Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt (cách giải + bài tập)

Chuyên đề phương pháp giải bài tập Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt lớp 12 chương trình sách mới hay, chi tiết với bài tập tự luyện đa dạng giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt.

Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt (cách giải + bài tập)

Quảng cáo

1. Phương pháp giải

- Độ lớn cảm ứng từ tại một điểm cách dòng điện thẳng dài vô hạn một đoạn r: B=2.107Ir

- Độ lớn cảm ứng từ tại tâm dòng điện tròn có N vòng dây và có bán kính R: B=2π.107NIR

- Độ lớn cảm ứng từ bên trong ống dây có chiều dài L và có N vòng dây (chiều dài ống dây rất lớn so với bán kính vòng dây): B=4π.107NIL với I là cường độ dòng điện trong dây dẫn.

- Nguyên lí chồng chất từ trường: BM=B1+B2+...+Bn

2. Ví dụ minh hoạ

Ví dụ 1: Xét một dây dẫn thẳng dài vô hạn có dòng điện cường độ I chạy qua. Hai điểm M, N nằm trong cùng một mặt phẳng vuông góc với dây dẫn và cách đều dây dẫn, biết OM vuông góc với ON.

Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt (cách giải + bài tập)

Trong mỗi phát biểu sau về cảm ứng từ tại điểm M và N do dòng điện này gây ra, em hãy chọn đúng hoặc sai.

Quảng cáo

a) Cảm ứng từ tại điểm M có phương vuông góc với OM.

b) Cảm ứng tại điểm N song song với dây dẫn và có hướng cùng chiều với dòng điện chạy trong dây dẫn.

c) Cảm ứng từ tại M có phương vuông góc với mặt phẳng (MON).

d) Cảm ứng từ tại M và N có phương song song với nhau.

e) M và N cùng nằm trên một đường sức từ.

f) Cảm ứng từ tại M và N bằng nhau về độ lớn.

Hướng dẫn:

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.

Quảng cáo

Ví dụ 2: Cho hai dây dẫn thẳng dài vô hạn đặt song song cách nhau một đoạn bằng 32 cm, dòng điện chạy qua các dây dẫn có cường độ lần lượt là I1 = 0,1 A và I2. Xét một mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng tạo bởi hai dây dẫn, mặt phẳng này cắt hai dây dẫn I1 và I2 lần lượt tại hai điểm A và B. Xét điểm M nằm trên đường nối AB và nằm ngoài AB, biết AM = 8 cm. Để cảm ứng từ tại M bị triệt tiêu thì dòng điện I2 có cường độ và chiều thỏa mãn:

A. cường độ I2 = 0,5 A và ngược chiều với I1.

B. cường độ I2 = 0,8 A và cùng chiều với I1.

C. cường độ I2 = 0,5 A và cùng chiều với I1.

D. cường độ I2 = 0,8 A và ngược chiều với I1.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là A

Do điểm M nằm ngoài khoảng giữa hai dây dẫn nên dòng điện I2 phải ngược chiều với dòng điện I1. Giả sử hai dòng điện có chiều như hình vẽ:

Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt (cách giải + bài tập)

B1M=B2M2.107I1AM=2.107I2BMI2=I1BMAM=0,140.1028.102=0,5 A

Quảng cáo

Ví dụ 3: Một khung dây hình tròn bán kính 4 cm có dòng điện với cường độ 0,2 A chạy qua. Tính độ lớn cảm ứng từ tại tâm của khung dây.

Hướng dẫn:

Độ lớn cảm ứng từ tại tâm của khung dây là:

B=2π107IR=2π1070,241023,14106 T

Ví dụ 4: Một ống dây hình trụ được quấn bằng dây đồng có đường kính tiết diện 0,5 mm. Biết rằng các vòng dây quấn sát nhau và che kín lõi của ống. Cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn của ống có giá trị 50 mA. Hãy tính độ lớn cảm ứng từ bên trong ống dây.

