Bài 15 · Cơ bản ⭐ Hay ra thi tốt nghiệp

Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. Cảm ứng từ

Tính lực từ F = BIℓ sinθ, tìm chiều lực từ bằng quy tắc bàn tay trái, hiểu cảm ứng từ B được xác định qua lực từ (B = F/(Iℓ) khi dây vuông góc đường sức) và biết động cơ điện quay nhờ lực từ.

Ứng với SGK Vật lí 12 (bộ thống nhất): Bài 15

⚡ Nhớ nhanh

1Lực từ lên đoạn dây thẳng dài ℓ mang dòng I trong từ trường đều: F = BIℓ sinθ, θ là góc giữa dây (chiều dòng điện) và $B$ .
2θ = 90° ⇒ F = BIℓ cực đại. θ = 0° hay 180° (dây song song $B$ ) ⇒ F = 0 dù có dòng điện.
3Bàn tay trái: đường sức đâm vào lòng bàn tay, bốn ngón theo chiều dòng điện, ngón cái choãi 90° chỉ chiều $F$ . $F$ vuông góc với cả dây lẫn $B$ .
4Cảm ứng từ: dây vuông góc đường sức thì B = F/(Iℓ); 1 T = 1 N/(A·m).
5Đổi chiều I hoặc B ⇒ F đổi chiều. Đổi cả hai ⇒ F giữ nguyên chiều. Ứng dụng: động cơ điện, loa, cân dòng điện.

👀 Nhìn là hiểu

Kéo góc θ, cường độ I, cảm ứng từ B và chiều dài ℓ: mũi tên F và con số F = BIℓ sinθ đổi theo, bàn tay trái xoay cho khớp. Tab Thí nghiệm làm lại thí nghiệm cân dòng điện của SGK (đo F theo I rồi theo θ), tab Đoán trước có 4 cái bẫy.

Góc θ giữa dây và B90°

sin θ1,00

Lực từ F = BIℓ sin θ0,40 N

F cực đại BIℓ0,40 N

Kéo thả tự do, xem số và đồ thị chạy theo.

Góc θ (kéo dây trên hình cũng được): 90° Dòng điện I: 5,0 A Cảm ứng từ B: 0,40 T Chiều dài dây ℓ: 20 cm

Dây vuông góc với đường sức (θ = 90°): F đạt cực đại F = BIℓ = 0,400 N. Bàn tay trái: đường sức đâm vào lòng bàn tay, ngón tay theo chiều dòng, ngón cái chỉ vào trong mặt giấy (⊗).

1 🧲 Lực từ lên đoạn dây mang dòng điện

Cần nhớ

✦Đoạn dây dài ℓ mang dòng I đặt trong từ trường đều chịu lực từ $F$ có độ lớn F = BIℓ sinθ.
✦θ là góc giữa dây (theo chiều dòng điện) và vectơ $B$ , không phải góc giữa dây và mặt phẳng nào đó. Đề cho góc β giữa dây và mặt phẳng vuông góc với đường sức thì θ = 90° − β.
✦Dây vuông góc đường sức (θ = 90°): F = BIℓ là lớn nhất. Dây song song đường sức (θ = 0° hoặc 180°): F = 0.
✦Đổi ℓ ra mét trước khi tính. Lực từ vuông góc với cả dây lẫn đường sức.

Lực từ theo góc θ

θ	sin θ	F
0° (song song B)	0	0
30°	0,5	F_max / 2
90° (vuông góc B)	1	F_max = BIℓ
150°	0,5	F_max / 2 (như 30°)

Dạng bài

Tính độ lớn lực từ

1 Đổi ℓ ra m (1 cm = 10⁻² m), kiểm tra I ra ampe.
2 Xác định θ: góc giữa dây và $B$ .
3 F = BIℓ sinθ.
4 Thử lại: F không vượt BIℓ (vì sinθ ≤ 1).

⚠️ Bẫy hay gặp: Quên đổi cm: 0,4 · 5 · 20 = 40 N, lớn gấp 100 lần. Một đoạn dây 20 cm trong nam châm nhỏ mà chịu 40 N (cỡ 4 kg) là vô lí, thấy vậy phải kiểm tra lại đơn vị.

