Xét một khung dâу mang dòng điện đặt trong từ trường đềunằm trong mặt phẳng khung dâу.
Bạn đang хem: Momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dâу
Giải Bài Tập Vật Lí 11 – Bài 33: Khung dây có dòng điện đặt trong từ trường [Nâng Cao] giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:
Câu c1 [trang 163 sgk Vật Lý 11 nâng cao]: Giả sử dòng điện trong khung dây ở hình 33.2 có chiều ngược với chiều đã vẽ. Hãy xác định chiều của lực từ tác dụng lên các cạnh của khung trong trường hợp đó.Bạn đang xem: Momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây
Lời giải:
Giả sử dòng điện trong khung dây ở hình 33.2 có chiều ngược với chiều đã vẽ. Khi đó chiều của lực từ tác dụng lên các cạnh của khung
* FAB→ = FDC→ = 0
* FAD→ hướng vuông góc với mặt phẳng trang giấy và có chiều đâm vào trong.
* FBC→ hướng vuông góc với mặt phẳng trang giấy có chiều đâm từ trong ra ngoài.
Câu c2 [trang 163 sgk Vật Lý 11 nâng cao]: Trong hình 33.3, giả sử các đường sức từ có chiều ngược lại, nghĩa là các đường sức từ hướng ra phía sau mặt phẳng hình vẽ thì lực từ tác dụng lên khung dây có chiều như thế nào?Lời giải:
Trong hình 33.3, nếu các đường sức từ có chiều ngược lại, nghĩa là các đường sức từ hướng ra phía sau mặt phẳng hình vẽ thì lực từ tác dụng lên khung dây sẽ cùng phương, chiều ngược lại với lực lúc đầu.
Câu 1 [trang 165 sgk Vật Lý 11 nâng cao]: Hãy chứng tỏ rằng lực từ tác dụng lên khung dây dẫn tạo thành ngẫu lực [chỉ xét trường hợp đường sức từ nằm trong mặt phẳng khung].Lời giải:
Giả sử đường sức từ nằm trong mặt phẳng khung dây như hình 33.2.
Khi đó lực từ tác dụng lên các cạnh của khung dây là:
* FAB→ = FDC→ = 0
* FAD→ hướng vuông góc với mặt phẳng trang giấy và có chiều đâm từ trong ra ngoài.
* FBC→ hướng vuông góc với mặt phẳng trang giấy và có chiều đâm vào trong.
Trong đó độ lớn: FAD = I.B.AD; FBC = I.B.BC
Mà AD = BC ⇒ FAD = FBC = F
→ FAD→ và FBC→ tạo thành một ngẫu lực [đpcm].
Câu 2 [trang 165 sgk Vật Lý 11 nâng cao]: Hãy viết biểu thức momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây khi các đường sức từ nằm trong mặt phẳng khung dây.Lời giải:
Momen ngẫu lực từ FAD→ và FBC→ tác dụng lên khung dây được xác định bởi: M = F.d = I.B.BC.AB = I.B.S
Trong đó: S = AB.BC là diện tích của mặt phẳng khung dây
Lời giải:
Khi mặt phẳng khung vuông góc với các đường sức từ như hình 33.3
thì lực từ tác dụng lên các cạnh của khung sẽ nằm trong mặt phẳng khung và vuông góc với các cạnh. Vì vậy, lực từ có tác dụng làm căng khung ra, hay nén khung lại, chứ không tạo thành ngẫu lực
Câu 4 [trang 165 sgk Vật Lý 11 nâng cao]: Hãy nêu cấu tạo và hoạt động của động cơ điện một chiềuLời giải:
• Cấu tạo: động cơ điện có hai bộ phận chính là nam châm tạo ra từ trường và khung dây dẫn có dòng điện chạy qua như hình 33.4.
Xem thêm: Chi Pu: Tin Tức, Hình Anh Mới Nhất Về Chi Pu Ở Showbiz Cập Nhật 24H
• Hoạt động: động cơ điện hoạt động dựa trên tác dụng lực của từ trường lên khung dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường. Khi động cơ điện hoạt động thì nó chuyển hóa điện năng thành cơ năng.
Câu 5 [trang 165 sgk Vật Lý 11 nâng cao]: Hãy nêu cấu tạo và hoạt động của điện kế khung quayLời giải:
* Cấu tạo: điện kế khung quay gồm một khung dây có khoảng vài trăm vòng dây quấn sát. Khung lồng ra bên ngoài một lõi sắt và được đặt giữa hai cực của nam châm điện. Ngoài ra có một lò xo để giữ khung ở một vị trí xác định.
* Hoạt động: khi cho dòng điện vào khung thì ngẫu lực làm khung quay lệch khỏi vị trí lúc đầu. Khi đó lò xo sẽ sinh momen cản. Khi cân bằng khung sẽ lệch khỏi vị trí lúc đầu một góc α tỉ lệ với cường độ dòng điện trong khung.
Bài 1 [trang 165 sgk Vật Lý 11 nâng cao]: Chọn câu saiMomen ngẫu lực từ tác dụng lên một khung dây có dòng điện đặt trong từ trường đều.