Hướng dẫn:

Độ lớn cảm ứng từ bên trong ống dây là:

B=4π107NIL=4π107Id=4π107501030,5103125,7μT

3. Bài tập tự luyện

Câu 1. Phát biểu nào dưới đây là đúng?

A. Đường sức từ của từ trường gây ra bởi dòng điện thẳng dài là những đường thẳng song song với dòng điện.

B. Đường sức từ của từ trường gây ra bởi dòng điện tròn là những đường tròn.

C. Đường sức từ của từ trường gây ra bởi dòng điện tròn là những đường thẳng song song cách đều nhau.

D. Đường sức từ của từ trường gây ra bởi dòng điện thẳng dài là những đường tròn đồng tâm nằm trong mặt phẳng vuông góc với dây dẫn.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là D

Đường sức từ của từ trường gây ra bởi dòng điện thẳng dài là những đường tròn đồng tâm nằm trong mặt phẳng vuông góc với dây dẫn.

Câu 2. Cảm ứng từ do dòng điện thẳng dài cường độ I gây ra tại một điểm cách dây dẫn khoảng r là

A. 2.107.NIr

B. 2.107.Ir

C. 2π.107.NIr

D. 2π.107.Ir

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là B

Cảm ứng từ do dòng điện thẳng dài cường độ I gây ra tại điểm cách dây dẫn khoảng r là: B=2.107.Ir

Câu 3. Cảm ứng từ gây ra tại tâm O của dòng điện tròn có bán kính vòng dây là r; khung dây gồm N vòng đặt trong không khí là

A. 2.107.NIr

B. 2.107.Ir

C.  2π.107.NIr

D. 2π.107.Ir

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là C

Cảm ứng từ gây ra tại tâm O của dòng điện tròn mà khung dây gồm N vòng đặt trong không khí là: B = 2π.107.NIr

Câu 4. Độ lớn cảm ứng từ tại tâm vòng dây dẫn tròn mang dòng điện không phụ thuộc vào

A. bán kính tiết diện vòng dây.

B. bán kính vòng dây.

C. cường độ dòng điện chạy trong dây.

D. môi trường xung quanh.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là A

Cảm ứng từ tại tâm vòng dây tròn: B=2π.107IR, R là bán kính vòng dây.

⇒ B không phụ thuộc vào bán kính tiết diện dây dẫn.

Câu 5. Cảm ứng từ của một dòng điện chạy qua dây dẫn thẳng dài tại một điểm M có độ lớn tăng lên khi M dịch chuyển theo

A. hướng vuông góc với dây và ra xa dây.

B. hướng vuông góc với dây và lại gần dây.

C. đường thẳng song song với dây.

D. chiều của đường sức từ.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là B

Cảm ứng từ do dòng điện thẳng dài gây ra tại một điểm: B=2.107Ir

⇒ B tăng khi r giảm, tức M dịch chuyển theo hướng vuông góc với dây và lại gần dây.

Câu 6. Hai điểm M và N gần một dòng điện thẳng dài. Khoảng cách từ M đến dòng điện lớn gấp hai lần khoảng cách từ N đến dòng điện. Độ lớn của cảm ứng từ tại M và N là BM và BN thì

A. BM = 2BN.

B. BM = 4BN .

C. BM=12BN

D. BM=14BN

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là C

Cảm ứng từ do dòng điện thẳng dài gây ra tại một điểm: B=2.107IrB~1r

Ta có: rM=2rNBN=2BM

Câu 7. Một dây dẫn thẳng dài có dòng điện I chạy qua. Hai điểm M và N nằm trong cùng một mặt phẳng chứa dây dẫn, đối xứng với nhau qua dây. Kết luận nào sau đây là không đúng?

A. Vectơ cảm ứng từ tại M và N bằng nhau.

B. M và N đều nằm trên một đường sức từ.

C. Cảm ứng từ tại M và N có chiều ngược nhau.

D. Cảm ứng từ tại M và N có độ lớn bằng nhau.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là A

A – sai, hai vecto cảm ứng từ tại M và N có đặc điểm cùng phương, ngược chiều và cùng độ lớn.

