Nắm trọn lý thuyết quy tắc bàn tay trái và bài tập vận dụng

Kiến thức về quy tắc bàn tay trái rất quan trọng trong chương trình vật lý 11. Nắm rõ và hiểu đúng về nó các em có thể ứng dụng vào việc xác định chiều của lực điện từ. Trong chuyên đề này, Admin sẽ giúp các em nắm trọn kiến thức lý thuyết và cả bài tập áp dụng cụ thể. Cùng tìm hiểu để bỏ túi những thông tin bổ ích nhất cho bản thân nhé!

Trước khi làm bài tập, các em cần nắm rõ kiến thức lý thuyết quan trọng về quy tắc bàn tay trái. Cụ thể như sau:

Tổng hợp kiến thức lý thuyết quan trọng về quy tắc bàn tay trái

Lực điện từ là gì?

Lực điện từ được tạo nên từ 2 phần chính là lực điện từ của điện trường và lực từ do từ trường. Đặc biệt, trong biểu thức toán học cổ điển có nói về lực điện kể từ khi chúng ta đã nắm được tính chất của các hạt mang điện và cường độ của điện từ trường.

Công thức tính:

F = q(E + v.B)

Trong đó:

F là lực điện từ
q là điện tích của các hạt mang điện
E là vectơ của cường độ điện trường được đặt tại vị trí của các hạt mang điện tích
v là vectơ vận tốc của hạt điện tích mang điện
B là vectơ cảm ứng từ tại vị trí của hạt điện tích mang điện đó.

Chiều của lực điện từ sẽ phụ thuộc vào chiều của dòng điện chạy trong dây dẫn và chiều của đường sức từ. Để xác định được chiều lực điện từ, các em sẽ vận dụng quy tắc bàn tay trái lớp 11 sẽ được Admin chia sẻ trong phần sau của bài viết này.

Từ trường là gì?

Từ trường chính là môi trường vật chất đặc biệt, nó luôn tồn tại xung quanh các hạt mang điện tích có sự chuyển động giống như dòng điện hoặc nam châm,... Từ trường sẽ tác động một lực từ lên các vật mang từ được đặt bên trong nó. Muốn kiểm tra xem một vật có từ trường xung quanh nó hay không, các em có thể dùng cách đưa vật đó đến gần một vật có tính từ.

Cách dễ nhất để xác định từ trường đó là sử dụng nam châm. Thông thường, kim nam châm khi không bị từ trường tác động sẽ luôn ở vị trí cân bằng chỉ theo hướng N - B, khi xuất hiện từ trường xung quanh nam châm, kim của nam châm sẽ bị lệch hướng và các em có thể dễ dàng xác định được vật đó mang từ trường.

Phát biểu quy tắc bàn trái lớp 11

Quy tắc bàn tay trái hay còn gọi là quy tắc Fleming là quy tắc được dùng để xác định được của lực được tạo nên khi có một từ trường tác động lên với một đoạn mạch có dòng điện chạy qua hoặc đặt trong từ trường đó.

Phát biểu quy tắc bàn trái lớp 11

Cách xác định chiều của lực điện từ theo quy tắc bàn tay trái như sau: Các em hãy đặt bàn tay trái của mình sao cho các đường sức từ hướng thẳng vào lòng bàn tay. Ngón tay giữa sẽ hướng theo chiều của dòng điện, còn ngón tay cái choãi ra khoảng 90 độ chính là hướng chỉ chiều của lực điện từ.

Quy tắc nắm bàn tay trái được xây dựng từ cơ sở lực từ tác động lên dây dẫn điện với biểu thức toán học là:

F = I.dl×B

Trong đó:

F là lực điện từ
I là cường độ của dòng điện
dl là chính là vectơ có độ dài bằng độ dài đoạn dây dẫn điện với hướng là hướng của chiều dòng điện
B là vectơ cảm ứng của từ trường

Phương của lực điện từ chính là phương của vectơ dl và vectơ B. Do đó, các em có thể xác định được quy tắc bàn tay trái được tính với công thức như trên Admin đã chia sẻ. Ngoài ra, các em cũng có thể xác định phương của lực điện từ theo quy tắc bàn tay phải. Vậy, quy tắc bàn tay phải như thế nào, Admin sẽ có một bài riêng nói về vấn đề này để các em tìm hiểu nhé!

Quy tắc bàn tay trái cho lực Lorenxơ được phát biểu như sau: Để bàn tay trái của các em mở rộng sao cho từ trường hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa chính là chiều của vectơ v khi $q_0>0$ và nó ngược chiều với vectơ v khi $q_0<0$. Khi đó, chiều của lực Lorenxơ chính là chiều được xác định là chiều mà ngón tay cái choãi ra.

Rất nhiều em thắc mắc là khi nào dùng quy tắc bàn tay trái, còn khi nào thì dùng quy tắc bàn tay phải. Để giúp các em có thể xác định thời điểm nên dùng quy tắc bàn tay trái, Admin sẽ có một vài so sánh đơn giản như sau:

Quy tắc nắm bàn tay phải được dùng để xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong một dây dẫn điện chuyển động sinh ra từ trường. Theo đó, quy tắc bàn tay phải được phát biểu là: Đặt bàn tay phải sao cho 4 ngón tay hướng theo chiều dòng điện chạy qua các vòng dây dẫn, khi đó ngón tay cái choãi ra chính là hướng của đường sức từ trong đoạn dây dẫn đó.
Trong khi đó, quy tắc bàn tay trái là được dùng để xác định hướng của lực điện từ được sinh ra từ một từ trường tác động lên một đoạn mạch khi có dòng điện chạy qua và đặt trong môi trường từ trường. Theo đó, quy tắc bàn tay trái được phát hiểu như sau: Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ hướng thẳng vào lòng bàn tay, chiều của dòng điện chính là chiều từ cổ tay đến các ngón tay giữa, chiều của lực điện từ chính là chiều mà ngon tay cái choãi ra 90 độ.

