40 câu Vật Lý Lớp 12 – Chương 3. Từ trường

Giải thích: Từ trường được sinh ra bởi các điện tích chuyển động (dòng điện hoặc nam châm). Điện tích đứng yên chỉ sinh ra điện trường. Các phát biểu A, C, D là đúng về từ trường.

Giải thích: Quy tắc nắm tay phải được dùng để xác định chiều của đường sức từ do dòng điện thẳng gây ra. Phát biểu: Đặt bàn tay phải sao cho ngón cái chỉ chiều dòng điện, khi đó các ngón tay khum lại cho biết chiều của đường sức từ.

Giải thích: Độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường đều được tính bằng công thức F = B.I.L.sinα. Trong đó, B là cảm ứng từ, I là cường độ dòng điện, L là chiều dài đoạn dây dẫn và α là góc hợp bởi chiều dòng điện và véc tơ cảm ứng từ. Như vậy, lực từ phụ thuộc vào B, I, L và α, không phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ của dây dẫn.

Giải thích: Áp dụng công thức tính độ lớn lực từ: F = B.I.L.sinα.
Trong đó:
B = 0,2 T
I = 5 A
L = 20 cm = 0,2 m
α = 30°
Thay số vào công thức: F = 0,2 × 5 × 0,2 × sin(30°) = 0,2 × 5 × 0,2 × 0,5 = 0,1 N.

Giải thích: Trong hệ SI, đơn vị của cảm ứng từ là Tesla (T). Ampe (A) là đơn vị cường độ dòng điện, Vôn (V) là đơn vị hiệu điện thế, Oát (W) là đơn vị công suất.

Giải thích: Đường sức từ của ống dây có dòng điện chạy qua giống đường sức từ của một nam châm thẳng. Bên trong ống dây, từ trường là từ trường đều, các đường sức từ là các đường thẳng song song, cách đều và cùng chiều với trục ống dây. Các đường sức từ bên ngoài ống dây thì là các đường cong kín, đi ra từ cực Bắc và đi vào cực Nam của ống dây.

Giải thích: Để xác định sự tồn tại của từ trường tại một điểm, ta có thể đặt một kim nam châm nhỏ (hoặc la bàn) tại điểm đó. Nếu kim nam châm bị lệch khỏi hướng Bắc-Nam ban đầu, chứng tỏ có từ trường tại vị trí đó. Chiều của từ trường tại điểm đó sẽ là chiều của kim nam châm khi nó đã ổn định.

Giải thích: Áp dụng quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ xuyên vào lòng bàn tay (chiều của B), chiều từ cổ tay đến ngón giữa trùng với chiều dòng điện (I). Khi đó, ngón cái choãi ra 90° sẽ chỉ chiều của lực từ (F). Với B hướng lên, I hướng sang phải, lực từ F sẽ hướng ra ngoài mặt phẳng hình vẽ.

Giải thích: Công thức tính độ lớn lực từ là F = B.I.L.sinα. Trong đó: - F = 2 N - I = 10 A - L = 50 cm = 0,5 m - α = 90° => sinα = 1 Thay số vào công thức: 2 = B × 10 × 0,5 × 1 2 = 5B B = 2 / 5 = 0,4 T.

Giải thích: Cảm ứng từ là đại lượng véc tơ đặc trưng cho độ mạnh yếu của từ trường và hướng của từ trường tại một điểm nhất định. Nói cách khác, nó đặc trưng cho khả năng tác dụng lực từ lên một dòng điện hoặc một nam châm đặt trong từ trường đó.

Giải thích: Áp dụng quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa chỉ chiều dòng điện, thì ngón cái choãi ra 90° chỉ chiều của lực từ. Trong trường hợp này, các đường sức từ B hướng sang phải (xuyên vào lòng bàn tay từ phải sang trái), lực từ F hướng ra ngoài mặt phẳng hình vẽ (ngón cái chỉ ra ngoài). Khi đó, ngón giữa sẽ chỉ lên trên, tức là chiều dòng điện hướng lên trên.

Giải thích: Độ lớn lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường đều được tính bằng công thức: F = BILsinα, trong đó B là cảm ứng từ, I là cường độ dòng điện, L là chiều dài đoạn dây dẫn đặt trong từ trường, và α là góc hợp bởi chiều dòng điện và véc tơ cảm ứng từ B. Ta có: F = 0,3 N, B = 0,5 T, I = 8 A, L = 15 cm = 0,15 m. Thay vào công thức: 0,3 = 0,5 × 8 × 0,15 × sinα 0,3 = 0,6 × sinα sinα = 0,3 / 0,6 = 0,5 Vì α là góc nhọn nên α = 30°.

