Để nắm vững kiến thức về từ trường, việc hiểu rõ “Chiều Của đường Sức Từ” là vô cùng quan trọng. Bài viết này sẽ cung cấp kiến thức chi tiết về cách xác định chiều của đường sức từ, kèm theo các ví dụ minh họa và bài tập vận dụng giúp bạn hiểu sâu hơn về chủ đề này.
Phương Pháp Xác Định Chiều Đường Sức Từ
Nắm vững kiến thức về từ phổ, đường sức từ và quy tắc nắm tay phải là chìa khóa để giải quyết các bài tập liên quan đến chiều của đường sức từ.
1. Từ Phổ và Đường Sức Từ
-
Từ phổ: Là hình ảnh trực quan thể hiện sự phân bố của các đường sức từ trong không gian từ trường. Ta có thể quan sát từ phổ bằng cách rắc mạt sắt lên một tấm nhựa trong đặt trong từ trường và gõ nhẹ.
-
Đường sức từ: Là những đường cong khép kín (hoặc hở vô cùng) mô tả hướng của lực từ tác dụng lên một cực bắc thử đặt trong từ trường. Bên ngoài nam châm, đường sức từ có chiều đi ra từ cực Bắc (N) và đi vào cực Nam (S).
- Từ phổ bên ngoài ống dây có dòng điện chạy qua tương tự như từ phổ bên ngoài thanh nam châm.
2. Quy Tắc Nắm Tay Phải
Quy tắc này giúp xác định chiều của đường sức từ trong lòng ống dây khi biết chiều dòng điện chạy qua các vòng dây:
“Nắm bàn tay phải sao cho bốn ngón tay hướng theo chiều dòng điện chạy trong các vòng dây, thì ngón tay cái choãi ra chỉ chiều của đường sức từ trong lòng ống dây.”
Ví Dụ Minh Họa
Ví dụ 1: Cách nào sau đây được sử dụng để thu được từ phổ?
A. Rải cát trên tấm nhựa đặt trong từ trường của nam châm và gõ nhẹ.
B. Rắc mạt sắt lên tấm nhựa đặt trong từ trường của nam châm và gõ nhẹ.
C. Dùng kim nam châm, bôi mực lên kim nam châm để vẽ lên trên giấy.
D. Đặt thanh nam châm thẳng gần bức tường và rọi đèn vào thanh nam châm.
Lời giải:
Đáp án B. Mạt sắt có từ tính, sẽ sắp xếp theo đường sức từ khi ở trong từ trường.
Ví dụ 2: Các đường sức từ bên ngoài thanh nam châm, ống dây có dòng điện chạy qua là:
A. Những đường tròn có tâm ở giữa thanh nam châm.
B. Những đường tròn đồng tâm.
C. Những đường cong.
D. Những đường thẳng.
Lời giải:
Đáp án C. Đường sức từ là những đường cong khép kín (hoặc hở vô cùng).
Ví dụ 3: Liên thực hiện một thí nghiệm về từ trường như hình vẽ. Khi cho dòng điện một chiều chạy qua ống dây, kim nam châm bị đẩy ra xa B. Dòng điện đi qua ống dây có chiều như thế nào?
Lời giải:
Dòng điện trong cuộn dây có chiều từ A đến B.
Kim nam châm bị đẩy ra, suy ra đầu B của ống dây là cực Bắc. Áp dụng quy tắc nắm tay phải, ta xác định được chiều dòng điện là từ A sang B.
Bài Tập Trắc Nghiệm
Câu 1: Độ mau, thưa của các đường sức từ trên cùng một hình vẽ cho ta biết điều gì?
A. Độ mạnh yếu của từ trường. Chỗ đường sức từ càng mau thì từ trường càng mạnh và ngược lại.
B. Độ mạnh yếu của từ trường. Chỗ đường sức từ càng mau thì từ trường càng yếu và ngược lại.
C. Độ mạnh yếu của cường độ dòng điện. Chỗ đường sức từ càng mau thì dòng điện tại đó càng mạnh và ngược lại.
D. Độ mạnh yếu của cường độ dòng điện. Chỗ đường sức từ càng mau thì dòng điện tại đó càng yếu và ngược lại.
Lời giải:
Đáp án A. Mật độ đường sức từ thể hiện độ lớn của từ trường.