B – đúng.

C – đúng.

D – đúng.

Câu 8. Gọi n là số vòng dây trên mỗi mét chiều dài của ống dây. Cảm ứng từ tại một điểm trong lòng ống dây có cường độ I chạy qua đặt trong không khí có độ lớn:

A. B=4π.107nI

B. B=2π.107nI

C. B=4.107nI

D. B=4π.106nI

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là A

Cảm ứng từ tại một điểm trong lòng ống dây có cường độ I chạy qua đặt trong không khí có độ lớn: B=4π.107nI

Câu 9. Nếu số vòng dây và chiều dài ống dây đều tăng lên hai lần và cường độ dòng điện qua ống dây giảm bốn lần. Độ lớn cảm ứng từ tại một điểm bên trong lòng ống dây có dòng điện đi qua sẽ tăng hay giảm bao nhiêu lần?

A. Không đổi.

B. Giảm 2 lần.

C. Giảm 4 lần.

D. Tăng 2 lần.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là C

+ Cảm ứng từ tại một điểm trong lòng ống dây có cường độ I chạy qua đặt trong không khí có độ lớn: B=4π.107NlI

+ Nếu số vòng dây và chiều dài ống dây đều tăng lên hai lần và cường độ dòng điện qua ống dây giảm bốn lần thì B'=4π.1072N2l.I4=14B

Câu 10: Hai điểm M và N gần dòng điện thẳng dài, cảm ứng từ tại M lớn hơn cảm ứng từ tại N 4 lần. Kết luận nào sau đây đúng:      

A. rM = 4rN.

B. rM=14rN

C. rM = 2rN.

D. rM=12rN

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là B

+ Cảm ứng từ do dòng điện thẳng dài gây ra tại một điểm: B=2.107IrB~1r

+ Cảm ứng từ tại M lớn hơn cảm ứng từ tại N 4 lần BM=4BNrN=4rM

Câu 11. Hai dây dẫn thẳng dài đặt vuông góc với nhau, rất gần nhau nhưng không chạm vào nhau và có chiều như hình vẽ. Dòng điện chạy trong hai dây dẫn có cùng cường độ. Những vùng nào có từ trường mạnh nhất?

Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt (cách giải + bài tập)

A. Vùng 1 và 2.

B. Vùng 1 và 3.

C. Vùng 3 và 4.

D. Vùng 2 và 4.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là D

Áp dụng quy tắc nắm tay phải xác định chiều của cảm ứng từ B1 do dòng điện I1 và cảm ứng từ B2 dòng điện I2 gây ra tại các vùng ta thấy: vùng 2 và 4 có từ trường mạnh nhất B1B2

Câu 12. Có hai dây dẫn dài song song mang hai dòng điện cùng chiều có cường độ bằng nhau. M là trung điểm của đoạn AB (hình vẽ). Vecto cảm ứng từ tại điểm M

Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt (cách giải + bài tập)

A. vuông góc với mặt phẳng hình vẽ và hướng từ phía trước ra phía sau mặt phẳng hình vẽ.

B. vuông góc với mặt phẳng hình vẽ và hướng từ phía sau ra phía trước mặt phẳng hình vẽ.

C. nằm trong mặt phẳng hình vẽ và hướng từ trái sang phải.

D. bằng 0.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là D

Áp dụng quy tắc nắm tay phải xác định được cảm ứng từ do hai dòng điện gây ra tại M có cùng phương, ngược chiều. (1)

Do hai dòng điện cùng cường độ và cách đều M nên cảm ứng từ do hai dòng điện gây ra tại M có cùng độ lớn. (2)

Từ (1) và (2) BM=0

Câu 13. Dòng điện I = 1 A chạy trong dây dẫn thẳng dài. Cảm ứng từ tại điểm M cách dây dẫn 10 cm có độ lớn là:

