Bài 2 từ TRƯỜNG và cảm ỨNG điện từ

BÀI 2: TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
Mục tiêu
 Kiến thức
+ Nắm được các khái niệm về cảm ứng từ, từ trường đều.
+

Xác định được cảm ứng từ sinh ra bởi dòng điện thẳng, dòng điện tròn và dòng điện chạy trong
ống dây.

+ Nêu được biểu thức xác định lực từ, lực Lorentz
+ Nắm được định luật Fa – ra – đây để xác định suất điện động cảm ứng
+ Hiểu về hiện tượng tự cảm.
 Kĩ năng
+ Vận dụng lí thuyết để xác định được từ trường do các dòng điện sinh ra tại một điểm.
+ Xác định được suất điện động cảm ứng và suất điện động tự cảm.

Trang 1


HỆ THỐNG HÓA KIẾN THỨC
TỪ HỌC

Từ trường cảm ứng từ: B 

F
; T 
IL

o Dòng điện ống: B  4.107

N

I  4.107 n.L
L

o Dòng điện tròn: B  2.107

I
R

o Dòng điện thẳng: B  2.107

I
r

Lực từ:
o Lực AMPE ( tác dụng lên đoạn dây mang dòng điện): F  IBLsin 

o Lực LO – REN – XƠ ( tác dụng lên hạt mang điện chuyển động)

Cảm ứng điện từ
o Từ thông:   NBS cos 
o Suất điện động cảm ứng: ec  
o Tự cảm: ec  L


t

I
N 2S
; L  107 4
 4.107 n 2 V .

t
I

Trang 2


II. CÁC DẠNG BÀI TẬP
Dạng 1: Từ trường và lực Lo – ren – xơ
Phương pháp giải
Nắm các công thức tính từ trường của

Ví dụ. Một vịng dây có bán kính

dịng điện thẳng, dịng điện trịn và ống

R  10

dây.

I1  10 A và một dây dẫn thẳng

Đặc biệt, Nguyên lý chồng chất: “Tại

mang dòng điện I 2  8 A như

điểm M có các cảm ứng từ B1 ;B 2 ;B 3 ...
thì cảm ứng từ tổng hợp tại M là:

cm, mang dịng điện

hình vẽ. Xác định chiều I 2 và
khoảng cách d từ tâm O của vòng đến dây dẫn thẳng để cảm

B  B1  B 2  ...  B N ”

ứng từ tổng hợp tại O bằng 0.

+ Khi B1 ngược chiều B 2

A. 2,55 cm, hướng sang trái.

 B M  B1  B 2

B. 2,55 cm, hướng sang phải.
C. 5,1 cm, hướng sang trái.

+ Khi B1 cùng chiều B 2

D. 5,1 cm, hướng sang phải.

 B N  B1  B 2

Hướng dẫn giải

+ Khi B1 hợp với B 2 góc 
- Nếu   90 : BM  B12  B22
- Nếu  bất kì:
B2M  B12  B22  2B1B2 cos 

- Biểu thức lực Lo-ren-xơ:

f  q vB sin  .

Từ

trường

tổng

hợp

tại

tâm

O

của

vòng

dây:

BO  B1  B2  0  B1  B2 *
Từ (*)  B1  B 2 , B1 hướng vào nên B 2 hướng ra.
Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải xác định được chiều của

I 2 hướng sang trái.
Từ (*) suy ra

B1  B 2  2.107.

10
8
 2.107.  d  0,0255 m  2,55 cm
0,1
d

Chọn A.

Ví dụ mẫu
Ví dụ 1: Cho 2 dây dẫn thẳng dài vơ hạn chạy cùng chiều, đặt vng góc
với mặt phẳng hình vẽ tại 2 điểm A và B cách nhau 5 cm trong chân khơng.
Dịng điện qua dây dẫn có cường độ I1  10A và I2  20A . Xác định cảm

Trang 3


ứng từ tổng hợp do I1 và I 2 gây ra tại C cách A là 10 cm, cách B là 5 cm.