🧲

Làm mẫu

Đoạn dây dài 20 cm mang dòng I = 5 A, đặt vuông góc với từ trường đều B = 0,4 T. Tính lực từ.

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

Dạng bài

Dây đặt xiên với đường sức

1 Tìm góc θ giữa dây và $B$ (đề cho góc với mặt phẳng thì đổi lại).
2 Tính sinθ rồi F = BIℓ sinθ.
3 So với F_max = BIℓ: F = F_max · sinθ.

⚠️ Bẫy hay gặp: Dùng cos 30° ≈ 0,87 ⇒ F ≈ 0,35 N, sai (đúng 0,2 N). Dây hợp đường sức góc 30° thì lấy sin 30° = 0,5; lấy cos là xem 30° như góc với đường vuông góc.

📐

Làm mẫu

Vẫn đoạn dây trên (ℓ = 0,2 m, I = 5 A, B = 0,4 T) nhưng đặt hợp với đường sức một góc 30°. Tính lực từ.

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

2 🖐️ Quy tắc bàn tay trái: chiều lực từ

Cần nhớ

✦Xòe bàn tay trái sao cho đường sức từ đâm vào lòng bàn tay, bốn ngón chỉ chiều dòng điện, ngón cái choãi 90° chỉ chiều lực từ.
✦ $F$ vuông góc với cả dây và $B$ , nên không nằm trong mặt phẳng chứa dây và đường sức.
✦Đổi chiều dòng hoặc đổi cực nam châm ⇒ F đổi chiều. Đổi cả hai ⇒ F không đổi chiều.
✦Đừng lẫn: nắm tay phải cho chiều đường sức do dòng điện sinh ra (bài 14); bàn tay trái cho chiều lực từ lên dòng điện.

Thay đổi và chiều lực từ

Thay đổi	Chiều của F
Đổi chiều I (giữ B)	Đảo chiều
Đổi chiều B (giữ I)	Đảo chiều
Đổi cả I và B	Giữ nguyên
Dây song song B	F = 0, không có chiều

Dạng bài

Tìm chiều lực từ

1 Đặt bàn tay trái sao cho đường sức đâm vào lòng bàn tay.
2 Xoay bàn tay để bốn ngón chỉ chiều dòng điện.
3 Ngón cái choãi ra chỉ chiều $F$ .

⚠️ Bẫy hay gặp: Dùng tay phải, hoặc để đường sức đi ra khỏi lòng bàn tay, ⇒ chiều lực bị đảo 180°. Với B = 0,4 T, I = 5 A, ℓ = 0,2 m vẫn tính đúng F = 0,4 N, nhưng chiều sai thì câu hỏi chiều sai hoàn toàn.

🖐️

Làm mẫu

Đoạn dây nằm ngang trong từ trường đều có $B$ hướng thẳng xuống (mặt giấy thẳng đứng), dòng điện chạy sang phải. Lực từ có chiều nào?

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

3 ⚖️ Cảm ứng từ và cách đo (cân dòng điện)

Cần nhớ

✦Từ F = BIℓ sinθ, với dây vuông góc đường sức: B = F/(Iℓ). Đơn vị: 1 T = 1 N/(A·m) — từ trường 1 T tác dụng lực 1 N lên 1 m dây có dòng 1 A vuông góc.
✦B không phụ thuộc I và ℓ của dây thử, chỉ phụ thuộc nguồn từ trường và vị trí. Gấp đôi I thì F gấp đôi, còn B giữ nguyên.
✦Cân dòng điện: cạnh nằm ngang dài ℓ của khung dây vuông góc đường sức, nối vào cân; đổi I, đọc F ⇒ đồ thị F theo I là đường thẳng qua gốc, độ dốc k = Bℓ.
✦Từ trường đều: B như nhau ở mọi điểm, đường sức song song và cách đều nhau.