A. 2.10-8 (T).

B. 4.10-6 (T).

C. 2.10-6 (T).

D. 4.10-7 (T).

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là C

Cảm ứng từ do dòng điện thẳng dài gây ra tại một điểm:

B=2.107IrB=2.10710,1=2.106T

Câu 14. Tại tâm của một dòng điện tròn cường độ 5 A cảm ứng từ đo được là 31,4.106T. Đường kính của dòng điện đó là:

A. 10 (cm).

B. 20 (cm).

C. 22 (cm).

D. 26 (cm).

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là B

Cảm ứng từ tại tâm vòng dây tròn:

B=2π.107Ir31,4.106=2π.1075rr=0,1 md=2r=0,2 m

Câu 15. Một dòng điện có cường độ I = 5 (A) chạy trong một dây dẫn thẳng, dài. Cảm ứng từ do dòng điện này gây ra tại điểm M có độ lớn B = 4.10-5 (T). Điểm M cách dây một khoảng

A. 25 (cm).

B. 10 (cm).

C. 5 (cm).

D. 2,5 (cm).

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là D

Cảm ứng từ do dòng điện thẳng dài gây ra tại một điểm:

B=2.107Ir4.105=2.1075rr=0,025 m=2,5 cm

Câu 16. Một dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng, dài. Tại điểm A cách dây 10 (cm) cảm ứng từ do dòng điện gây ra có độ lớn 2.10-5 (T). Cường độ dòng điện chạy trên dây là:

A. 10 (A).

B. 20 (A).

C. 30 (A).

D. 50 (A).

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là A

Cảm ứng từ do dòng điện thẳng dài gây ra tại một điểm:

B=2.107Ir2.105=2.107I0,1I=10A

Câu 17. Một ống dây dài 50 (cm), cường độ dòng điện chạy qua mỗi vòng dây là 2 (A). Cảm ứng từ bên trong ống dây có độ lớn B = 25.10-4 (T). Số vòng dây của ống dây là:

A. 250.

B. 320.

C. 418.

D. 497.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là D

Cảm ứng từ bên trong ống dây được xác định bằng công thức:

B=4π.107NlI25.104=4π.107.N0,5.2N497vòng.

Câu 18. Một sợi dây đồng có đường kính 0,8 (mm), lớp sơn cách điện bên ngoài rất mỏng. Dùng sợi dây này để quấn một ống dây có dài ℓ = 40 (cm). Số vòng dây trên mỗi mét chiều dài của ống dây là:

A. 936.

B. 1125.

C. 1250.

D. 1379.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là C

Cách 1.

+ Số vòng dây của ống dây là: N=ld=4000,8=500vòng.

+ Số vòng dây trên mỗi mét chiều dài của ống là: n=Nl=5000,4=1250(vòng/mét)

Cách 2.

Số vòng dây trên mỗi mét chiều dài của ống là:

n=1d=10,8.103=1250 (vòng/mét).

Câu 19. Hai dây dẫn thẳng, dài song song cách nhau 32 (cm) trong không khí, cường độ dòng điện chạy trên dây 1 là I1 = 5 (A), cường độ dòng điện chạy trên dây 2 là I2. Điểm M nằm trong mặt phẳng 2 dòng điện, ngoài khoảng 2 dòng điện và cách dòng I2 8 (cm). Để cảm ứng từ tại M bằng không thì dòng điện I2

A. cường độ I2 = 2 (A) và cùng chiều với I1.

B. cường độ I2 = 2 (A) và ngược chiều với I1.

C. cường độ I2 = 1 (A) và cùng chiều với I1.

D. cường độ I2 = 1 (A) và ngược chiều với I1.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là D

+ Để tại M có cảm ứng từ BM=0 thì B1=B2⇒ I1 ngược chiều I2 (Vì M nằm ngoài khoảng hai dòng điện).