Hướng dẫn giải
Áp dụng quy tắc nắm tay phải ta xác định được B1 có:
+ điểm đặt tại C
+ Phương:  AC, I1
+ Chiều: hướng lên trên như hình vẽ
+ Độ lớn: B1  2.107

I1
10
 2.107.
 2.105 T

AC
0,1

B 2 có:

+ Điểm đặt tại C.
+ Phương:  BC, I2
+ Chiều: theo qui tắc nắm tay phải
+ Độ lớn: B 2  2.107

I2
20
 2.107.
 8.10 5 T .
BC
0,05

Nhận thấy, cảm ứng từ tổng hợp tại C cùng phương cùng chiều với B1 ,B 2 , độ lớn: BC  B1  B2  104 T .
Ví dụ 2: Một hạt mang điện 3,2.1019 C được tăng tốc bởi hiệu điện thế 1000 V rồi cho bay vào trong từ
trường đều theo phương vng góc với các đường sức từ. Tính lực Lorenxơ tác dụng lên nó biết

m  6,67.1027 kg,B  2 T , vận tốc của hạt trước khi tăng tốc rất nhỏ.
A. 3, 4.1013 N.

B. 1,93.1013 N.

C. 3,21.1013 N.

D. 1,2.1013 N.

Hướng dẫn giải
Vận tốc của hạt sau khi được tăng tốc.

1
2qU
2.3,2.1019.1000
mv 2  qU  v 

 301761 m / s.
2
m
6,67.1027

 Lực Lo-ren-xơ tác dụng lên hạt F  qvB  3,2.1019.301761.2  1,93.1013 .
Chọn B
Dạng 2: Cảm ứng điện từ
Phương pháp giải
Nắm các công thức quan trọng về cảm ứng điện từ

 

- Từ thông qua diện tích S của khung dây đặt trong từ trường:   NBS cos n,B
+ Suất điện động cảm ứng trong khung: ec  


t

Trang 4

+ Hệ số tự cảm của ống dây: L  4.107

N2
S.
I

+ Từ thơng tự cảm qua ống dây có dịng điện i chạy qua:   Li .
+ Suất điện động tự cảm: ec  L

i
t

Lưu ý: Dòng điện cảm ứng trong khung dây dẫn sinh ra bởi sự biến thiên của từ thơng có chiều sao cho
từ trường mà nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó
Ví dụ: Một khung dây dẫn hình trịn có diện tích là 200 cm 3 , gồm 50
vịng dây quay đều với tốc độ góc   50 (rad/s) trong một từ
trường đều có cảm ứng từ B  0,05T . Trục quay  của khung nằm
vng góc với đường sức từ. Ở thời điểm ban đầu  t  0  , vectơ pháp
tuyến của khung dây trùng với vectơ cảm ứng từ.
a. Tính từ thơng xun qua khung dây lúc t  0 .
b. Tính suất điện động cảm ứng trung bình xuất hiện trong khung dây
trong thời gian nó quay được 60 kể từ vị trí ban đầu.
Hướng dẫn giải
- Từ thơng qua N vịng dây là   NBS.cos  .
Thay số   5.102 Wb .
- Suất điện động cảm ứng có độ lớn ecu 


t

  NBS.cos60  NBS.cos0  2,5.10 2 Wb
t là thời gian chuyển động tròn đều quay được góc 60  t 


1

s
 150

Thay số etb  3,75 V
Ví dụ mẫu
Ví dụ 1: Từ thơng ban đầu đi qua một khung dây kín bằng 0  2Wb , cho từ thông biến thiên đều đặn,
sau thời gian t  0,5s thì từ thơng này tăng gấp ba lần. Suất điện động cảm ứng qua khung có độ lớn là
A. 4 V.

B. 8 V.

C. 12 V.

D. 6 V.

Hướng dẫn giải:
Áp dụng công thức: ec 

 3,2  2

 8V
t
0,5

Chọn B.
Ví dụ 2: Ống dây điện hình trụ có lõi chân khơng, chiều dài

 0,2 m , có N = 1000 vịng, diện tích mỗi

vịng S  0,01m2 .
a. Tính độ tự cảm L của ống dây.
Trang 5


b. Dịng điện qua cuộn cảm đó tăng đều từ 0 đến 5 A trong 0,1 s, tính độ lớn suất điện động tự cảm xuất
hiện trong ống dây trong khoảng thời gian này.
Hướng dẫn giải
a. Viết được công thức L  4.107

N2
S
I

Thay số ta được L  6,28.102 H .
b. Viết được công thức e tc  L

i
t

Thay số etc  3,14 V .
Bài tập tự luyện
Câu 1: Hình vẽ nào sau đây xác định đúng chiều dòng điện cảm ứng khi cho nam châm dịch chuyển lại
gần hoặc ra xa vịng dây kín:

A. Hình A.

B. Hình B.

C. Hình C.

D. Hình D.

Câu 2: Đặc điểm nào sau đây khơng phải của đường sức từ?
A. là những đường cong khép kín hoặc vơ hạn ở hai đầu
B. là những đường thẳng song song cách đều nhau nếu là từ trường đều.
C. là những đường tròn tiếp xúc với nhau tại một điểm nếu do một dịng điện thẳng dài vơ hạn gây ra.
D. có thể là đường thẳng nếu do dòng điện tròn gây ra.
Câu 3: Đưa một vòng dây dẫn trịn mang dịng điện khơng đổi lại gần một nam châm
thẳng hình vẽ. Khi thả vịng dây ra nó sẽ bị (coi như đã khử được trọng lực và các lực
khác, vòng chỉ chuyển động dưới tác dụng của lực từ):
A. lại gần nam châm.

B. ra xa nam châm.

C. đứng yên tại chỗ.

D. lại gần một đoạn rồi lại ra xa.

Câu 4: Hai dây dẫn thẳng dài, mang các dòng điện I1  10A và I 2  20 A ngược chiều, cách nhau một
khoảng AB  12 cm trong khơng khí. Tìm cảm ứng từ tổng hợp tại M cách hai dây dẫn các khoảng lần
lượt là AM  8 cm và BM  20 cm.
A. 4,5.105 T .

B. 5.106 T

C. 7,5.105 T

D. 9.105 T

Câu 5: Hình vẽ bên là hình ảnh về một phần đường sức từ của một từ trường và vị
trí của một nam châm thử nằm cân bằng tại một điểm trên đường sức từ. Đường sức
từ có chiều từ
A. N đến M và BM > BN.

B. N đến M và BN > BM.
Trang 6


C. M đến N và BN > BM.

D. M đến N và BM > BN.

Câu 6: Dùng một dây đồng có chiều dài 95cm có phủ một lớp sơn mỏng cách điện quấn quanh một hình
trụ dài 50cm, đường kính 4cm để làm một ống dây. Nếu cho dòng điện cường độ 0,1 A vào mỗi vịng của
ống dây thì cảm ứng từ bên trong ống là
A. 15,7.105 T .

B. 19.105 T .

C. 21.105 T .

D. 23.105 T

Câu 7: Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện có phương

A. vng góc với dây dẫn và song song với các đường sức từ.
B. song song với dây dẫn và vng góc với các đường sức từ.
C. song song với cả dây dẫn và đường sức từ.
D. vuông góc với cả dây dẫn và đường sức từ.
Câu 8: Đơn vị nào sau đây không phải của cảm ứng từ?
A. T.

B.

N
m.A

C.

kg
A.s2

D.

kg.m 2
A.s2

Câu 9: Một thanh kim loại có chiều dài  1m , mang dòng điện I  5 A, được đặt trong một từ trường
đều có B  0, 4 T. Biết lực từ tác dụng lên dây có độ lớn F  1 N. Tìm góc hợp bởi dây dẫn và đường sức
từ.
A. 30

B. 150

C. 30 hoặc 150

D. 60 hoặc 150

Câu 10: Một electron mang điện tích q  1,6.1019 C chuyển động với vận tốc ban đầu v 0  107 m/s,
trong một từ trường đều B  0,1T , sao cho v 0 hợp góc   30 so với đường sức từ. Tìm lực Lo-ren-xơ
tác dụng lên electron.
A. 8.1014 N

B. 8.1013 N

C. 8.1015 N

D. 8.1016 N

Câu 11: Lực Lo-ren-xơ tác dụng lên điện tích chuyển động không phụ thuộc vào
A. độ lớn và dấu của điện tích.

B. khối lượng của điện tích.

C. độ lớn của cảm ứng từ.

D. hướng của vectơ vận tốc.

Câu 12: Lực Lo-ren-xơ tác dụng lên một điện tích điểm bằng 0 chỉ khi điện tích này chuyển động
A. vng góc với từ trường.

B. cùng phương, cùng chiều với từ trường

C. song song với từ trường.

D. cùng phương, ngược chiều với từ trường

Câu 13: Một khung dây phẳng có diện tích 12 cm 2 đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B  5.102 T ,
mặt phẳng khung dây hợp với véctơ cảm ứng từ một góc 30 . Tính độ lớn từ thơng qua khung
A.   2.105 Wb .