Ứng dụng của quy tắc bàn tay trái như thế nào?

Từ hình vẽ trên, các em có thể thấy được rằng, khi ứng dụng quy tắc bàn tay trái vào xác định chiều của lực điện từ, các em sẽ phải đặt tay trái sao cho chiều của đường sức từ hướng thẳng vào lòng bàn tay, chiều của dòng điện theo chiều từ cổ tay đến các ngón tay. Khi đó chiều của lực điện từ chính là chiều choãi ra của ngón tay cái.

Khi áp dụng quy tắc bàn tay trái vào xác định chiều của lực điện từ, các em cần nắm rõ về quy ước dấu chấm và dấu cộng như sau:

Dấu chấm (•) được dùng để biểu diễn cho vectơ có phương vuông góc với mặt phẳng cần quan sát và có chiều rời xa người quan sát.
Dấu cộng (+) được dùng để biểu diễn cho vectơ có phương vuông góc với mặt phẳng cần quan sát, nhưng hướng của nó sẽ là đi dần về phía người quan sát.

Các em đã nắm rõ kiến thức lý thuyết về quy tắc bàn tay trái, để hiểu rõ hơn về nó, cũng như rèn luyện kỹ năng, các em cùng Admin đi vào một số bài tập dưới đây. Admin sẽ có kèm thêm lời giải để các em tham khảo nhé!

Bài 1: Áp dụng quy tắc bàn tay trái để xác định chiều của dòng điện trong dây dẫn như hình vẽ dưới đây:

Hình ảnh minh họa cho bài tập 1

A, Chiều của dòng điện từ phải sang trái

B, Chiều của dòng điện từ trái sang phải

C, Chiều của dòng điện từ trước ra sau mặt phẳng của hình vẽ

D, Chiều của dòng điện từ sau đến trước mặt phẳng hình vẽ

Giải:

Áp dụng quy tắc bàn tay trái, các em đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa là chiều của dòng điện, còn chiều của lực điện từ là chiều mà ngón tay cái choãi ra. Đồng thời, bên ngoài nam châm, các đường sức từ đi theo hướng ra từ cực Bắc và đi vào từ cực Nam. Theo đó, chiều của dòng điện từ trước ra sau mặt phẳng của hình vẽ.

=> Đáp án đúng là C.

Bài 2: Phát biểu quy tắc bàn tay trái quy tắc này dùng để làm gì?

A, Dùng để xác định chiều của lực điện từ

B, Dùng để xác định chiều của dòng điện, đường sức từ trường và lực điện tử

C, Dùng để xác định chiều của dòng điện và từ trường

D, Dùng để xác định chiều của dòng điện trong dây dây.

Giải:

Theo phát biểu về quy tắc bàn tay trái, thì nó không chỉ được dùng để xác định chiều của lực điện từ mà thông qua quy tắc này, các em cũng có thể xác định được cả chiều của dòng điện, và chiều của các đường sức từ trường.

=> Đáp án đúng là D.

Bài 3: Hãy sử dụng quy tắc bàn tay trái để xác định chiều của 1 trong 3 đại lượng: Chiều lực điện từ, chiều của từ trường và chiều của dòng điện còn thiếu trong các hình vẽ dưới đây:

Hình ảnh minh họa cho bài tập 3

Giải:

Các em cần nắm rõ quy tắc bàn tay trái, sau đó đặt bàn tay trái chuẩn theo hình minh họa dưới đây là có thể xác định hướng của các đại lượng còn thiếu.

Hình ảnh minh họa về cách áp dụng quy tắc bàn tay trái giải bài 3

Bài 4: Cho một dây dẫn điện có chiều dài 10m được đặt trong một từ trường đều có $B=5.10^{-2} \mathrm{~T}$. Biết rằng cường độ dòng điện bằng 10A chạy qua dây dẫn.

a, Xác định lực từ tác dụng lên dây dẫn khi dây dẫn được đặt vuông góc với vectơ B

b, Nếu lực từ tác dụng có độ lớn bằng $2,5 \sqrt{3} N$. Hãy xác định góc giữa chiều dòng điện và vectơ B

Giải:

a) Lực từ $\vec{F}$ có đặc điểm:

- Điểm đặt tại trung điểm đoạn dây mang dòng điện

- Có phương vuông góc với $\vec{I}$ và $\vec{B}$, có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái

- Độ lớn:

$F=B . I \cdot l \cdot \sin \alpha=\left(5 \cdot 10^{-2}\right) \cdot 10 \cdot 10 \cdot \sin 90^{\circ}=5(N)$

b, Ta có: $F=$ B.I.l. $\sin \alpha$

$\Rightarrow \sin \alpha=\frac{F}{B . I . l}=\frac{2,5 \sqrt{3}}{5 \cdot 10^{-2} \cdot 10 \cdot 10}$

$=\frac{\sqrt{3}}{2} \Rightarrow \alpha=60^{\circ}$

Như vậy, toàn bộ những thông tin được Admin chia sẻ trong bài đã cung cấp đầy đủ các kiến thức lý thuyết quan trọng về quy tắc bàn tay trái. Hy vọng với những kiến thức bổ ích này, các em có thể áp dụng quy tắc bàn tay trái vào giải các bài tập liên quan trong Vật lý. Chúc các em thành công và luôn đạt điểm cao với môn học này nhé!