+ Mà B=2.107Ir nên I1r1=I2r2540=I28I2=1A

Câu 20. Hai dây dẫn thẳng, dài song song cách nhau 32 (cm) trong không khí, dòng điện chạy trên dây 1 là I1 = 5 (A), dòng điện chạy trên dây 2 là I2 = 1 (A) ngược chiều với I1. Điểm M nằm trong mặt phẳng của hai dây và cách đều hai dây. Cảm ứng từ tại M có độ lớn là:

A. 5,0.10-6 (T).

B. 7,5.10-6 (T).

C. 5,0.10-7 (T).

D. 7,5.10-7 (T).

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là B

Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt (cách giải + bài tập)

+ Cảm ứng từ do dòng điện I1 gây ra tại M: B1=2.107I1r1=2.10750,16=6,25.106T

+ Cảm ứng từ do dòng điện I2 gây ra tại M: B2=2.107I2r2=2.10710,16=1,25.106T

+ Cảm ứng từ tổng hợp tại M BM=B1+B2

Từ hình vẽ thấy: B1B2BM=B1+B2=6,25.106+1,25.106=7,5.106T

Câu 21. Hai dây dẫn thẳng, dài song song cách nhau 32 (cm) trong không khí, dòng điện chạy trên dây 1 là I1 = 5 (A), dòng điện chạy trên dây 2 là I2 = 1 (A) ngược chiều với I1. Điểm M nằm trong mặt phẳng của 2 dòng điện ngoài khoảng hai dòng điện và cách dòng điện I1 8 (cm). Cảm ứng từ tại M có độ lớn là:

A. 1,0.10-5 (T).

B. 1,1.10-5 (T).

C. 1,2.10-5 (T).

D. 1,3.10-5 (T).

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là C

Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt (cách giải + bài tập)

+ Cảm ứng từ do dòng điện I1 gây ra tại M: B1=2.107I1r1=2.10750,08=1,25.105T

+ Cảm ứng từ do dòng điện I2 gây ra tại M: B2=2.107I2r2=2.10710,32+0,08=5.107T

+ Cảm ứng từ tổng hợp tại M: BM=B1+B2

Từ hình vẽ thấy: B1B2BM=B1B2=1,25.1055.107=1,2.105T

Câu 22. Hai dây dẫn thẳng, dài song song cách nhau cách nhau 40 (cm). Trong hai dây có hai dòng điện cùng cường độ I1 = I2 = 100 (A), cùng chiều chạy qua. Cảm ứng từ do hệ hai dòng điện gây ra tại điểm M nằm trong mặt phẳng hai dây, cách dòng I1 10 (cm), cách dòng I2 30 (cm) có độ lớn là:

A. 0 (T).

B. 2.10-4 (T).

C. 24.10-5 (T).

D. 13,3.10-5 (T).

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là D

Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt (cách giải + bài tập)

+ Cảm ứng từ do dòng điện I1 gây ra tại M: B1=2.107I1r1=2.1071000,1=2.104T

+ Cảm ứng từ do dòng điện I2 gây ra tại M: B2=2.107I2r2=2.1071000,3=115.103T

+ Cảm ứng từ tổng hợp tại M: BM=B1+B2

+ Từ hình vẽ thấy: B1B2BM=B1B2=2.104115.10313,3.105T

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí 12 hay, chi tiết khác:

ĐỀ THI, GIÁO ÁN, GÓI THI ONLINE DÀNH CHO GIÁO VIÊN VÀ PHỤ HUYNH LỚP 12

Bộ giáo án, đề thi, bài giảng powerpoint, khóa học dành cho các thầy cô và học sinh lớp 12, đẩy đủ các bộ sách cánh diều, kết nối tri thức, chân trời sáng tạo tại https://tailieugiaovien.com.vn/ . Hỗ trợ zalo VietJack Official


Giải bài tập lớp 12 sách mới các môn học
Tài liệu giáo viên