B.   3.105 Wb .

C.   4.105 Wb

D.   5.105 Wb

Câu 14: Chọn phát biểu sai. Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong một khung dây kín khi
A. từ trường qua khung dây biến thiên.
B. diện tích của khung dây biến thiên.
C. góc hợp bởi vectơ cảm ứng từ và vectơ pháp tuyến biến thiên.
D. điện trở của khung dây biến thiên.
Câu 15: Một cuộn dây có 400 vịng và tổng điện trở 4  , diện tích mỗi vịng là 30 cm 2 đặt cố định trong
từ trường đều, vectơ cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng tiết diện cuộn dây. Tốc độ biến thiên cảm ứng
từ qua mạch là bao nhiêu để cường độ dòng điện trong mạch là I  0,3 A.
A. 1 T/s.

B. 0,5 T/s.

C. 2 T/s.

D. 4 T/s.
Trang 7

Câu 16: Phát biểu nào dưới đây là sai? Suất điện động tự cảm có độ lớn lớn khi
A. dịng điện tăng nhanh.

B. dịng điện giảm nhanh.

C. dịng điện có giá trị khơng đổi.

D. dịng điện biến thiên nhanh.

Câu 17: Dịng điện qua một ống dây khơng có lõi sắt biến đổi đều theo thời gian, trong 0,01 s cường độ
dòng điện tăng đều từ 1 A đến 2 A thì suất điện động tự cảm trong ống dây có độ lớn 20 V. Tính hệ số tự
cảm của ống dây và độ biến thiên năng lượng của từ trường trong ống dây
A. 0,1 H và 0,2 J.

B. 0,2 H và 0,3 J.

C. 0,3 H và 0,4 J.

D. 0,2 H và 0,5 J.

Câu 18: Một electron sau khi được tăng tốc bởi hiệu điện thế U  40 V, bay vào một vùng từ trường đều
có hai mặt biên phẳng song song, bề dày h  10 cm. Vận tốc của electron vng góc với cả cảm ứng từ

B lẫn hai biên của vùng. Với giá trị nhỏ nhất B min của cảm ứng từ bằng bao nhiêu thì electron khơng thể
bay xun qua vùng đó? Cho biết tỉ số độ lớn điện tích và khối lượng của electron là   1,76.1011 C / kg
A. B min  2,1.103 T

B. B min  2,1.104 T

C. B min  2,1.105 T

D. B min  2,1.102 T

Câu 19: Một ống dây có hệ số tự cảm là L, cường độ dịng điện trong ống dây là i. Biết trong khoảng thời
gian t dòng điện biến thiên i . Biểu thức suất điện động tự cảm xuất hiện trong ống dây là
1 i
A. e tc   L
2 t

C. etc  L

B. etc  2Li

i
t

D. etc  Li

Câu 20: Chọn phát biểu sai khi nói về lực Lorenxơ? Độ lớn của lực Lorenxơ tác dụng lên hạt mang điện
chuyển động với vận tốc V trong từ trường đều có vectơ cảm ứng từ B tỉ lệ với
A. độ lớn điện tích của hạt.

B. độ lớn vận tốc của hạt.

C. độ lớn cảm ứng từ.

D. góc hợp bởi v và B .

Câu 21: Cho mạch điện có sơ đồ như hình bên: L là một ống dây dẫn hình
trụ dài 10 cm, gồm 1000 vịng dây, khơng có lõi, được đặt trong khơng khí;

điện trở R  5 ; nguồn điện có suất điện động E và điện trở trong r  1 .
Biết đường kính của mỗi vịng dây rất nhỏ so với chiều dài của ống dây. Bỏ
qua điện trở của ống dây và dây nối. Khi dòng điện trong mạch ổn định thì
cảm ứng từ trong ống dây có độ lớn là 2,51.102 T . Giá trị của E là
A. 8 V.

B. 24 V.

C. 6 V.

D. 12 V.

Câu 22: Hình nào dưới đây kí hiệu đúng với hướng của từ trường đều tác dụng lực Lo-ren-xơ lên hạt điện
tích q chuyển động với vận tốc trên quỹ đạo tròn trong mặt phẳng vng góc với đường sức từ.

A. Hình 1.

B. Hình 2.

C. Hình 3.

D. Hình 4.

ĐÁP ÁN
1–B

2–C

3–D

4–B

5–D

6–B

7–D

8–D

9–A

10 – A

11 – B

12 – C

13 – B

14 – D

15 – A

16 – C

17 – B

18 – B

19 – C

20 – D

21 – D

22 – C
Trang 8


Trang 9