Bài giảng Vật lí Lớp 11 - Bài: Từ trường của dòng điện trong các mạch có dạng khác nhau (Bản đẹp)

CHÚC CÁC EM CÓ MỘT BUỔI HỌC ĐẦY BỔ ÍCH VÀ LÝ THÚ 
Từ trường là môi trường vật chất tồn tại xung quanh hạt mang điện chuyển động và tác dụng lực lên hạt mang điện khác chuyển động trong nó . 
Để mô tả trực quan sự tồn tại của từ trường người ta dùng đường cảm ứng từ . 
Có thể xác định hình dạng đường cảm ứng từ bằng cách dùng từ phổ . Chiều của đường cảm ứng từ được xác định bằng cách dùng nam châm thử . 
Đường cảm ứng từ là những đường mà tiếp tuyến với nó tại mỗi điểm trùng với phương của véc tơ cảm ứng từ , chiều của nó trùng với chiều của véc tơ cảm ứng từ tại điểm đó . 
B M 
N êu k hái niệm đường cảm ứng từ ? 
Làm thế nào để xác định được hình dạng của các đường cảm ứng từ và chiều của các đường cảm ứng từ ? 
N 
S 
N 
S 
KIỂM TRA BÀI CŨ 
N 
S 
M 
N 
S 
 Cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường : 
 Là đại lượng đặc trưng cho từ trường về phương diện tác dụng lực tại điểm đó . 
 Véc tơ cảm ứng từ tại một điểm : 
+ Phương : Trùng với tiếp tuyến của đường cảm ứng từ tại điểm khảo sát . 
+ Chiều : Trùng chiều đường cảm ứng từ tại điểm khảo sát . 
+ Độ lớn : B = F/I.l 
+ Đơn vị : T 
Véc tơ cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường được xác định như thế nào ? 
B M 
. M 
Xung quanh dòng điện có từ trường . 
TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN PHỤ THUỘC NHỮNG YẾU TỐ NÀO ? 
CẢM ỨNG TỪ CỦA TỪ TRƯỜNG DO DÒNG ĐIỆN SINH RA ĐƯỢC XÁC ĐỊNH NHƯ THẾ NÀO ? 
TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MẠCH CÓ DẠNG KHÁC NHAU 
TIẾT 72 - 73 
Từ trường của dòng điện 
Từ trường của dòng điện trong dây dẫn thẳng dài 
Từ trường của dòng điện trong khung dây tròn 
Từ trường của dòng điện trong ống dây dài 
Chú ý 
1. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN 
Từ trường của dòng điện phụ thuộc vào hình dạng của mạch điện 
Với một mạch điện nhất định thì từ trường của dòng điện phụ thuộc vào hai yếu tố : 
 + Cường độ dòng điện trong mạch 
 + Môi trường xung quanh dòng điện : 
B = μ .B 0 
 B l à cảm ứng từ của dòng điện trong môi trường ; B o là cảm ứng từ trong chân không ; μ ≠ 1 g ọi là độ từ thẩm của môi trường. 
 V ới m ô i tr ường ch â n kh ô ng ho ặc kh ô ng kh í : 
 μ = 1 
TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN PHỤ THUỘC NHƯ THẾ NÀO VÀO HÌNH DẠNG CỦA MẠCH ĐIỆN ? 
I 
I 
Phải làm thí nghiệm như thế nào để xác định được hình dạng và chiều của đường cảm ứng từ ? 
2. TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN TRONG DÂY DẪN THẲNG DÀI 
- Dây dẫn thẳng dài mang dòng điện I ( H.vẽ ) 
- Thí nghiệm : 
P 
 a ) Đường cảm ứng từ : 
Kết quả TN 
I 
I 
+ Đặt dây dẫn vuông góc mặt phẳng P. Rắc mạt sắt trên mặt phẳng P, xung quanh dây dẫn . 
+ Gõ nhẹ để các mạt sắt định hướng lại . 
Em có nhận xét gì về hình dạng từ phổ của dòng điện trong dây dẫn thẳng dài ? 
 Từ phổ của dòng điện trong dây dẫn thẳng dài là những đường tròn đồng tâm (Tâm là giao điểm dủa dây dẫn và mặt phẳng P) 
Đường cảm ứng từ của từ trường trong dây dẫn thẳng dài là những đường tròn đồng tâm nằm trên các mặt phẳng vuông góc với dây dẫn . 
- Kết quả TN : Từ phổ của dòng điện trong dây dẫn thẳng dài là những đường tròn đồng tâm O (O là giao điểm dủa dây dẫn và mặt phẳng P) 
- Kết quả TN 
P 
Đường cảm ứng từ của dòng điện trong dây dẫn thẳng dài có dạng như thế nào ? 
