📘 Tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 – Chương 3: Từ trường
Bộ sách: Kết nối tri thức với cuộc sống | Dành cho: Học sinh ôn thi THPT Quốc gia
 |
| Chương 3: Từ trường - Vật lí 12 Kết nối tri thức. Blog góc vật lí |
📑 Mục lục
▼Hệ thống hóa kiến thức trọng tâm Chương 3 – Từ trường. Bạn sẽ nắm vững khái niệm từ trường, lực từ, cảm ứng từ, từ thông, hiện tượng cảm ứng điện từ, dòng điện xoay chiều, máy phát điện, máy biến áp và sóng điện từ. Đây là nội dung quan trọng cho các kỳ thi, đặc biệt là các câu hỏi về ứng dụng và tính toán.
1. Từ trường và cảm ứng từ
Từ trường là dạng vật chất tồn tại xung quanh nam châm hoặc dòng điện, có tính chất cơ bản là gây ra lực từ tác dụng lên nam châm hay dòng điện khác đặt trong nó.
Vectơ cảm ứng từ \(\overrightarrow{B}\) đặc trưng cho từ trường về mặt tác dụng lực. Độ lớn \(B\) được xác định bằng công thức:
Trong đó: \(F\) là lực từ (N), \(I\) là cường độ dòng điện (A), \(L\) là chiều dài đoạn dây (m), \(\alpha\) là góc hợp bởi \(\overrightarrow{B}\) và dây dẫn. Đơn vị cảm ứng từ là tesla (T).
Đường sức từ là đường cong vẽ trong không gian có tiếp tuyến trùng với phương của \(\overrightarrow{B}\) tại mỗi điểm. Chiều đường sức là chiều của \(\overrightarrow{B}\).
2. Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện (Định luật Ampe)
Một đoạn dây dẫn thẳng dài \(L\), mang dòng điện \(I\), đặt trong từ trường đều \(\overrightarrow{B}\) sẽ chịu lực từ \(\overrightarrow{F}\) có:
- Điểm đặt: trung điểm đoạn dây.
- Phương: vuông góc với cả dây dẫn và \(\overrightarrow{B}\).
- Chiều: xác định theo quy tắc bàn tay trái: đặt bàn tay trái sao cho \(\overrightarrow{B}\) hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay trùng chiều dòng điện, ngón cái choãi ra 90° chỉ chiều lực từ.
- Độ lớn: $$ F = B I L \sin \alpha $$.
Khi \(\alpha = 90^\circ\) (dây vuông góc với từ trường) thì \(F_{\max} = BIL\). Khi \(\alpha = 0^\circ\) hoặc \(180^\circ\) thì \(F = 0\).
3. Từ thông
Xét một mặt phẳng diện tích \(S\) đặt trong từ trường đều \(\overrightarrow{B}\), gọi \(\alpha\) là góc hợp bởi pháp tuyến \(\overrightarrow{n}\) của mặt phẳng và \(\overrightarrow{B}\). Từ thông \(\Phi\) qua diện tích đó là:
Đơn vị từ thông là vêbe (Wb): \(1 \, \text{Wb} = 1 \, \text{T.m}^2\). Từ thông biểu thị số đường sức từ xuyên qua một diện tích. Khi \(\alpha = 0\) thì \(\Phi = BS\) (lớn nhất), khi \(\alpha = 90^\circ\) thì \(\Phi = 0\).
4. Hiện tượng cảm ứng điện từ
Khi từ thông qua một mạch kín biến thiên, trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng. Chiều của dòng điện cảm ứng tuân theo định luật Lenz: dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra chống lại nguyên nhân sinh ra nó (chống lại sự biến thiên từ thông).
Định luật Faraday: Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có độ lớn:
Dấu trừ thể hiện định luật Lenz. Khi \(\Delta \Phi\) càng lớn trong thời gian ngắn, suất điện động cảm ứng càng lớn.
5. Dòng điện xoay chiều
Dòng điện xoay chiều là dòng điện có cường độ biến thiên điều hòa theo thời gian dạng sin hoặc cosin:
trong đó: \(I_0\) là cường độ cực đại, \(\omega\) là tần số góc, \(\varphi_i\) là pha ban đầu. Giá trị hiệu dụng: \( I = \dfrac{I_0}{\sqrt{2}} \). Tương tự, điện áp xoay chiều: \( u = U_0 \cos(\omega t + \varphi_u) \), \( U = \dfrac{U_0}{\sqrt{2}} \).
Chu kì \(T = \dfrac{2\pi}{\omega}\), tần số \(f = \dfrac{\omega}{2\pi}\).
6. Máy phát điện xoay chiều
Nguyên tắc: dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Máy có hai bộ phận chính: phần cảm (tạo từ trường) và phần ứng (xuất hiện suất điện động cảm ứng). Khi khung dây quay đều trong từ trường, từ thông qua khung biến thiên tuần hoàn, tạo ra suất điện động xoay chiều:
Máy phát xoay chiều có hai cách: stato là phần ứng (cuộn dây cố định) và rôto là phần cảm (nam châm quay) – thường dùng trong các nhà máy thủy điện, nhiệt điện.