Giải thích: Trong thí nghiệm đo cảm ứng từ bằng cân điện, lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện được cân bằng bởi trọng lực của một vật nặng có khối lượng đã biết đặt lên đĩa cân. Do đó, khối lượng vật nặng cần đặt lên đĩa cân để cân bằng chính là đại lượng được sử dụng để xác định độ lớn của lực từ (F = mg).

Giải thích: Độ lớn của lực từ F tác dụng lên đoạn dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường đều được tính bằng công thức F = BILsinα, trong đó α là góc hợp bởi chiều dòng điện và véc tơ cảm ứng từ B. Lực từ F sẽ bằng 0 khi sinα = 0. Điều này xảy ra khi góc α = 0° hoặc α = 180°, tức là dây dẫn đặt song song hoặc ngược chiều với đường sức từ.

Giải thích: Trong thí nghiệm đo cảm ứng từ bằng cân điện, bên cạnh các sai số do dụng cụ đo (ampe kế, thước đo, cân), một yếu tố quan trọng có thể gây sai số đáng kể là ma sát tại trục quay của cân. Ma sát này làm cho cân không nhạy, dẫn đến việc xác định điểm cân bằng không chính xác, từ đó ảnh hưởng đến độ chính xác của giá trị lực từ đo được. Các yếu tố khác có thể kể đến là từ trường không hoàn toàn đều, ảnh hưởng của từ trường Trái Đất nếu không được loại bỏ, hoặc dây dẫn không hoàn toàn vuông góc với đường sức từ như giả định.

Giải thích: Công thức tính độ lớn lực từ là F = BILsinα. Ban đầu, α = 90°, nên F = BILsin90° = BIL. Sau đó, α = 30°, nên F' = BILsin30° = BIL * (1/2) = F/2. Vậy độ lớn lực từ giảm đi 2 lần.

Giải thích: Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường đều được tính bằng công thức F = BILsinα. Trong thí nghiệm cân điện, lực từ F được cân bằng bởi trọng lực mg của vật nặng (hoặc sự thay đổi trọng lượng). Khi dây dẫn vuông góc với đường sức từ, α = 90°, nên sinα = 1. Do đó, ta có mg = BIL. Từ đó suy ra công thức tính cảm ứng từ là B = mg/(IL).

Giải thích: Áp dụng quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ (chiều của véc tơ cảm ứng từ B) xuyên vào lòng bàn tay (từ Bắc xuống Nam). Chiều từ ngón giữa đến cổ tay trùng với chiều dòng điện (từ Tây sang Đông). Khi đó, ngón cái choãi ra 90° sẽ chỉ chiều của lực từ, tức là hướng lên trên.

Giải thích: Độ lớn lực từ được tính bằng công thức F = BILsinα. Khi dây dẫn vuông góc với đường sức từ (α = 90°), sinα = 1, khi đó lực từ F đạt giá trị cực đại (F_max = BIL). Điều này giúp dễ dàng quan sát và đo lường lực từ, đồng thời đơn giản hóa công thức tính toán cảm ứng từ B vì không cần phải xác định góc α.

Giải thích: Ta có công thức tính độ lớn lực từ là F = BILsinα. Trong đó: - F = 0,2 N - B = 0,5 T - L = 10 cm = 0,1 m - α = 90° (vì dây dẫn đặt vuông góc), nên sinα = sin90° = 1. Thay các giá trị vào công thức: 0,2 = 0,5 × I × 0,1 × 1. 0,2 = 0,05 × I. Suy ra, I = 0,2 / 0,05 = 4 A.

Giải thích: Dòng điện cảm ứng chỉ xuất hiện trong một mạch kín khi từ thông qua mạch kín đó biến thiên. Các trường hợp khác như có dòng điện không đổi, mạch kín chuyển động trong từ trường đều, hay mạch kín đặt trong từ trường đều nhưng từ thông không thay đổi thì sẽ không có dòng điện cảm ứng.

Giải thích: Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn là F = BIL (vì dây vuông góc với B). Để cân bằng cân, lực từ này phải cân bằng với trọng lực của khối lượng m đặt thêm, tức là F = mg. Từ đó ta có BIL = mg. Vì B và L là hằng số của thí nghiệm, và g là gia tốc trọng trường, nên ta có m tỉ lệ thuận với I (m = (BL/g)I). Nếu cường độ dòng điện I tăng gấp đôi (I₂ = 2I₁), thì khối lượng m cần đặt thêm để cân bằng cũng phải tăng gấp đôi (m₂ = 2m₁). Tỉ lệ m₂/m₁ = 2.

