra được cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch là: $Q=RI{}^{2}t\Rightarrow I=\sqrt{\frac{Q}{Rt}}=\sqrt{\frac{3600}{100.5.60}}=\frac{\sqrt{3}}{5} \text{A}$

Cường độ dòng điện cực đại là: $I{}_0=I\sqrt{2}=\frac{\sqrt{3}}{5}\cdot \sqrt{2}=\frac{\sqrt{6}}{5}$ A.

Điện áp cực đại là: $U{}_0=RI{}_0=\frac{\sqrt{6}}{5}\cdot 100\approx 49 \text{V}.$

Đáp án: 49V