7. Máy biến áp
Máy biến áp hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, dùng để thay đổi điện áp xoay chiều mà không thay đổi tần số. Công thức liên hệ giữa điện áp hiệu dụng và số vòng dây:
Nếu \(N_1 > N_2\): máy hạ áp; \(N_1 < N_2\): máy tăng áp. Trong máy biến áp lý tưởng, công suất hai cuộn bằng nhau: \(U_1 I_1 = U_2 I_2\).
8. Sóng điện từ
Sóng điện từ là quá trình lan truyền của điện từ trường trong không gian. Nó là sóng ngang: các vectơ \(\overrightarrow{E}\) và \(\overrightarrow{B}\) vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền. Sóng điện từ có thể lan truyền trong chân không với tốc độ \(c = 3.10^8 \, \text{m/s}\).
Các đặc điểm:
- \(\overrightarrow{E}\) và \(\overrightarrow{B}\) dao động đồng pha.
- Bước sóng \(\lambda = \dfrac{c}{f}\) (liên hệ với tần số).
- Thang sóng điện từ: sóng vô tuyến, hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tử ngoại, tia X, tia gamma.
📌 Yêu cầu cần đạt theo sách Kết nối tri thức
- Phát biểu được khái niệm từ trường, cảm ứng từ, đường sức từ.
- Xác định được lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện (phương, chiều, độ lớn).
- Vận dụng quy tắc bàn tay trái và quy tắc nắm tay phải.
- Nêu được khái niệm từ thông và hiện tượng cảm ứng điện từ, phát biểu định luật Lenz và Faraday.
- Viết được biểu thức suất điện động cảm ứng, suất điện động xoay chiều.
- Giải thích nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều, cấu tạo máy phát điện, máy biến áp.
- Mô tả được quá trình lan truyền sóng điện từ.
📝 Hệ thống công thức ứng dụng
🧪 10 câu trắc nghiệm – Vận dụng ngay
Click vào nút "Xem đáp án" để kiểm tra kết quả sau khi làm bài.
Câu 1: Từ trường là dạng vật chất tồn tại xung quanh:
- A. điện tích đứng yên
- B. nam châm và dòng điện
- C. điện tích chuyển động thẳng đều
- D. vật nhiễm điện
Câu 2: Đơn vị của cảm ứng từ trong hệ SI là:
- A. vêbe (Wb)
- B. tesla (T)
- C. niutơn (N)
- D. ampe (A)
Câu 3: Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đạt cực đại khi:
- A. dây song song với từ trường
- B. dây vuông góc với từ trường
- C. dây hợp với từ trường góc 45°
- D. dây nằm trong mặt phẳng chứa từ trường
Câu 4: Chiều của lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện được xác định bằng:
- A. quy tắc bàn tay trái
- B. quy tắc nắm tay phải
- C. quy tắc bàn tay phải
- D. quy tắc hình bình hành
Câu 5: Từ thông qua một diện tích S đặt trong từ trường đều B được tính bằng:
- A. \(\Phi = BS\)
- B. \(\Phi = BS \cos\alpha\)
- C. \(\Phi = BS \sin\alpha\)
- D. \(\Phi = B/S\)
Câu 6: Dòng điện cảm ứng trong mạch kín xuất hiện khi:
- A. từ thông qua mạch không đổi
- B. từ thông qua mạch biến thiên
- C. mạch chuyển động trong từ trường đều
- D. mạch đứng yên trong từ trường đều
Câu 7: Suất điện động cảm ứng trong khung dây có N vòng được tính theo công thức:
- A. \(e_c = -N \frac{\Delta\Phi}{\Delta t}\)
- B. \(e_c = -N\Phi\)
- C. \(e_c = N \frac{\Delta\Phi}{\Delta t}\)
- D. \(e_c = -\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}\) (không có N)
Câu 8: Trong dòng điện xoay chiều, giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện liên hệ với giá trị cực đại bởi:
- A. \(I = I_0/2\)
- B. \(I = I_0/\sqrt{2}\)
- C. \(I = I_0\sqrt{2}\)
- D. \(I = 2I_0\)
Câu 9: Máy biến áp hoạt động dựa trên hiện tượng:
- A. cảm ứng điện từ
- B. lực từ
- C. từ thông
- D. nhiễm từ
Câu 10: Sóng điện từ là sóng ngang vì:
- A. các vectơ \(\overrightarrow{E}\) và \(\overrightarrow{B}\) dao động vuông góc với phương truyền
- B. các vectơ \(\overrightarrow{E}\) và \(\overrightarrow{B}\) dao động cùng phương truyền
- C. nó lan truyền trong chân không
- D. nó có bước sóng nhỏ
🔗 Xem tiếp các chương khác
📌 Đây là 4 chương mà các câu hỏi trong đề thi tốt nghiệp sẽ phủ kín, chúng ta cần nắm chắc cho ôn tập hiệu quả nha.
Blog Góc Vật lí – Đồng hành cùng học sinh ôn thi THPT Quốc gia môn Vật lí.
📧 Liên hệ: buicongthang@gmail.com