Giải thích: Khi cực Bắc (N) của nam châm đi vào vòng dây từ phía trên, từ trường của nam châm xuyên qua vòng dây hướng xuống dưới và từ thông này đang tăng lên. Theo định luật Lenz, dòng điện cảm ứng sinh ra trong vòng dây phải có chiều sao cho từ trường cảm ứng mà nó tạo ra chống lại sự tăng của từ thông ban đầu. Do đó, từ trường cảm ứng phải hướng lên trên. Áp dụng quy tắc nắm tay phải, để tạo ra từ trường hướng lên trên, dòng điện cảm ứng trong vòng dây phải chạy ngược chiều kim đồng hồ khi nhìn từ trên xuống.

Giải thích: Công thức tính cảm ứng từ B trong thí nghiệm này là B = mg/(IL). Các đại lượng m (khối lượng), I (cường độ dòng điện), và L (chiều dài dây) là những yếu tố được đo trực tiếp hoặc gián tiếp và sử dụng trong công thức để tính B. Vật liệu làm dây dẫn (ví dụ như đồng, nhôm) có thể ảnh hưởng đến điện trở của dây và do đó ảnh hưởng đến cường độ dòng điện I nếu điện áp cấp không đổi, nhưng bản thân vật liệu không phải là một biến số trực tiếp trong công thức tính B.

Giải thích: Diện tích khung dây S = (10 cm)² = (0,1 m)² = 0,01 m². Khi mặt phẳng khung dây vuông góc với các đường sức từ, góc giữa véc tơ pháp tuyến của khung và véc tơ cảm ứng từ là 0°, nên từ thông qua khung đạt giá trị cực đại: Φ_max = B * S = 0,2 T * 0,01 m² = 0,002 Wb. Từ thông ban đầu Φ₁ = Φ_max = 0,002 Wb. Từ thông cuối cùng Φ₂ = 0 Wb. Thời gian biến thiên từ thông Δt = 0,1 s. Độ lớn suất điện động cảm ứng trung bình được tính bằng công thức: |E_c| = |ΔΦ/Δt| = |(Φ₂ - Φ₁)/Δt| = |(0 - 0,002 Wb) / 0,1 s| = |-0,002 / 0,1| V = 0,02 V.

Giải thích: Theo định luật Faraday về cảm ứng điện từ, độ lớn suất điện động cảm ứng (E_c) tỉ lệ thuận với tốc độ biến thiên từ thông qua mạch kín. Công thức là E_c = |ΔΦ/Δt| hoặc E_c = |dΦ/dt|.

Giải thích: Độ lớn suất điện động cảm ứng xuất hiện giữa hai đầu thanh kim loại chuyển động trong từ trường đều được tính bằng công thức E_c = Bvlsinα. Trong trường hợp này, thanh MN vuông góc với véc tơ cảm ứng từ B và vận tốc v cũng vuông góc với B và thanh MN, nên góc α = 90° và sinα = 1.
Chiều dài thanh l = 20 cm = 0,2 m.
E_c = Bvl = 0,5 T × 10 m/s × 0,2 m = 1 V.

Giải thích: Từ biểu thức cường độ dòng điện tức thời i = I₀cos(ωt + φ), ta thấy giá trị cực đại của cường độ dòng điện là I₀ = 4 A.
Giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện được tính bằng công thức I = I₀/√2.
Vậy I = 4/√2 = 2√2 A.

Giải thích: Từ biểu thức điện áp tức thời u = U₀cos(ωt + φ), ta thấy tần số góc ω = 100π rad/s.
Tần số f của điện áp xoay chiều được tính bằng công thức f = ω/(2π).
Vậy f = (100π)/(2π) = 50 Hz.

Giải thích: Máy phát điện xoay chiều hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi một khung dây dẫn quay trong từ trường (hoặc nam châm quay quanh cuộn dây), từ thông qua khung dây (hoặc cuộn dây) biến thiên, tạo ra suất điện động cảm ứng và dòng điện cảm ứng xoay chiều trong mạch.

Giải thích: Trong hệ SI, đơn vị đo của từ thông là Weber (Wb). Tesla là đơn vị của cảm ứng từ, Volt là đơn vị của suất điện động, và Henry là đơn vị của độ tự cảm.

Giải thích: Từ biểu thức cường độ tức thời i = I₀cos(ωt + φ), ta có tần số góc ω = 100π rad/s. Chu kỳ T được tính bằng công thức T = 2π/ω = 2π/(100π) = 0.02 s.

Giải thích: Theo định luật Lenz, dòng điện cảm ứng sinh ra có chiều sao cho từ trường cảm ứng chống lại sự biến thiên của từ thông sinh ra nó. Khi vòng dây bị kéo ra khỏi từ trường, từ thông qua vòng dây giảm. Dòng điện cảm ứng sẽ tạo ra từ trường phụ cùng chiều với từ trường ngoài để chống lại sự giảm này. Lực từ tác dụng lên các cạnh của vòng dây mang dòng điện cảm ứng sẽ có chiều chống lại chuyển động kéo ra của vòng dây, tức là ngược chiều với chiều chuyển động.

