Đề Thi Chuyên Sâu Vật Lý THPT: Tương Tác Từ và Cân Bằng Thanh Dẫn Trong Từ Trường

Một electron trong đèn hình tivi kiểu cũ chuyển động về phía trước (Ox) với tốc độ $v=5\cdot 10^6$ m/s. Bao quanh đèn hình có các cuộn dây tạo ra từ trường với cường độ $B=0,05$ T nằm trong mặt phẳng xOy và hợp với Ox một góc $\alpha =60^{\circ }$ như hình vẽ. Trong từ trường, lực từ tác dụng lên điện tích $q$ được xác định bởi $f=|q|\cdot v\cdot B\cdot \sin \alpha$, với $\alpha =(\vec{v},\vec{B})$. Độ lớn của lực từ tác dụng lên electron là

Một dây dẫn được uốn quanh một nhà sàn trong khu du lịch được gập thành một khung dây có dạng tam giác vuông tại A, $AM=8$ cm mang dòng điện $I=5$ A. Đặt khung dây vào trong từ trường đều $B=3\cdot 10^{-3}$ T có véc tơ song song với cạnh AN hướng A đến N. Giữ khung cố định, lực từ tác dụng lên cạnh MN của tam giác bằng

Ở hình bên, biết: $I=2,0$ A; $B=0,01$ T; $MN=NO=5,0$ cm; $\alpha =30^{\circ }$. Trong các phát biểu sau đây, phát biểu nào là đúng, phát biểu nào là sai?

Trong một dự án nghiên cứu tàu hỏa tốc độ cao, các kỹ sư tạo ra một mô hình tàu mini chạy trên đệm từ trường. Con tàu được mô phỏng bằng một thanh dẫn kim loại MN đặt nằm ngang trên đường ray đặc biệt. Thông số kỹ thuật sau:

+ Thanh kim loại MN có khối lượng trên mỗi đơn vị chiều dài là 10 gam/mét đặt nằm ngang.

+ Hệ thống nam châm dưới đường ray tạo ra một từ trường đều hướng nằm ngang, vuông góc với thanh MN, có độ lớn cảm ứng từ $B=0,1$ Tesla.

+ Lấy gia tốc trọng trường $g=10$ m/s${}^2$.

Hình bên mô tả cấu tạo của một khóa cửa điện từ dùng trong các hệ thống kiểm soát ra vào. Khóa gồm một chốt sắt có thể trượt ngang, được giữ ở vị trí khóa bởi các lò xo. Một cuộn dây đóng vai trò nam châm điện được đặt đối diện với đuôi chốt sắt. Các phát biểu sau đúng hay sai?

Đường dây 500 kV Bắc - Nam đoạn qua thành phố Huế băng qua khu vực A Lưới. Lúc tại một vị trí, dây dẫn nằm ngang, xét thời điểm dòng điện qua dây có chiều theo hướng từ Tây sang Đông, cường độ $I=1000$ A. Thành phần nằm ngang của từ trường Trái Đất tại khu vực này có độ lớn $B=2\cdot 10^{-5}$ T và hướng về phía Bắc. Xét lực từ tác dụng lên mỗi mét chiều dài dây dẫn. Các phát biểu sau đúng hay sai?

Một học sinh thiết kế một chiếc chuông cửa đơn giản như hình bên. Khi nhấn công tắc (S) rồi thả ra, sẽ nghe thấy hai tiếng “đinh đoong”. Các phát biểu sau đúng hay sai?

Một động cơ điện gồm một nam châm tạo ra từ trường đều có đường sức từ theo phương ngang và một khung dây dẫn hình chữ nhật có thể quay quanh trục $\Delta$ cố định vuông góc với đường sức từ (hình vẽ). Các phát biểu sau đúng hay sai?

Một nhóm học sinh sử dụng thí nghiệm như hình bên để khảo sát lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện và đo độ lớn cảm ứng từ $B$. Trong đó: Khung dây (3) gồm $N$ vòng dây, chiều dài cạnh dưới là $L$ được đặt sao cho cạnh này nằm trong khoảng không gian giữa hai cực của nam châm điện hình chữ U (4); đòn cân (11) được gắn với khung dây và lực kế (13), lực kế được tích hợp vít điều chỉnh để thay đổi độ cao của thân lực kế; đoạn dây (14) có chiều dài không đổi, 1 đầu gắn với móc lực kế, đầu còn lại gắn với chốt cố định trên mặt hộp. Thước đo góc (9) để xác định góc xoay của khung. Khi chưa có dòng điện, điều chỉnh đòn cân nằm ngang. Ghi lại số chỉ $F_1$ của lực kế. Sau đó họ thực hiện như sau:

+ Giai đoạn 1: Điều chỉnh để mặt phẳng khung dây vuông góc với đường sức từ khi xuất hiện (thước đo góc chỉ vạch số 0). Cấp điện cho nam châm điện và khung dây thì thấy khung dây dịch chuyển xuống. Khi khung dây dừng lại, họ điều chỉnh vít trên lực kế sao cho đòn cân nằm ngang. Ghi lại số chỉ của lực kế $F_2$ và cường độ dòng điện $I$ qua khung dây ở ampe kế.

+ Giai đoạn 2: Ngắt điện, xoay khung dây sao cho thước đo góc chỉ vạch $60^{\circ }$ (đòn cân nằm ngang). Sau đó cấp điện cho nam châm và khung dây (số chỉ ampe kế không đổi), lặp lại thao tác điều chỉnh vít trên lực kế để đòn cân nằm ngang thì số chỉ của lực kế ghi lại được là $F_3$, họ nhận thấy $F_3<F_2$.

Hai thanh ray nằm ngang, song song và cách nhau một đoạn 12 cm đặt trong từ trường đều $\vec{B}$ hướng thẳng đứng và có độ lớn cảm ứng từ $B=0,15$ T. Một thanh kim loại đặt trên ray, vuông góc với ray. Nối hai đầu thanh kim loại này với nguồn điện có suất điện động là 9 V và điện trở trong 1 $\Omega$ như hình vẽ. Biết điện trở của kim loại, thanh ray và dây nối là 2 $\Omega$. Lực từ tác dụng lên thanh là bao nhiêu N (Làm tròn kết quả đến hai chữ số sau dấu phẩy thập phân)?

Vận tốc $v$ bằng bao nhiêu km/s?

Nếu vùng $Z$ chỉ có từ trường, lực từ làm ion chuyển động trên một quỹ đạo tròn có bán kính là bao nhiêu mm (làm tròn kết quả đến chữ số hàng phần trăm)?