Dạng bài

Tìm B từ số liệu

1 Đổi ℓ ra m, F ra N (1 mN = 10⁻³ N).
2 Cách 1: B = F/(Iℓ). Cách 2 (chính xác hơn): vẽ F theo I, lấy độ dốc k = ΔF/ΔI rồi B = k/ℓ.
3 Kiểm tra bằng một cặp số liệu khác.

⚠️ Bẫy hay gặp: Quên đổi mN ra N: 402 · 0,1 = 200 T, lớn gấp 1000 lần. Máy chụp cộng hưởng từ cũng chỉ 1,5–3 T, nên 200 T là vô lí.

⚖️

Làm mẫu

Đoạn dây dài 10 cm đặt vuông góc với từ trường đều. Khi I = 2 A lực từ là 40 mN; khi I = 4 A lực từ là 80 mN. Tìm cảm ứng từ B.

Hướng dẫn giải

Thử tự giải trước nhé!

4 🔧 Ứng dụng: động cơ điện một chiều

Cần nhớ

✦Khung dây có dòng điện đặt trong từ trường của nam châm: hai cạnh đối diện có dòng điện ngược chiều nên chịu hai lực từ cùng độ lớn, ngược chiều ⇒ ngẫu lực làm khung quay.
✦Quay được nửa vòng thì lực lại kéo khung quay ngược trở lại. Cổ góp (vành góp) đảo chiều dòng điện đúng lúc đó nên khung tiếp tục quay cùng chiều. Không có cổ góp, khung chỉ lắc rồi dừng.
✦Đổi chiều dòng điện hoặc đổi cực nam châm ⇒ động cơ quay ngược lại. Tăng I hoặc B ⇒ lực từ lớn hơn, quay mạnh hơn.

Động cơ điện một chiều

Bộ phận	Vai trò
Nam châm	Tạo từ trường (stato)
Khung dây	Mang dòng điện, chịu lực từ (rôto)
Cổ góp và chổi than	Đảo chiều dòng điện sau mỗi nửa vòng

5 🔊 Hiện tượng quanh ta

✦🔊 Loa: cuộn dây gắn với màng loa nằm trong từ trường của nam châm; dòng điện âm thanh đổi chiều liên tục nên lực từ làm màng loa rung theo.
✦🌀 Quạt điện, máy giặt, xe điện: động cơ điện dùng lực từ tác dụng lên khung hoặc cuộn dây có dòng điện.
✦⚖️ Điện kế, ampe kế kim: khung dây có dòng điện trong từ trường chịu lực từ làm kim lệch; dòng càng lớn kim lệch càng nhiều.
✦🚆 Tàu điện từ, súng ray: lực từ lên thanh dẫn hoặc cuộn dây mang dòng điện đẩy vật chuyển động rất nhanh.

6 💡 Mẹo làm nhanh và lỗi hay sai

⚡ Mẹo làm nhanh trắc nghiệm

✦Thấy "dây song song với đường sức" ⇒ F = 0. Thấy "vuông góc" ⇒ F = BIℓ.
✦Đề cho góc với mặt phẳng chứa hay vuông góc đường sức thì đổi về góc giữa dây và $B$ rồi mới lấy sin.
✦Đổi chiều một đại lượng (I hoặc B) ⇒ F đảo; đổi cả hai ⇒ F không đổi.
✦Đồ thị F theo I (dây vuông góc B) là đường thẳng qua gốc, độ dốc Bℓ ⇒ B = độ dốc / ℓ. Đồ thị F theo θ là hình sin: cực đại ở 90°.

⚠️ Lỗi hay sai nhất

✦Quên đổi cm ra m: ℓ = 20 cm viết thành 20 ⇒ F lớn gấp 100 lần.
✦Lấy cos thay sin: θ = 30° cho F ≈ 0,35 N thay vì 0,2 N (B = 0,4 T, I = 5 A, ℓ = 0,2 m).
✦Dùng tay phải để tìm chiều lực từ ⇒ ngược chiều 180°.
✦Nghĩ dây song song đường sức vẫn có lực vì có dòng điện: sin 0° = 0 nên F = 0.
✦Nghĩ đổi cả I và B thì F đảo hai lần nên đảo chiều: đảo hai lần là trở về như cũ.
✦Cho rằng B tỉ lệ với I vì B = F/(Iℓ): đó là cách đo; gấp đôi I thì F gấp đôi nhưng B vẫn 0,2 T.

