Câu hỏi:

18/04/2026 309 Lưu

Một đoạn dây đồng \(CD\) dài \(L = 20,cm\), khối lượng \(m = 15,g\) được treo nằm ngang bằng hai sợi dây mảnh, nhẹ, cách điện có chiều dài \(l = 40,cm\). Hệ thống được đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ \(B = 0,5,T\) với các đường sức từ thẳng đứng hướng lên. Cho dòng điện không đổi \(I = 2,A\) chạy qua dây \(CD\). Khi hệ đang ở trạng thái cân bằng, mặt phẳng chứa dây treo lệch một góc \(\alpha \) so với phương thẳng đứng (như hình vẽ), người ta đột ngột ngắt dòng điện qua thanh \(CD\). Vận tốc cực đại của thanh \(CD\) trong quá trình dao động bằng bao nhiêu \(m/s\). Giả sử bỏ qua mọi lực cản của không khí và ma sát ở điểm treo, lấy \(g = 10,m/{s^2}\) (làm tròn kết quả đến chữ số hàng phần trăm).

Một đoạn dây đồng CD dài L = 20cm, khối lượng m = 15g được treo nằm ngang bằng hai sợi dây mảnh, nhẹ, cách điện có chiều dài l = 40cm. Hệ thống được đặt trong từ trường đều (ảnh 1)

Quảng cáo

Trả lời:

verified Giải bởi Vietjack

Đáp án:

1,79

Khi có dòng điện, dây chịu lực từ ngang:

\({F_t} = BIL = 0,5 \cdot 2 \cdot 0,2 = 0,2,N\).

Trọng lượng của dây là \(P = mg = 0,015 \cdot 10 = 0,15,N\).

Ở vị trí cân bằng: \(\tan \alpha = \frac{{{F_t}}}{P} = \frac{{0,2}}{{0,15}} = \frac{4}{3}\).

Suy ra tam giác tỉ lệ \(3 - 4 - 5\), nên \(\cos \alpha = \frac{3}{5}\).

Khi ngắt dòng điện, lực từ mất đi. Thanh bắt đầu dao động từ vị trí lệch góc \(\alpha \) về vị trí cân bằng thẳng đứng. Cơ năng bảo toàn.

Độ chênh lệch thế năng giữa vị trí ban đầu và vị trí thấp nhất là

\(\Delta {W_t} = mgl(1 - \cos \alpha )\).

Tại vị trí thấp nhất, vận tốc đạt cực đại:

\(\frac{1}{2}m{v_{{{\max }^2}}} = mgl(1 - \cos \alpha )\).

Suy ra \({v_{\max }} = \sqrt {2gl(1 - \cos \alpha )} \).

Thay số: \({v_{\max }} = \sqrt {2 \cdot 10 \cdot 0,4 \cdot \left( {1 - \frac{3}{5}} \right)} = \sqrt {8 \cdot \frac{2}{5}} = \sqrt {3,2} \approx 1,79,m/s\).

CÂU HỎI HOT CÙNG CHỦ ĐỀ

Câu 1

a. Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện \(I\) chạy qua dây.

Đúng
Sai

b. Số chỉ của cân thay đổi là do lực từ tác dụng trực tiếp lên đĩa cân làm nén lò xo của cân.

Đúng
Sai

c. Nếu đổi chiều dòng điện chạy qua dây dẫn \(CD\) và tăng cường độ dòng điện lên thành \(I' = 3,A\) thì số chỉ của cân sẽ giảm \(6,g\) so với giá trị \(m\) ban đầu.

Đúng
Sai

d. Độ lớn cảm ứng từ \(B\) của nam châm dùng trong thí nghiệm bằng \(0,196,T\).

Đúng
Sai

Lời giải

a) Đúng.

Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có độ lớn: \(F = BIL\sin \alpha \).

Ở đây dây dẫn vuông góc với từ trường nên α=90°, do đó: \(F = BIL\).

Vì \(B\) và \(L\) không đổi nên \(F\) tỉ lệ thuận với \(I\).

b) Sai.

Lực từ tác dụng trực tiếp lên đoạn dây dẫn \(CD\), không tác dụng trực tiếp lên đĩa cân.

Do định luật III Newton, dây dẫn tác dụng ngược lại lên nam châm một lực cùng độ lớn, ngược chiều. Chính lực này truyền xuống cân nên số chỉ của cân thay đổi.

c) Đúng.

Khi \(I = 2,A\), số chỉ cân tăng thêm \(4,g\), tức là lực từ tương ứng với trọng lượng của \(4,g\).

Nếu đổi chiều dòng điện thì lực từ đổi chiều, nên số chỉ cân sẽ chuyển từ tăng sang giảm.

Vì lực từ tỉ lệ thuận với \(I\), khi tăng dòng điện từ \(2,A\) lên \(3,A\) thì độ biến thiên số chỉ cân là:

\(\Delta m' = 4 \cdot \frac{3}{2} = 6,g\).

Do đã đổi chiều dòng điện nên số chỉ của cân sẽ giảm \(6,g\) so với giá trị ban đầu.

d) Đúng.

Độ tăng trọng lượng mà cân đo được là: \(F = \Delta m \cdot g = 0,004 \cdot 9,8 = 0,0392,N\).

Mà: \(F = BIL\).

Suy ra: \(B = \frac{F}{{IL}} = \frac{{0,0392}}{{2 \cdot 0,1}} = 0,196,T\).

Vậy khẳng định đã cho là đúng.

Lời giải

Đáp án:

7,75

Khi thanh \(MN\) chuyển động xuống dưới với vận tốc \(v\), trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng:

\(e = BLv\).

Tụ điện được tích điện nên điện tích trên tụ là \(q = Ce = CBLv\).

Dòng điện trong mạch: \(i = \frac{{dq}}{{dt}} = CBL\frac{{dv}}{{dt}} = CBLa\).

Lực từ tác dụng lên thanh có độ lớn: \({F_t} = BIL = B \cdot (CBLa) \cdot L = C{B^2}{L^2}a\).

Lực này hướng lên trên, cản trở chuyển động.

Chọn chiều dương hướng xuống. Khi đó phương trình động lực học là:

\(mg - {F_{ms}} - {F_t} = ma\),hay \(mg - {F_{ms}} - C{B^2}{L^2}a = ma\).

Suy ra \(a = \frac{{mg - {F_{ms}}}}{{m + C{B^2}{L^2}}}\).

Thay số: \(m = 0,02,kg\), \(L = 0,5,m\), \(C = 100\mu F = {10^{ - 4}},F\), \(B = 0,5,T\), \({F_{ms}} = 0,045,N\).

Ta có \(mg = 0,02 \cdot 10 = 0,2,N\),

\(C{B^2}{L^2} = {10^{ - 4}} \cdot {(0,5)^2} \cdot {(0,5)^2} = 6,25 \cdot {10^{ - 6}}\).

Do đó \(a = \frac{{0,2 - 0,045}}{{0,02 + 6,25 \cdot {{10}^{ - 6}}}} = \frac{{0,155}}{{0,02000625}} \approx 7,75,m/{s^2}\).