Giải thích: Mối liên hệ giữa giá trị cực đại (U₀) và giá trị hiệu dụng (U) của điện áp xoay chiều là U₀ = U√2. Thay số: U₀ = 220√2 ≈ 311.08 V.

Giải thích: Nếu từ thông qua khung dây có dạng Φ = Φ₀cos(ωt + φ), thì suất điện động cảm ứng e = -dΦ/dt = -d/dt [Φ₀cos(ωt + φ)] = Φ₀ωsin(ωt + φ). Vì sin(x) = cos(x - π/2), nên e = Φ₀ωcos(ωt + φ - π/2). Tuy nhiên, nếu ta viết sin(x) = cos(x + π/2) (để thể hiện sự sớm pha), thì e = Φ₀ωcos(ωt + φ + π/2). Điều này có nghĩa là suất điện động cảm ứng sớm pha hơn từ thông một góc π/2.

Giải thích: Để xác định chiều của dòng điện cảm ứng, ta áp dụng quy tắc nắm tay phải và định luật Lenz.
Bước 1: Giả sử dòng điện I trong dây dẫn thẳng chạy lên trên. Áp dụng quy tắc nắm tay phải, từ trường do dòng điện I gây ra ở phía bên phải dây dẫn (vị trí đặt khung dây) sẽ hướng vào trong mặt phẳng khung dây.
Bước 2: Khi dòng điện I giảm đều, từ thông qua khung dây theo chiều hướng vào trong mặt phẳng sẽ giảm.
Bước 3: Theo định luật Lenz, dòng điện cảm ứng sẽ sinh ra một từ trường cảm ứng chống lại sự giảm từ thông này. Tức là, từ trường cảm ứng cũng phải hướng vào trong mặt phẳng khung dây.
Bước 4: Áp dụng quy tắc nắm tay phải cho khung dây, để tạo ra từ trường hướng vào trong mặt phẳng, dòng điện cảm ứng trong khung dây phải chạy theo chiều kim đồng hồ.

Giải thích: Để tính cường độ dòng điện tại thời điểm t = 1/200 s, ta thay giá trị t vào biểu thức của i:
i = 2√2cos(100πt)
i = 2√2cos(100π * ¹/₂₀₀)
i = 2√2cos(^π/₂)
Vì cos(^π/₂) = 0, nên:
i = 2√2 * 0 = 0 A.

Giải thích: Diện tích của một vòng dây: S = (5 cm)² = (0,05 m)² = 0,0025 m².
Số vòng dây N = 100.
Cảm ứng từ B = 0,4 T.

Từ thông ban đầu (Φ₁):
Mặt phẳng khung dây hợp với véc tơ cảm ứng từ một góc 30°, suy ra góc giữa véc tơ pháp tuyến của khung dây và véc tơ cảm ứng từ là α₁ = 90° - 30° = 60°.
Φ₁ = N.B.S.cosα₁ = 100 * 0,4 * 0,0025 * cos(60°) = 100 * 0,4 * 0,0025 * 0,5 = 0,05 Wb.

Từ thông sau khi quay (Φ₂):
Mặt phẳng khung dây song song với các đường sức từ, suy ra góc giữa véc tơ pháp tuyến của khung dây và véc tơ cảm ứng từ là α₂ = 90°.
Φ₂ = N.B.S.cosα₂ = 100 * 0,4 * 0,0025 * cos(90°) = 0 Wb.

Độ lớn độ biến thiên từ thông: |ΔΦ| = |Φ₂ - Φ₁| = |0 - 0,05| = 0,05 Wb.

Giải thích: Giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện xoay chiều được định nghĩa dựa trên khả năng sinh nhiệt của nó. Một dòng điện xoay chiều có giá trị hiệu dụng I sẽ sinh ra cùng một lượng nhiệt (hoặc cùng công suất trung bình) trên một điện trở R trong một khoảng thời gian nhất định, tương đương với một dòng điện một chiều có cường độ I chạy qua cùng điện trở đó. Do đó, đáp án A là chính xác nhất. Các đáp án B, C, D không phản ánh đúng định nghĩa của giá trị hiệu dụng.

Giải thích: Theo định luật Lenz, dòng điện cảm ứng sinh ra trong vòng dây sẽ có chiều chống lại nguyên nhân sinh ra nó. Nguyên nhân ở đây là nam châm bị kéo ra xa vòng dây, làm giảm từ thông qua vòng dây.
Để chống lại sự giảm từ thông này, dòng điện cảm ứng sẽ tạo ra một từ trường sao cho nó 'níu giữ' nam châm lại (nghĩa là chống lại việc nam châm bị kéo ra xa). Điều này có nghĩa là lực từ giữa nam châm và vòng dây phải là lực hút.