Bài 11. Thực hành đo độ lớn cảm ứng từ trang 43, 44, 45

Trắc nghiệm 11.1

Trong mỗi nhận định sau về thí nghiệm do độ lớn cảm ứng từ bằng “cân dòng điện” với bố trí thí nghiệm được thể hiện như trong Hình 11.1 (dụng cụ thí nghiệm được liệt kê ở Bài 10 trong SGK), em hãy chọn đúng hoặc sai.

a) Cơ sở lí thuyết của thí nghiệm này dựa trên tác dụng lực của từ trường đều lên đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua.

b) Trước khi bật công tắc cho dòng điện chạy qua khung dây dẫn và nam châm điện, cần phải điều chỉnh sao cho đòn cân nằm ngang rồi đọc giá trị của lực kế.

c) Khi đóng công tắc cho dòng điện chạy qua khung dây dẫn và nam châm điện, từ trường tạo ra bởi nam châm luôn tác dụng lực đẩy khung dây đi lên.

d) Trong thí nghiệm, từ trường tạo bởi nam châm điện không tác dụng lực từ lên các cạnh bên của khung dây.

e) Từ trường trong vùng không gian giữa hai nhánh của nam châm điện trong thí nghiệm được xem gần đúng là từ trường đều. Chiều và độ lớn của vectơ cảm ứng từ trong vùng từ trường này không phụ thuộc vào chiều và cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây của nam châm.

f) Có thể lấy giá trị của lực kế khi đòn cân chưa nằm ngang ổn định.

g) Công dụng của các núm xoay (1) và (2) là điều chỉnh giá trị cường độ dòng điện chạy qua khung dây và cuộn dây của nam châm điện.

h) Có thể thay đổi chiều của lực từ tác dụng lên khung dây bằng việc sử dụng công tắc (5) hoặc (6).

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về cảm ứng từ

Lời giải chi tiết:

a) Đúng;

b) Đúng;

c) Sai; vì còn phụ thuộc vào chiều dòng điện, sau đó áp dụng quy tắc bàn tay trái để xác định lực từ là lực hút hay lực đẩy.

d) Đúng;

e) Sai; vì chiều và độ lớn của vectơ cảm ứng từ trong vùng từ trường phụ thuộc vào chiều và cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây của nam châm.

f) Sai; vì khi làm thí nghiệm cần phải hiệu chỉnh các thiết bị chuẩn để tránh sai số lớn.

g) Đúng;

h) Đúng.

Trắc nghiệm 11.2

Trong thí nghiệm đo độ lớn cảm ứng từ bằng “cân dòng điện” với bố trí thí nghiệm được thể hiện như trong Hình 11.1 (dụng cụ thí nghiệm được liệt kê ở Bài 10 trong SGK), khung dây được sử dụng có kích thước là 100 mm × 80 mm như Hình 11.2. Nếu ta thay khung dây ban đầu thành một khung dây khác có kích thước là 100 mm × 20 mm nhưng vẫn giữ nguyên góc hợp bởi mặt phẳng khung dây và các đường sức từ cũng như cường độ dòng điện qua khung dây và nam châm điện thì nhận định nào sau đây về lực từ do từ trường tác dụng lên khung dây là đúng?

A. Không đổi chiều và độ lớn tăng 4 lần.

B. Không đổi chiều và độ lớn giảm 4 lần.

C. Đổi chiều và độ lớn giảm 4 lần.

D. Đổi chiều và độ lớn tăng 4 lần.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về từ trường

Lời giải chi tiết:

Vì từ trường chỉ tác dụng lực lên cạnh dưới của khung và độ lớn của lực từ được xác định bằng biểu thức $$F=BILsin\alpha$$ nên khi chiều dài cạnh đáy giảm 4 lần thì độ lớn lực từ giảm 4 lần.

Đáp án: C

Trắc nghiệm 11.3

Trong thí nghiệm xác định độ lớn cảm ứng từ của nam châm điện chữ U bằng “cân dòng điện” (theo phương án thí nghiệm trong Bài 11 của SGK), xét trạng thái ổn định với đòn cân nằm ngang cân bằng khi có dòng điện chạy trong khung dây và nam châm điện, góc hợp bởi mặt phẳng khung dây và các đường sức từ là 90%. Nếu ta làm khung dây bị lệch một góc nào đó so với vị trí ban đầu thì khi đòn cân được điều chỉnh trở về lại trạng thái nằm ngang cân bằng, số chỉ của lực kế sẽ

A. vẫn giữ nguyên giá trị ban đầu.

B. lớn hơn giá trị ban đầu.

C. nhỏ hơn giá trị ban đầu.

D. dao động xung quanh giá trị ban đầu.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về cảm ứng từ

Lời giải chi tiết:

Vì độ lớn của lực từ được xác định bằng biểu thức $$F=BILsin\alpha$$ nên khi khung dây bị lệch so với ban đầu thì sinα giảm dẫn đến F giảm. Vì vậy số chỉ của lực kế giảm so với ban đầu.

