Giải SGK Vật lí 12 CTST Bài 10. Lực từ. Cảm ứng từ có đáp án
12 câu hỏi
Loa điện động là thiết bị biến đổi tín hiệu điện thành dao động cơ học, từ đó tạo ra sóng âm lan truyền ra môi trường vật chất. Bộ phận thực hiện nhiệm vụ này là củ loa (Hình 10.1) có cấu tạo cơ bản gồm cuộn dây được đặt trong từ trường của một nam châm vĩnh cửu, cuộn dây cũng đồng thời được nối với màng loa. Khi có dòng điện thay đổi qua cuộn dây, cuộn dây sẽ dao động làm cho màng loa cũng dao động tạo ra sóng âm. Vậy lực nào làm cho cuộn dây dao động?
Lực từ do từ trường tạo ra đã tác dụng lên cuộn dây.
Bố trí thí nghiệm như Hình 10.2, thực hiện thí nghiệm theo các bước gợi ý để xác định phương, chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường.
Học sinh tự tiến hành thí nghiệm theo các bước hướng dẫn trong SGK.
Quan sát bố trí thí nghiệm trong Hình 10.2, hãy trình bày nguyên tắc đo lực từ.
Khi có dòng điện chạy qua khung dây, lực từ do từ trường của nam châm tạo ra tác dụng lên khung dây, có thể đẩy khung dây lên trên hoặc kéo khung dây xuống dưới, khi đó nhờ có đòn cân sẽ làm cho lực kế thay đổi số chỉ. Số chỉ khi đó chính là độ lớn của lực từ đo được.
Hãy dự đoán chiều dịch chuyển của đoạn dây dẫn nằm trong từ trường phụ thuộc vào những yếu tố nào. Tiến hành thí nghiệm kiểm chứng.
Chiều dịch chuyển của đoạn dây sẽ phụ thuộc góc lệch của khung dây so với phương của đường sức từ, chiều và độ lớn của dòng điện đi qua khung dây, chiều dài đoạn dây đặt trong từ trường.
Xét đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện được đặt trong từ trường có các đường sức từ song song với đoạn dây. Có thể sử dụng quy tắc bàn tay trái để xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn trong trường hợp này không? Thảo luận để rút ra lưu ý của quy tắc bàn tay trái.
Không thể sử dụng quy tắc bàn tay trái để xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn trong trường hợp này vì trường hợp này không xuất hiện lực từ tác dụng lên dây dẫn thẳng mang dòng điện.
Lưu ý: Không áp dụng trong các trường hợp đường sức từ song song với dòng điện chạy của dây dẫn.
Xác định phương và chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện I đặt trong từ trường đều như Hình 10.5. Biết dòng điện I có phương vuông góc với mặt phẳng hình vẽ.
Sử dụng quy tắc bàn tay trái xác định được lực từ có phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên trên.
Dựa vào kiến thức đã học về lực từ cũng như tìm hiểu trên sách, báo, internet, ... em hãy trình bày sơ lược về cấu tạo và nguyên lí hoạt động của loa điện động.
Ngoài ra, loa điện động còn bao gồm một số thành phần khác như:
- Màng nhện (spider) có tác dụng giữ cho lõi cuộn âm cố định được vị trí, vì khi dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn âm sẽ tạo ra lực từ trường chuyển động, giúp tạo nên một lực hướng trục đẩy cuộn âm ra hoặc vào, kéo theo là chuyển động của màng loa.
- Khung cho loa (basket hoặc frame), thường được làm bằng kim loại đúc hoặc hàn, là nơi cố định toàn bộ các bộ phận của loa.
- Viền loa (surround) bao phủ bề ngoài của khung và màng loa, giúp giữ cho màng nón loa nằm yên vị trí vào khung trong khi vẫn rung theo từng chuyển động của cuộn âm.
- Khoảng lệch (excursion) là khoảng cách tối đa cho màng nón loa chuyển động ra/vào.
Nguyên lý hoạt động của loa điện động
Vì nguyên tắc hoạt động của loại loa này là kỹ thuật điện cơ, nên sẽ có một cuộn dây được gắn với các màng loa đặt trong khe hẹp có từ trường. Khi dòng điện đi qua, cuộn dây sẽ rung và làm chuyển động màng loa giúp truyền ra không khí, tác động vào người nghe.
Độ lớn lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện phụ thuộc vào các yếu tố nào?
Độ lớn lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện phụ thuộc vào các yếu tố:
- Độ lớn cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn
- Chiều dài đoạn dây dẫn đặt trong từ trường
- Góc lệch giữa dòng điện và cảm ứng từ.
Dựa vào biểu thức (10.1) B=FILsinθ, hãy xác định đơn vị đo cảm ứng từ B theo các đơn vị cơ bản trong hệ đơn vị SI.
Trong hệ SI, cảm ứng từ có đơn vị là tesla (T). Đơn vị tesla là đơn vị dẫn xuất, có mối liên hệ với các đơn vị cơ bản theo biểu thức: 1T=1NA.m.
Xét đoạn dây dẫn thẳng, dài mang dòng điện đặt trong từ trường đều theo phương vuông góc với đường sức từ. Hình vẽ nào dưới đây biểu diễn đúng phương, chiều của lực từ tác dụng lên dây dẫn?
Đáp án đúng là A
Sử dụng quy tắc bàn tay trái: Lòng bàn tay hứng lấy đường sức từ, chiều từ cổ tay tới ngón tay là chiều dòng điện, ngón cái choãi ra 900 chỉ chiều lực từ.
Đặt một khung dây dẫn hình chữ nhật mang dòng điện có cường độ I trong từ trường đều có vectơ cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng khung dây như Hình 10P.1. Xác định lực từ tác dụng lên các cạnh của khung dây.
Sử dụng quy tắc bàn tay trái. Lực từ tác dụng lên khung dây có phương chiều như hình vẽ sau:
Nhận xét: Khung dây bị bóp méo.
Một đoạn dây dài 15 cm được đặt vuông góc với một từ trường đều. Khi có dòng điện 2 A chạy trong đoạn dây thì có lực từ tác dụng lên đoạn dây. Biết lực từ có độ lớn là 0,015 N. Xác định cảm ứng từ của từ trường đều.
Cảm ứng từ B=FILsinθ=0,0152.0,15.sin90°=0,05 T
