Tổng hợp kiến thức lực điện từ vật lý 9 & bài tập vận dụng

Lực điện từ là gì? 

Lực điện từ (hay còn thường được gọi ngắn gọn là lực từ) là khái niệm được dùng để chỉ lực của từ trường tác dụng lên hạt mang điện tích chuyển động.

Tác dụng của từ trường lên dây dẫn có dòng điện 

Một dây dẫn ở trong trạng thái có dòng điện chạy qua, chịu tác dụng lực của một từ trường, không song song với đường sức từ. Lực điện từ chính là lực mà từ trường tác dụng lên dây dẫn đó. 

Thí nghiệm chứng minh (H17.4)

Các dụng cụ thí nghiệm gồm:

• Nam châm chữ U

• Thanh dây AB bằng đồng

• Hai thanh ray bằng đồng nằm ngang song song thanh dây AB

• Đoạn dây dẫn có khoá K

Quan sát hình bên dưới, ta nhận thấy khi khóa K ở trong trạng thái đóng, thanh dây AB có cấu tạo bằng đồng sẽ có xu hướng di chuyển trên hai thanh ray cấu tạo bằng đồng nằm ngang song song với AB. 

Lực điện từ là gì 

Lực điện từ hay gọi tắt là lực từ là khái niệm được dùng để chỉ lực của từ trường tác dụng lên hạt mang điện tích chuyển động.

Lực điện từ gồm có hai phần: gồm lực điện do điện trường tạo ra và lực từ do từ trường tạo ra.

Điều này được thể hiện trong biểu thức toán học cổ điển về lực điện từ, khi chúng ta đã biết tính chất của hạt mang điện và cường độ điện từ trường. Biểu thức được thể hiện như sau:

Trong đó:

• E là véc-tơ cường độ điện trường tại vị trí của hạt mang điện tích.

• q là điện tích của hạt.

• v là véc-tơ vận tốc của hạt.

• B là véc-tơ cảm ứng từ tại vị trí của hạt.

Lưu ý:

• Lực điện từ còn được gọi với một tên gọi khác, đó là lực Lorentz. Đây là lực được dùng để chỉ thành phần gây ra bởi từ trường, tuy nhiên đôi khi nó được dùng để chỉ cả lực điện từ. Bởi vì trong lý thuyết về điện từ và lý thuyết tương đối: Điện trường và từ trường được thống nhất thành một trường và tạo ra tương tác duy nhất được gọi là trường điện từ.

• Việc thống nhất giữa lực từ và lực điện thành một loại lực điện từ là hoàn toàn phù hợp với quan điểm của lý thuyết “điện động lực học lượng tử”. Theo như lý thuyết này, lực điện từ được tạo ra bởi sự trao đổi của hạt trường.

Chiều của lực điện từ, quy tắc bàn tay trái 

Chiều lực điện từ 

Chiều của lực điện từ là chiều của đường sức từ và chiều của dòng điện chạy ở phía bên trong dây dẫn quyết định chiều của lực điện từ tác dụng lên dây dẫn.

Có hai yếu tố chi phối đến chiều của một lực điện từ tác dụng lên một dây dẫn là:

• Khi qua dây dẫn, dòng điện mang một chiều như thế nào.

• Chiều của đường sức từ.

Quy tắc bàn tay trái xác định chiều của lực điện từ 

Để xác định được chiều của lực điện từ chúng ta sẽ sử dụng quy tắc bàn tay trái. Quy tắc này được thực hiện như dưới đây:

Thực hiện đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ hướng vào trong lòng bàn tay, chiều từ vị trí cổ tay đến vị trí ngón giữa phải hướng theo chiều của dòng điện (chiều của dòng điện chạy bên trong ống dây), ngón tay cái choãi ra 90 độ chỉ chiều của lực điện từ.

Lưu ý khi thực hiện quy tắc bàn tay trái:

• Giả sử, dây dẫn đặt ở vị trí song song đối với đường sức từ thì dây dẫn sẽ không chịu tác dụng của bất cứ một lực nào.

• Một khung dây chịu tác dụng của lực từ thông thường sẽ có xu hướng quay tròn, bị nén hoặc bị kéo dãn.

Lực điện từ - một trong 4 lực cơ bản của tự nhiên

Lực điện từ là một trong số bốn nguồn lực cơ bản của tự nhiên. Theo lý thuyết động lực học lượng tử, lực điện từ được gây ra bởi quá trình trao đổi hạt trường là hạt photon.

Đây là lực nằm trong bản chất của hầu hết các loại lực mà hiện nay con người có thể quan sát được trong cuộc sống hàng ngày (ngoại trừ lực hấp dẫn của trái đất). Hầu như mọi tương tác giữa các nguyên tử đều có thể quy được về lực điện từ giữa proton và electron nằm bên trong. Lực này sẽ sinh ra:

• Tương tác giữa các phân tử.

• Các lực kéo và đẩy khi tiến hành tác động cơ học vào các vật.

• Tương tác giữa các quỹ đạo của Electron.

• Điều khiển các phản ứng hóa học.

Xem thêm: Toàn bộ lý thuyết về máy phát điện xoay chiều quan trọng cần nhớ

Bài tập lực điện từ vật lý 9 bài 27 

Để ôn lại và luyện tập chắc phần lý thuyết, dưới đây là phần bài tập trong bài 27: Lực điện từ, vật lý 9 có đáp án.

Bài 1 (Trang 61 SBT): Hình 27.1 SBT mô tả khung dây có dòng điện chạy qua được trong từ trường, trong đó khung quay đang có vị trí mà mặt phẳng khi vuông góc với đường sức từ. Về vị trí này của khung dây, ý kiến nào dưới đây là đúng?