Câu 2: Các đường sức từ có chiều nhất định. Ở ngoài ống dây (có dòng điện chạy qua) chúng là những đường cong:
A. Đi ra từ cực âm và đi vào từ cực dương của ống dây.
B. Đi ra từ cực Bắc và đi vào từ cực Nam của ống dây.
C. Đi ra từ cực Nam và đi vào từ cực Bắc của ống dây.
D. Đi ra từ cực dương và đi vào từ cực âm của ống dây.
Lời giải:
Đáp án B. Tương tự như nam châm, đường sức từ đi ra từ cực Bắc và đi vào cực Nam.
Câu 3: Quy tắc nắm tay phải dùng để xác định:
A. Chiều của dòng điện trong dây dẫn.
B. Chiều của đường sức từ trong nam châm.
C. Chiều của đường sức từ trong mạch điện.
D. Chiều của đường sức từ trong lòng ống dây.
Lời giải:
Đáp án D. Quy tắc nắm tay phải chỉ áp dụng để xác định chiều đường sức từ trong lòng ống dây.
Câu 4: Phát biểu nào sau đây là chính xác khi nói về quy tắc nắm tay phải?
A. Nắm nắm tay phải sao cho bốn ngón tay nắm lại chỉ chiều dòng điện qua ống dây thì ngón tay cái choãi ra chỉ chiều đường sức từ trong lòng ống dây.
B. Nắm nắm tay phải sao cho bốn ngón tay nắm lại chỉ chiều dòng điện qua ống dây thì ngón tay cái choãi ra chỉ chiều đường sức từ bên ngoài ống dây.
C. Nắm nắm tay phải, khi đó bốn ngón tay nắm lại chỉ chiều đường sức từ bên trong lòng ống dây.
D. Nắm nắm tay phải, khi đó ngón tay cái choãi ra chỉ chiều đường sức từ trong lòng ống dây.
Lời giải:
Đáp án A. Phát biểu chính xác về quy tắc nắm tay phải.
Câu 5: Khi sử dụng quy tắc nắm tay phải cần phải biết?
A. Cường độ dòng điện trong ống dây.
B. Hiệu điện thế định mức đặt vào hai đầu ống dây.
C. Chiều của dòng điện trong ống dây.
D. Chiều dài của ống dây.
Lời giải:
Đáp án C. Cần biết chiều dòng điện để áp dụng đúng quy tắc.
Bài Tập Vận Dụng
Câu 6: Khi cho dòng điện đi qua lòng một ống dây thì xuất hiện đường sức từ quanh ống dây. Nếu thêm vào ống dây đó một lõi sắt thì chiều của đường sức từ có thay đổi không? Tại sao?
Lời giải:
Chiều của đường sức từ không thay đổi.
Lõi sắt chỉ làm tăng độ lớn của từ trường (tăng từ tính của ống dây), không làm thay đổi chiều của đường sức từ. Chiều đường sức từ vẫn phụ thuộc vào chiều dòng điện.
Câu 7: Trong giờ thực hành về từ trường, các bạn học sinh lớp 8A làm một thí nghiệm được mô tả như hình dưới. Khi đóng khóa K thì kim nam châm sẽ như thế nào?
Lời giải:
Khi đóng khóa K, có dòng điện chạy qua cuộn dây. Áp dụng quy tắc nắm tay phải, đầu ống dây gần kim nam châm là cực Bắc. Do đó, kim nam châm bị đẩy ra xa (do hai cực cùng tên đẩy nhau).
Câu 8: Đầu A của ống dây là cực Bắc. Muốn cực A của ống dây là cực Nam thì phải làm như thế nào?
Lời giải:
Đảo chiều dòng điện đi qua ống dây. Khi đó, chiều của đường sức từ sẽ thay đổi, dẫn đến cực từ của ống dây cũng thay đổi.