📏 Kiểm tra đơn vị và độ lớn

✦1 T = 1 N/(A·m); 1 mN = 10⁻³ N; 1 cm = 10⁻² m.
✦Lực từ ở thí nghiệm lớp học cỡ vài chục mN (B cỡ 0,1–0,5 T, I vài ampe, ℓ cỡ 10 cm). Ra hàng chục newton là sai đơn vị.
✦F ≤ BIℓ luôn đúng vì sinθ ≤ 1: kết quả vượt BIℓ là tính sai.
✦Đồ thị F–I phải đi qua gốc: I = 0 thì F = 0.

✏️ Luyện tập

Làm xong mỗi nhóm bấm Kiểm tra. Câu sai có lời giải ngắn và nút quay lại phần kiến thức.

🧲

Độ lớn lực từ

1
Nhận biết
Lực từ tác dụng lên đoạn dây dài ℓ mang dòng I đặt trong từ trường đều B (θ là góc giữa dây và $B$ ) có độ lớn
2
Nhận biết
Lực từ lên đoạn dây mang dòng điện có độ lớn cực đại khi
3
Thông hiểu
Dây dẫn mang dòng điện đặt song song với các đường sức từ thì lực từ
4
Thông hiểu Đoạn dây dài 25 cm, dòng I = 2 A, đặt vuông góc với từ trường đều B = 0,3 T. Lực từ là N.
5
Thông hiểu
Dây dài 0,5 m mang dòng 4 A, đặt hợp với từ trường đều B = 0,2 T một góc 30°. Lực từ là
6
Vận dụng
Đoạn dây dài 40 cm mang dòng 5 A đặt trong từ trường đều B = 0,1 T. Lực từ đo được là 0,1 N. Góc giữa dây và đường sức (0° < θ < 90°) là

🖐️

Chiều lực từ

1
Nhận biết
Chiều của lực từ lên dây dẫn mang dòng điện được xác định bằng
2
Thông hiểu
Theo quy tắc bàn tay trái, ngón cái choãi ra 90° chỉ
3
Thông hiểu
Đổi chiều đồng thời cả dòng điện và cực của nam châm (tức đổi chiều $B$ ). Lực từ lên dây
4
Vận dụng
Đoạn dây nằm ngang đặt trong từ trường đều $B$ hướng thẳng xuống (mặt giấy thẳng đứng), dòng điện chạy sang phải. Lực từ có chiều
5
Thông hiểu
Lực từ lên đoạn dây mang dòng điện có phương vuông góc với

⚖️

Cảm ứng từ và đo B

1
Nhận biết
Đơn vị cảm ứng từ trong hệ SI là
2
Thông hiểu
Dây dài ℓ có dòng I đặt vuông góc với đường sức chịu lực từ F. Cảm ứng từ tại đó là
3
Thông hiểu
Tăng gấp đôi cường độ dòng điện trong đoạn dây thử đặt vuông góc đường sức ở cùng một điểm. Cảm ứng từ B tại điểm đó
4
Vận dụng
Thí nghiệm cân dòng điện với đoạn dây dài 10 cm vuông góc đường sức, kết quả: $I (A) F (mN) 119241359481$ Cảm ứng từ của từ trường cỡ
5
Vận dụng
Với B = 0,2 T, I = 4 A, ℓ = 10 cm, một nhóm xoay dây và đo lực theo góc θ giữa dây và đường sức: $θ (^{\circ}) F (mN) 00304060699080$ Khi θ = 45° lực xấp xỉ

🔧

Động cơ điện

1
Nhận biết
Động cơ điện hoạt động dựa trên
2
Thông hiểu
Hai cạnh đối diện của khung dây trong động cơ có dòng điện ngược chiều, đặt trong từ trường đều. Lực từ lên hai cạnh đó
3
Thông hiểu
Bộ phận cổ góp (vành góp) của động cơ điện một chiều có tác dụng
4
Vận dụng
Muốn động cơ điện một chiều quay theo chiều ngược lại, ta có thể

🏆 Luyện theo dạng đề tốt nghiệp

Đề Vật lí có 3 phần: 18 câu 4 lựa chọn, 4 câu đúng/sai (mỗi câu 4 ý) và 6 câu trả lời ngắn (đáp số tối đa 4 ký tự, kể cả dấu − và dấu phẩy). Dưới đây là đủ 3 dạng, chỉ dùng kiến thức của bài này.