A. Tỉ lệ với diện tích khung
B. Có gí trị lớn nhất khi mặt phẳng khung vuông góc với đường sức từ
C. Phụ thuộc cường độ dòng điện trong khung
D. Tỉ lệ với cảm ứng tù.
Lời giải:
Momen ngẫu lực từ tác dụng lên một khung dây có dòng điện đặt trong từ trường đều có giá trị lớn nhất khi mặt phẳng khung vuông góc với đường sức từ.
Đáp án: B
Bài 2 [trang 165 sgk Vật Lý 11 nâng cao]: Chọn phương án đúngMột khung dây phẳng nằm trong từ trường đều, mặt phẳng khung dây chứa các đường sức từ. Giảm cảm ứng từ đi hai lần và tăng cường độ dòng điện trong khung lên 4 lần thì momen lực từ tác dụng lên khung sẽ tăng lên.
A. 2 lần B. 4 lần C. 6 lần D. 8 lần
Lời giải:
Độ lớn của momen ngẫu lực M khi mặt phẳng khung dây chứa các đường sức từ tức là vecto cảm ứng từ B→ hợp với pháp tuyến n→ của mặt phẳng [ABCD] một góc θ = 900 là:
M = I.B.S.sinθ = I.B.S
Giảm cảm ứng từ đi hai lần và tăng cường độ dòng điện trong khung lên bốn lần tức là:
B’ = B/2; I’ = 4.I
→ M’ = I’.B’.S = 4.I.0,5B.S = 2M
→ Momen lực từ tác dụng lên khung sẽ tăng lên 2 lần
Đáp án: A
a] Cạnh AB của khung vuông góc còn cạnh BC song song với đường sức từ
b] Cạnh BC của khung vuông góc còn cạnh AB song song với đường sức từ
Lời giải:
a] Giá trị lớn nhất của momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung trong trường hợp cạnh AB của khung vuông góc còn cạnh BC song song với đường sức từ.
M = I.B.a.b = 2.5.10-2.3.10-2 = 1,5.10-4 N.m
b] Giá trị lớn nhất của momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung trong trường hợp cạnh BC của khung vuông góc còn cạnh AB song song với đường sức từ.
M = I.B.a.b = 2.5.10-2.3.10-2.5.10-2 = 1,5.10-4 N.m
Đáp số: a] M = 1,5.10-4 N.m b] M = 1,5.10-4 N.m
Bài 4 [trang 165 sgk Vật Lý 11 nâng cao]: Một khung dây có kích thước 2cm x 3cm đặt trong từ trường đều. Khung dây gồm 200 vòng. Cho dòng điện cường độ 0,2A đi vào khung dây. Momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung có giá trị lớn nhất bằng 24.10-4 N.m. Hãy tính cảm ứng từ của từ trường.Lời giải:
Momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung có giá trị lớn nhất được tính bởi công thức M = N.I.B.S
Cảm ứng từ của từ trường là:
Đáp số: B = 0,1T
Để giải đáp câu hỏi trên, chúng ta cùng tìm hiểu về ngẫu lực là gì? Momen ngẫu lực có công thức tính như thế nào? Tác dụng của ngẫu lực đối với một vật rắn ra sao? qua nội dung bài viết dưới đây.
I. Ngẫu lực là gì?
1. Định nghĩa ngẫu lực
– Hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật gọi là ngẫu lực.
2. Ví dụ về ngẫu lực
– Dùng tay vặn vòi nước ta đã tính năng vào vòi một ngẫu lực – Dùng tuanơvit để vặn đinh ốc, ta tính năng vào tuanơvit một ngẫu lực – Khi ôtô sắp qua đoạn đường ngoặt, người lái xe tính năng một ngẫu lực vào tay lái
⇒ Như vậy, ngẫu lực tính năng vào một vật chỉ làm cho vật quay chứ không tịnh tiến .
II. Tác dụng của ngẫu lực đối với một vật rắn
1. Trường hợp vật không có trục quay cố định
– Dưới tính năng của ngẫu lực vật sẽ quay quanh trục đi qua trọng tâm và vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực .
– Xu hướng hoạt động li tâm của những phần của vật ở ngược phía so với trọng tâm triệt tiêu nhau nên trọng tâm đứng yên. Trục quay đi qua trọng tâm không chịu lực tính năng .
2. Trường hợp vật có trục quay cố định
– Dưới tính năng của ngẫu lực vật sẽ quay quanh trục cố định và thắt chặt đó. Nếu trục quay không đi qua trọng tâm thì trọng tâm sẽ hoạt động tròn xung quanh trục quay. Khi ấy vật có xu thế hoạt động li tâm nên tính năng lực vào trục quay .
– Vì vậy, khi sản xuất những bộ phận quay của máy móc [ như bánh đà, bánh xe xe hơi, … ] thì phải làm cho trục quay đi qua trọng tâm của bánh đà, bánh xe một cách đúng chuẩn nhất .
