Bài 30. BÀI TẬP VẬN DỤNG QUY TẮC NẮM TAY PHẢI VÀ QUY TẮC BÀN TAY TRÁI

A. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM

1. Một ống dây có dòng điện chạy qua có thể coi như một thanh nam châm. Tên các cực từ của ống dây điện phụ thuộc vào chiều dòng điện trong ống dây. Chiều của các đường sức từ trong lòng ống dây được xác định bằng quy tắc nắm tay phải : Nắm bàn tay phải, rồi đặt sao cho bốn ngón tay hướng theo chiều dòng điện chạy qua các vòng dây thì ngón tay cái choãi ra chỉ chiều của đường sức từ trong lòng ống dây.

2. Một đoạn dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường và không song song với các đường sức từ thì chịu tác dụng của lực điện từ. Chiều của lực điện từ được xác định bằng quy tắc bàn tay trái : Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa hướng theo chiều dòng điện thì ngón tay cái choãi ra 90° chỉ chiều của lực điện từ.

B. HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK VÀ GIẢI BÀI TẬP TRONG SGK, SBT

Bài 1. a) Khi đóng công tắc K thì trong ống dây có dòng điện chạy qua. Dùng quy tắc nắm tay phải, xác định được chiều các đường sức từ của từ trường trong lòng ống dây đi ra ở đầu B nên đầu B là cực Bắc. Vì vậy thanh nam châm bị ống dây hút.

b) Nếu đổi chiều dòng điện chạy qua các vòng dây thì đầu B của ống dây sẽ là cực Nam. Vì vậy, thoạt tiên thanh nam châm bị đẩy ra xa, sau đó nó quay đi và khi cực Bắc của thanh nam châm hướng về phía ống dây thì thanh nam châm lại bị ống dây hút.

Bài 2. Vận dụng quy tắc bàn tay trái xác định được :

a) Chiều của lực điện từ như hình 30.1a.

b) Chiều của dòng điện chạy trong dây dẫn như hình 30.1b.

c) Chiều đường sức từ của từ trường nam châm và tên các từ cực của nam châm như hình 30.1c.

Bài 3. a) Các lực $\vec{F}_{1}$, $\vec{F}_{2}$ được biểu diễn trên hình 30.2.

b) Cặp lực $\vec{F}_{1}$, $\vec{F}_{2}$ làm cho khung dây quay ngược chiều kim đồng hồ.

c) Khung dây quay theo chiều ngược lại khi các lực $\vec{F}_{1}$, $\vec{F}_{2}$ có chiều ngược lại. Muốn vậy, phải đổi chiều dòng điện trong khung dây hoặc đổi chiều các đường sức từ (đổi vị trí các cực của nam châm).

30.1. B.

- Vận dụng quy tắc nắm tay phải xác định được chiều các đường sức từ của từ trường trong lòng ống dây đi ra ở đầu M.

- Vận dụng quy tắc bàn tay trái xác định được lực điện từ tác dụng lên đoạn dây dẫn AB có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới.

30.2. - Vẽ một số đường sức từ đi ra ở cực Bắc của thanh nam châm cắt đoạn dây dẫn AB.

- Vận dụng quy tắc bàn tay trái xác định được lực điện từ tác dụng lên đoạn dây dẫn AB như hình 30.2.

30.3. - Vì đoạn dây dẫn BC được đặt trong từ trường của nam châm NS nên nó chịu tác dụng của lực điện từ.

- Vận dụng quy tắc bàn tay trái, xác định được lực điện từ tác dụng lên đoạn dây dẫn BC hướng từ trên xuống làm cho khung dây bị kéo xuống. Kết quả là số chỉ của lực kế tăng lên.

30.4. Lực điện từ tác dụng lên dây dẫn được vẽ ở hình 30.4. Như vậy phương án được chọn là hình 30.4b).

30.5. - Vận dụng quy tắc nắm tay phải xác định được chiều các đường sức từ của từ trường trong lòng ống tay đi vào ở đầu nhánh trái của nam châm điện. Đầu bên trái của nam châm điện là cực Nam, bên phải là cực Bắc như hình 30.5.