I 
Kết luận : 
 - Quy tắc cái đinh ốc 1 : 
 Đặt cái đinh ốc dọc theo dây dẫn và quay cái đinh ốc sao cho nó tiến theo chiều dòng điện , khi đó chiều quay của cái đinh ốc là chiều của đường cảm ứng từ . 
D ùng cái đinh ốc có thể xác định chiều của đường cảm ứng từ như thế nào ? 
Kết quả thí nghiệm : 
 - Chiều của đường cảm ứng từ xác định bằng nam châm thử như hình vẽ . 
 - Chiều của đường cảm ứng từ phụ thuộc vào chiều của dòng điện trong dây dẫn . 
Kết quả thí nghiệm : 
 - Chiều của đườngcảm ứng từ xác định bằng nam châm thử như hình vẽ . 
 - Chiều của đường cảm ứng từ phụ thuộc vào chiều của dòng điện . 
b) Chiều của đường cảm ứng từ 
S 
N 
I 
- Độ lớn cảm ứng từ tại điểm M được xác định theo công thức : 
Nhận xét : 
- Cảm ứng từ tại các điểm cách đều dây dẫn có độ lớn bằng nhau . 
- Độ lớn cảm ứng từ tại một điểm tỉ lệ nghịch với khoảng cách từ điểm đó đến dây dẫn và tỉ lệ nghịch với cường độ dòng điện trong dây dẫn .. 
c) Véc tơ cảm ứng từ tại một điểm 
- Véc tơ cảm ứng từ tại một điểm M được xác định như hình vẽ : 
B M =2.10 -7 . 
Trong đó I(A ) là cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn . r là khoảng cách từ dây dẫn đến điểm M: r = OM (m) 
r 
I 
M 
O 
B N 
B M 
- Véc tơ cảm ứng từ tại điểm M được xác định như hình vẽ : 
 - Độ lớn cảm ứng từ tại điểm M được xác định theo công thức : 
N 
Véc tơ cảm ứng từ tại M có phương và chiều như thế nào ? 
Chú ý: 
Có thể biểu diễn cảm ứng từ trên mặt phẳng t hẳng đứng như hình vẽ : 
P 
I 
B N 
N 
Dây dẫn vuông góc mp (P). I hướng vào trong 
Dây dẫn vuông góc mp (P). I hướng ra ngoài 
I 
N 
B N 
P 
M 
B M 
Tính B M nếu I = 20 (A), r M = 5cm 
Ta có : B M =2.10 -7 .I/ r M =2.10 -7 .20/0.05 =8.10 -5 (A) 
I 
O 
3.TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN TRONG KHUNG DÂY TRÒN 
 - Khung dây tròn mang dòng điện I (H.vẽ) 
Đường cảm ứng từ : 
 - Thí nghiệm : 
 - Kết quả thí nghiệm : 
 + Từ phổ là những đường cong . 
+ Càng gần tâm O độ cong càng giảm . Đường qua tâm O là đường thẳng . 
P 
I 
O 
Kết luận : 
- Đường cảm ứng từ của từ trường trong khung dây tròn là những đường cong. 
- Đường qua tâm O là một đường thẳng 
P 
b) Chiều của đường cảm ứng từ: 
- Xác định theo quy tắc cái đinh ốc 2: 
Đặt cái đinh ốc dọc theo trục vuông góc mặt phẳng dây dẫn và quay cái đinh ốc theo chi ề u dòng điện trong khung, khi đó chiều quay của đinh là chiều của các đường cảm ứng từ xuyên qua phần mặt phẳng giới hạn bởi khung dây. 
- Đường cảm ứng từ của từ trường trong khung dây tròn là những đường cong. 
- Đường qua tâm O là một đường thẳng 
c) Độ lớn cảm ứng từ tại tâm của khung dây. 
- Cảm ứng từ tại tâm của khung dây: 
I 
R 
B = 2. .10-7 . 
- Trong đó: I là cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn. 
 R là bán kính của khung dây tròn. 
CÁC DẠNG MẠCH ĐIỆN THƯỜNG GẶP : 
I 
I 
B M 
Ví dụ : 
Một dòng điện 20A chạy trong một dây dẫn đặt trong không khí n hư hình vẽ . 
a) Tính cảm ứng từ tại điểm M và N cách dây dẫn 10cm . Vẽ đường cảm ứng từ và véc tơ cảm ứng từ qua 2 điểm đó. Biết M và N nằm trên mặt phẳng hình vẽ. 
b) Tìm các điểm tại đó cảm ứng từ lớn gấp đôi. 
B N = B M =2.10 -7 .20/0.1 =4.10 -5 (T) 
a) Độ lớn cảm ứng từ tại M và N: 
B N 
Bài giải: 
b) Tại điểm M 1 : B 1 =2.B M do đó: r 1 =1/2.r M =5cm 
I 
O 
M 
N 
Bài tập về nhà 
Bài 12. 13.14 (SGK Trang 163). 
Hẹn gặp lại ở bài sau !