1. Khung không chịu tác dụng của lực điện từ.

2. Khung chịu tác dụng của lực điện từ nhưng nó không quay

3. Khung tiếp tục quay do tác dụng của lực điện từ lên khung

4. Khung quay tiếp một chút nữa nhưng không phải do tác dụng của lực điện từ mà do quán tính.

Lời giải:

Các lực từ tác dụng lên khung dây được biểu diễn như hình vẽ. Cặp lực này chỉ có tác dụng kéo dãn khung chứ không có tác dụng làm quay.

=> Chọn câu B. Khung chịu tác dụng của lực điện từ nhưng nó không quay.

Bài 2 (Trang 61 SBT): Hình 27.2 mô tả đoạn dây AB có dòng điện đi qua được đặt ở khoảng giữa hai cực của nam châm hình chữ U. Biểu diễn lực điện từ tác dụng vào AB. Nếu đổi chiều dòng điện hoặc đổi cực của nam châm thì lực điện từ sẽ ra sao?

Lời giải:

• Lực từ tác dụng lên dây AB được biểu diễn như hình vẽ.

• Nếu đổi chiều dòng điện hoặc đổi cực của nam châm thì lực điện có chiều đi từ ngoài vào trong lòng nam châm (hình 27.2b).

Bài 3 (Trang 62 SBT): Khung dây dẫn ABCD có dòng điện chạy qua được đặt trong từ trường của nam châm vĩnh cửu (hình 27.3 SBT). Mặt phẳng của khung dây song song với các đường sức từ. Hãy biểu diễn lực điện từ tác dụng lên các cạnh của khung. Các lực này làm cho khung có xu hướng chuyển động như thế nào?

Lời giải:

Chiều của lực điện từ được biểu diễn trên hình 27.3a.

Khung quay theo chiều mũi tên cong trên hình vẽ.

Bài 4 (Trang 62 SBT): Hình 27.4 SBT mô tả một khung dây dẫn đứng yên trong từ trường, mặt của khung vuông góc với đường sức từ. Nếu đổi chiều dòng điện chạy trong khung thì khung dây có quay không? Giải thích?

Lời giải:

• Khi mặt phẳng của khung dây vuông góc với đường sức từ thì lực từ tác dụng lên các cạnh của khung dây sẽ nằm trong mặt phẳng khung dây và vuông góc với các cạnh. Vì vậy các lực này có tác dụng kéo căng khung dây như hình 27.4a.

• Nếu đổi chiều dòng điện chạy trong khung thì lực từ sẽ hướng cùng phương và ngược chiều với các lực ban đầu. Vì vậy các lực từ này có tác dụng nén khung chứ không có tác dụng làm quay khung.

Bài 5 (Trang 62 SBT): Một thanh nam châm thẳng đã bị tróc hết vỏ sơn, mất dấu các cực. Để xác định tên từ cực, ta có thể cho từ trường của thanh nam châm này tác dụng lên một dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua.

a) Hãy vẽ hình mô tả cách làm này 

b) Nêu rõ cách xác định tên từ cực của thanh nam châm khi đó

Lời giải:

• Bố trí thí nghiệm như hình 27.5.

• Nếu dây dẫn chuyển động lên trên thì đầu N của nam châm là cực Bắc. Vận dụng quy tắc bàn tay trái để xác định tên từ cực của nam châm.

Bài 6 (Trang 62 SBT): Dùng quy tắc nào dưới đây để xác định chiều của lực điện từ:

1. Quy tắc nắm tay phải 

2. Quy tắc nắm tay trái

3. Quy tắc bàn tay phải

4. Quy tắc bàn tay trái

Lời giải:

=> Chọn D. Quy tắc bàn tay trái

Bài 7 (Trang 63 SBT): 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 yếu tố nào?

1. Chiều của dòng điện trong dây dẫn và chiều dài của dây

2. Chiều của đường sức từ và cường độ lực điện từ tại điểm đó 

3. Chiều của dòng điện và chiều của đường sức từ tại điểm đó.

4. Chiều và cường độ của dòng điện, chiều và cường độ của lực từ tại điểm đó.

Lời giải:

=> Chọn C. Chiều của dòng điện và chiều của đường sức từ tại điểm đó.

Bài 8 (Trang 63 SBT): Khi dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua được đặt song song với các đường sức từ thì lực điện từ có xu hướng như thế nào.?

1. Cùng hướng với dòng điện

2. Cùng hướng với đường sức từ.

3. Vuông góc với cả dây dẫn và đường sức từ.

4. Không có lực điện từ.

Lời giải:

=> Chọn D. Không có lực điện từ.

Bài 9 (Trang 63 SBT): Một khung dây dẫn hình chữ nhật có dòng điện chạy qua được đặt trong từ trường giữa hai nhánh của một nam châm hình U. Khung dây sẽ quay đến vị trí nào thì dừng lại:

1. Mặt khung dây song song với các đường sức từ.

2. Mặt khung dây vuông góc với các đường sức từ.

3. Mặt khung dây tạo thành một góc 60o với đường sức từ.

4. Mặt khung dây tạo thành một góc 45o với đường sức từ.

Lời giải:

=> Chọn B. Mặt khung dây vuông góc với các đường sức từ.

Vì khi đó các lực từ tác dụng lên các cạnh của khung dây sẽ nằm trong mặt phẳng khung dây và vuông góc với các cạnh. Các lực này sẽ có tác dụng kéo căng (hoặc nén) khung dây nhưng không làm quay nó nữa.

Bài viết trên đã tổng hợp các kiến thức về lực điện từ cũng như những khái niệm liên quan đến lực điện từ. Hy vọng rằng, thông qua bài viết này, các em có thể nắm vững được kiến thức và áp dụng được nhiều vào trong các bài tập. Cảm ơn các em đã đón đọc bài viết.