🅰️

Phần I · Trắc nghiệm 4 lựa chọn

1
Thông hiểu
Đoạn dây dài 30 cm mang dòng 2 A đặt vuông góc với từ trường đều B = 0,5 T. Lực từ là
2
Thông hiểu
Dây vuông góc với từ trường đều, đo lực từ F ở nhiều giá trị I. Đồ thị F theo I là đường thẳng qua gốc có độ dốc bằng
3
Vận dụng
Dây dài 20 cm mang dòng 5 A đặt trong từ trường đều B = 0,4 T, hợp với đường sức góc 30°. Quay dây để nó vuông góc với đường sức (giữ nguyên I, B, ℓ) thì lực từ

✅

Phần II · Đúng / sai

1
Thông hiểu
Thí nghiệm cân dòng điện: đoạn dây dài ℓ = 10 cm nằm ngang, vuông góc với từ trường đều. Thay đổi I và đọc lực từ F trên cân: $I (A) F (mN) 1, 0 20 2, 0 40 3, 0 60$

a)Trong thí nghiệm này lực từ tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện.

b)Cảm ứng từ của từ trường là 20 T vì B bằng độ dốc 20 mN/A.

c)Cảm ứng từ của từ trường là 0,2 T.

d)Nếu dùng đoạn dây dài 20 cm thì cảm ứng từ B của từ trường cũng tăng gấp đôi.
2
Vận dụng
Thanh dẫn thẳng nằm ngang dài 20 cm mang dòng I = 5 A theo chiều từ trái sang phải, đặt trong từ trường đều B = 0,4 T hướng thẳng đứng xuống (mặt giấy thẳng đứng, nhìn từ phía người đọc).

a)Thanh vuông góc với đường sức nên lực từ có độ lớn cực đại, bằng 0,4 N.

b)Lực từ hướng thẳng đứng lên trên, cùng phương với đường sức.

c)Đổi chiều dòng điện thành từ phải sang trái thì lực từ hướng ra khỏi mặt giấy.

d)Đổi chiều cả dòng điện lẫn từ trường thì lực từ đổi sang hướng ra khỏi mặt giấy.

🔢

Phần III · Trả lời ngắn

1
Thông hiểu Đoạn dây dài 25 cm mang dòng 4 A đặt vuông góc với từ trường đều B = 0,2 T. Lực từ là bao nhiêu mN? Đáp số:
2
Vận dụng Dây dài 20 cm, I = 5 A, đặt trong từ trường đều B = 0,4 T. Lực từ đo được là 0,2 N. Góc giữa dây và đường sức (0° < θ < 90°) là bao nhiêu độ? Đáp số:
3
Vận dụng Cân dòng điện: dây dài 10 cm vuông góc với từ trường, độ dốc của đồ thị F theo I là 35 mN/A. Cảm ứng từ là bao nhiêu tesla? Đáp số:

🎯 Bài này vào đề tốt nghiệp ở đâu?

•Phần I hay hỏi công thức F = BIℓ sinθ và chỗ θ là góc giữa dây và B, trường hợp F = 0 (dây song song B), cực đại (vuông góc), chiều lực từ bằng bàn tay trái.
•Phần II thường cho dây có dòng điện trong từ trường đều: các ý tính F, chiều F, đổi chiều I hoặc B, đọc bảng hoặc đồ thị F theo I (hay theo θ) để tìm B.
•Phần III có thể yêu cầu tính F (đổi cm ra m, đổi N ra mN), tìm góc θ hoặc tìm B từ độ dốc đồ thị F–I.

Làm đề thi thử trọn bộ

Bài tiếp theo
Từ thông. Hiện tượng cảm ứng điện từ