3. Momen của ngẫu lực
– Đối với những trục quay vuông góc với mặt phẵng chứa ngẫu lực thì mômen của ngẫu lực không phụ thuộc vào vào vị trí trục quay và luôn luôn có giá trị : Trong đó : F : là độ lớn của mỗi lực [ N ] d : là khoảng cách giữa 2 giá của ngẫu lực còn được gọi là cánh tay đòn của ngẫu lực [ m ] M : Momen của ngẫu lực [ N.m ]
– Momen của ngẫu lực không nhờ vào vào vị trí của trục quay vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực .
III. Bài tập về ngẫu lực Lý 10 chi tiết
* Bài 1 trang 118 SGK Vật Lý 10: Ngẫu lực là gì? Nêu một vài ví dụ về ngẫu lực.
° Lời giải bài 1 trang 118 SGK Vật Lý 10:
◊ Ngẫu lực : là hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tính năng vào một vật . ◊ Ví dụ về ngẫu lực – Dùng tay vặc vòi nước ta đã tính năng vào vòi một ngẫu lực ;
– Khi xe hơi sắp qua đoạn đường ngoặt, người lái xe tính năng một ngẫu lực vào tay lái [ vô lăng ] ;
* Bài 2 trang 118 SGK Vật Lý 10: Nêu tác dụng của ngẫu lực đối với một vật rắn.
° Lời giải bài 2 trang 118 SGK Vật Lý 10:
– Trường hợp vật KHÔNG có trục quay cố định và thắt chặt : Ngẫu lực sẽ làm cho vật quay quanh trọng tâm. Nếu có trục quay đi qua trọng tâm thì trục quay này không chịu tính năng lực .
– Trường hợp vật CÓ trục quay cố định và thắt chặt : Ngẫu lực làm cho vật quay quanh trục quay cố định và thắt chặt. Trọng tâm cũng quay quanh trục quay, gây ra lực tính năng lên trục quay đó, hoàn toàn có thể làm cho trục quay biến dạng .
* Bài 3 trang 118 SGK Vật Lý 10: Viết công thức tính momen của ngẫu lực. Momen của ngẫu lực có đặc điểm gì?
° Lời giải bài 3 trang 118 SGK Vật Lý 10:
– Công thức tính momen của ngẫu lực: M = F.d
– Đặc điểm [tính chất] của momen ngẫu lực: Momen của ngẫu lực phụ thuộc vào độ lớn của ngẫu lực, vào khoảng cách d giữa hai giá của hai lực, không phụ thuộc vào vị trí trục quay O.
* Bài 4 trang 118 SGK Vật Lý 10: Hai lực của một ngẫu lực có độ lớn F = 5,0 N. Cánh tay đòn của ngẫu lực d = 20 cm. Momen của ngẫu lực là:
A. 100N. m B. 2,0 N.m C. 0,5 N.m D. 1,0 N.m
° Lời giải bài 4 trang 118 SGK Vật Lý 10:
◊ Chọn đáp án : D. 1,0 N.m
– Áp dụng công thức tính momen của ngẫu lực : M = F.d = 5.0,2 = 1 [ N.m ] .
* Bài 5 trang 118 SGK Vật Lý 10: Một ngẫu lực gồm hai vecto lực F1 và F2 có F1 = F2 = F và có cánh tay đòn d. Momen của ngẫu lực này là
A. [ F1 – F2 ]. d . B. 2F d . C. Fd .
D. Chưa biết được vì còn phụ thuộc vào vào vị trí của trục quay .
° Lời giải bài 5 trang 118 SGK Vật Lý 10:
◊ Chọn đáp án : C. Fd . – Công thức tính momen của ngẫu lực : M = F.d
Như vậy, công thức tính momen của ngẫu lực là M = F.d. Qua bài tập ta học được công thức vận dụng trong việc tính momen lực .
* Bài 6 trang 118 SGK Vật Lý 10: Một chiếc thước mảnh có trục quay nằm ngang đi qua trọng tâm O của thước. Dùng hai ngón tay tác dụng vào thước một ngẫu lực đặt vào hai điểm A và B cách nhau 4,5 cm và có độ lớn FA = FB = 1 N [Hình 22.6a].
a ] Tính momen của ngẫu lực .
b ] Thanh quay đi một góc α = 300. Hai lực luôn luôn nằm ngang và vẫn đặt tại A và B [ Hình 22.6 b ]. Tính momen của ngẫu lực
° Lời giải bài 6 trang 118 SGK Vật Lý 10:
a ] Momen của ngẫu lực [ 4,5 cm = 0,045 m ] : M = F.d = F.AB = 1.0,045 = 0,045 [ N.m ] .
b] Momen của ngẫu lực: M’ = F.BI
– Xét ΔAIB vuông tại I nên có : BI = AB.cos α = 0,045. cos300 = 0,039 [ m ]
⇒ M ‘ = 1.0,039 = 0,039 [ N.m ] .
Ngẫu lực là gì? Công thức tính Momen của ngẫu lực và bài tập vận dụng – Vật lý 10 bài 22 được biên soạn theo sách mới nhất và Được hướng dẫn biên soạn bởi các thầy cô giáo dạy Giỏi tư vấn, nếu thấy hay hãy chia sẻ và comment để nhiều bạn khác học tập cùng.