Đáp án: C

Trắc nghiệm 11.4

Trong giờ thực hành đo độ lớn cảm ứng từ bằng “cân dòng điện” với bố trí thí nghiệm được thể hiện như trong Hình 11.1 (dụng cụ thí nghiệm và các bước tiến hành thí nghiệm lần lượt được trình bày ở Bài 10 và Bài 11 trong SGK), một bạn học sinh thu được bảng số liệu như bảng dưới đây.

Biết rằng giới hạn đo và độ chia nhỏ nhất của các ampe kế lần lượt là 2 A và 0,1 A. Trong mỗi phát biểu sau, em hãy chọn đúng hoặc sai.

a) Giá trị độ lớn cảm ứng từ thu được ở các lần đo có sự khác nhau là do có sai số trong quá trình đo đạc, thu thập và xử lí số liệu.

b) Giá trị trung bình của độ lớn cảm ứng từ thu được trong thí nghiệm này là 0,015 T (làm tròn đến 3 chữ số thập phân sau dấu phẩy).

c) Trong quá trình điều chỉnh dòng điện, giá trị của cường độ dòng điện đọc được từ ampe kế có thể bằng 0,25 A.

d) Sai số trung bình của độ lớn cảm ứng từ xấp xỉ 0,0001 T (làm tròn đến 4 chữ số thập phân sau dấu phẩy).

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về cảm ứng từ

Lời giải chi tiết:

a) Đúng; giá trị độ lớn cảm ứng từ thu được ở các lần đo có sự khác nhau là do nhiều nguyên nhân, bao gồm:

- Sai số hệ thống: Do dụng cụ đo, phương pháp đo, điều kiện môi trường...

- Sai số ngẫu nhiên: Do các yếu tố ngẫu nhiên như sai số đọc, sai số do rung lắc...

b) Sai; để tính được giá trị trung bình của độ lớn cảm ứng từ, ta cần tính toán cụ thể từng giá trị B ở mỗi lần đo rồi mới tính trung bình cộng.

c) Sai;

d) Sai.

Bảng số liệu sau khi đã tính toán các giá trị còn thiếu là:

Sai số trung bình:

$\overline{\Delta B}=\frac{\left|\overline{B}-B_1\right|+\left|\overline{B}-B_2\right|+\left|\overline{B}-B_3\right|}{3}=\frac{\left|0,0180-0,0190\right|+\left|0,0180-0,0170\right|+\left|0,0180-0,0180\right|}{3}\approx 0,0007\left(T\right)$

Tự luận 11.1

Em hãy liệt kê một số nguyên nhân dẫn đến sai số trong kết quả thu được của thí nghiệm đo độ lớn cảm ứng từ của nam châm điện chữ U bằng “cân dòng điện” (theo phương án thí nghiệm trong Bài 11 của SGK).

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về cảm ứng từ

Lời giải chi tiết:

Các nguyên nhân gây ra sai số có thể là: trong quá trình thí nghiệm có gió thổi làm giá trị lực kế thu được không chính xác; đòn cân chưa hoàn toàn nằm ngang; người thực hiện thí nghiệm đặt mắt khi đọc giá trị của ampe kế, lực kế chưa chính xác; lực kế chưa hiệu chỉnh đúng về vạch 0 N trước khi sử dụng; sai số còn có thể đến từ các dụng cụ đo có độ chính xác chưa cao;...

Tự luận 11.2

Trong giờ thực hành đo độ lớn cảm ứng từ bằng “cân dòng điện” với bố trí thí nghiệm được thể hiện như trong Hình 11.1 (dụng cụ thí nghiệm và các bước tiến hành thí nghiệm lần lượt được trình bày ở Bài 10 và Bài 11 trong SGK), một bạn học sinh đã thu được bảng số liệu như bảng dưới đây. Hãy xử lí số liệu thu được để đưa ra kết quả độ lớn cảm ứng từ trong thí nghiệm này.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về cảm ứng từ

Lời giải chi tiết:

Bảng số liệu sau khi đã tính toán các giá trị còn thiếu là:

Sai số trung bình:

$\overline{\Delta B}=\frac{\left|\overline{B}-B_1\right|+\left|\overline{B}-B_2\right|+\left|\overline{B}-B_3\right|}{3}=\frac{\left|0,0343-0,0340\right|+\left|0,0343-0,0340\right|+\left|0,0343-0,0350\right|}{3}\approx 0,0004\left(T\right)$

Ghi kết quả đo: $B=\overline{B}\pm \overline{\Delta B}=(0,0343\pm 0,0004)T$