- Vận dụng quy tắc bàn tay trái, xác định được lực điện từ tác dụng lên dây dẫn như hình vẽ.

30.6. - Vận dụng quy tắc nắm tay phải xác định được chiều các đường sức từ của từ trường trong lòng ống dây B đi ra ở đầu gần ống dây A nên đầu này là cực Bắc.

- Khi đóng công tắc K thì trong ống dây A có dòng điện chạy qua. Vận dụng quy tắc nắm tay phải, xác định được chiều các đường sức từ của từ trường trong lòng ống dây A đi ra ở đầu gần ống dây B nên đầu này là cực Bắc. Kết quả, ống dây B bị ống dây A đẩy và chuyển động ra xa ống dây A.

30.7. Nếu lúc đầu đặt khung ở vị trí sao cho mặt phẳng của khung vuông góc với các đường sức từ thì các đoạn dây dẫn AB, BC, CD, DA đều chịu tác dụng của lực điện từ. Vì các lực điện từ tác dụng lên khung dây đều nằm trong mặt phẳng của khung nên khung không quay được.

30.8. C. Khi đóng công tắc K, dòng điện chạy trong đoạn dây dẫn AB từ A đến B. Vận dụng quy tắc nắm tay phải, xác định được chiều các đường sức từ của từ trường trong lòng ống dây đi vào ở đầu ống dây gần điểm M. Vận dụng quy tắc bàn tay trái, xác định được lực điện từ tác dụng lên đoạn dây dẫn AB có phương nằm ngang vuông góc với AB, chiều từ ngoài vào trong mặt phẳng hình vẽ. Như vậy phương án được chọn là C.

30.9. Trong trường hợp này có thể nói chiều của lực điện từ ngược với chiều chỉ của ngón tay cái choãi ra 90°.

C. BÀI TẬP BỔ SUNG

30a. Khi giải bài tập 30.8 (sách Bài tập Vật lí 9), một bạn học sinh đã vận dụng các quy tắc nắm tay phải và quy tắc bàn tay trái và chọn đúng phương án C. Thực ra kết quả của bài tập thì đúng, nhưng cách xác định của bạn học sinh đó lại không đúng. Hãy cho biết bạn học sinh đó đã xác định lực điện từ tác dụng vào điểm M trên đoạn dây dẫn AB như thế nào?

30b. Một chùm electron đang chuyển động đều theo phương nằm ngang và bắt đầu chuyển động vào vùng có từ trường được kí hiệu bằng các dấu (+) như hình 30.6. Kí hiệu dấu (+) chỉ các đường sức từ có phương vuông góc với mặt phẳng hình vẽ và có chiều đi từ phía trước ra phía sau. Hỏi quỹ đạo của chùm electron sẽ bị lệch về phía nào? Tại sao? (Để đơn giản, trên hình vẽ chỉ vẽ một electron có kí hiệu $\circleddash$).

HƯỚNG DẪN GIẢI

30a. - Khả năng thứ nhất : Xác định sai chiều dòng điện trong đoạn dây dẫn AB và chiều dòng điện trong ống dây, dẫn đến sai chiều đường sức từ cắt dây dẫn AB. Vì vậy, nếu đổi chiều dòng điện và chiều đường sức từ thì chiều của lực điện từ không thay đổi.

- Khả năng thứ hai: Xác định đúng chiều dòng điện trong đoạn dây dẫn AB nhưng đã áp dụng nhầm các quy tắc nắm bàn tay trái để xác định chiều của đường sức từ trong lòng ống dây và quy tắc bàn tay phải để xác định chiều của lực điện từ.

30b. Dòng electron chuyển động có hướng tạo thành dòng điện có chiều ngược với chiều dòng điện theo quy ước. Dùng quy tắc bàn tay trái xác định lực điện từ tác dụng lên electron có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống. Như vậy quỹ đạo của electron sẽ bị lệch xuống phía dưới.