Câu 9: Trong giờ thực hành vật lí, thầy Vũ làm một thí nghiệm để xác định cực của kim nam châm. Thí nghiệm được mô tả như hình vẽ. Khi thầy Vũ đóng công tắc K thì cực X của kim nam châm bị hút lại gần đầu B của ống dây. Hai cực X, Y là cực gì? Vì sao?
Lời giải:
X là cực Nam, Y là cực Bắc.
Đầu B của ống dây là cực Bắc (theo quy tắc nắm tay phải). Mà cực X của kim nam châm bị hút về đầu B, nên X là cực Nam và Y là cực Bắc.
Câu 10: Quan sát từ phổ của thanh nam châm thẳng (trong ảnh), em có kết luận gì về từ trường của thanh nam châm này?
Lời giải:
Từ trường mạnh nhất ở hai đầu thanh nam châm (nơi đường sức từ dày đặc) và yếu nhất ở giữa thanh nam châm (nơi đường sức từ thưa thớt).
Bài Tập Tự Luyện
Bài 1: Biết chiều của một đường sức từ như trên hình bên dưới của thanh nam châm. Hãy xác định từ cực của thanh nam châm?
Bài 2: Có một số pin để lâu ngày và một đoạn dây dẫn. Nếu không có bóng đèn để thử mà chỉ có một kim nam châm. Làm thế nào để kiểm tra được pin có còn điện hay không chỉ với dây dẫn và kim nam châm?
Bài 3: Muốn xác định được chiều của lực điện từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua đặt tại một điểm trong từ trường thì cần phải biết những yếu tố nào? Giải thích chi tiết?
Bài 4: Hai ống dây có dòng điện chạy qua được treo cạnh nhau như hình vẽ. Hai đầu A và B của hai ống dây hút nhau hay đẩy nhau?
Bài 5: Để kiểm tra xem một dây dẫn chạy qua nhà có dòng điện hay không mà không dùng dụng cụ đo điện, ta có thể dùng kim nam châm được không? Giải thích tại sao?
Bài 6: Trong lòng một ống dây dẫn có dòng điện một chiều chạy qua thì các đường sức từ có những đặc điểm nào?
Bài 7: Mặt cắt thẳng đứng của một đèn hình ở trong máy thu hình được vẽ như hình vẽ. Tia AA’ tượng trưng cho chùm electron chiếu đến đập vào màn huỳnh quang M, các ống dây L1 và L2 sử dụng để lái chùm tia electron theo phương nằm ngang. Hỏi đường sức từ ở trong các ống dây L1, L2 sẽ có hướng như thế nào?
Bài 8: Hình sau mô tả cấu tạo của một dụng cụ để phát hiện dòng điện (một loại điện kế). Dụng cụ này gồm một ống dây B, trong lòng B có một thanh nam châm A nằm thang bằng, vuông góc với trục ống dây và có thể quay quanh một trục OO’ đặt giữa thanh, vuông góc với mặt phẳng trang giấy.
a, Nếu dòng điện qua ống dây B có chiều được đánh dấu như hình vẽ thì kim chỉ quay sang bên phải hay bên trái?
b, Hai chốt của điện kế này cần có đánh dấu dương, âm hay không?
Bài 9: Có thể áp dụng quy tắc nắm tay phải cho trường hợp một vòng dây có dòng điện chạy qua không? Vòng dây (C) bị hút về phía nam châm như hình vẽ. Hãy xác định chiều dòng điện trong vòng dây (coi đường vẽ nét đứt là nửa vòng dây phía sau).
Bài 10: Cạnh một ống dây người ta treo một thanh nam châm thẳng bằng một sợi dây dẻo. Thanh nam châm đứng thăng bằng ở vị trí như trên hình bên dưới C và D là hai cực của một nguồn điện.
a) Khi ta nối A với C và B với D thì vị trí thanh nam châm sẽ như thế nào?
b) Khi ta nối A với D và B với C thì vị trí thanh nam châm sẽ như thế nào?
c) Khi ngắt mạch điện thì vị trí thanh nam châm sẽ như thế nào?
Hy vọng bài viết này giúp bạn hiểu rõ hơn về chiều của đường sức từ và cách áp dụng kiến thức vào giải các bài tập liên quan. Chúc bạn học tốt!
