I. LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Nam châm là gì?

Từ thời xa xưa, con người đã phát hiện ra một số loại đá trong tự nhiên có khả năng hút các vật bằng sắt. Khi treo loại đá này bằng sợi chỉ và để tự do, nó luôn nằm theo một hướng cố định: một đầu chỉ về phía bắc, đầu còn lại chỉ về phía nam. Người xưa gọi chúng là “đá dẫn đường” hay đá nam châm, thường dùng để xác định phương hướng khi đi biển.

Ngày nay, con người đã chế tạo được nam châm nhân tạo với nhiều hình dạng và kích thước khác nhau: nam châm thẳng (dạng thanh), nam châm hình chữ U, nam châm viên (hình tròn dẹt),…

Nam châm là vật có từ tính, tức là có khả năng hút được các vật bằng sắt và một số hợp kim của sắt.

2. Tính chất từ của nam châm

Qua các thí nghiệm, ta rút ra được các tính chất từ quan trọng của nam châm:

a) Nam châm hút được các vật liệu có tính chất từ

Nam châm có khả năng hút các vật làm bằng sắt, thép và một số hợp kim của sắt. Những vật liệu bị nam châm hút được gọi là vật liệu từ (hay vật liệu có tính chất từ).

Ngược lại, nam châm không hút được các vật liệu như đồng, nhôm, gỗ, nhựa, giấy,…

b) Nam châm hút mạnh nhất ở hai đầu (hai cực)

Khi đưa nam châm lại gần các vật bằng sắt, ta nhận thấy lực hút mạnh nhất tập trung ở hai đầu của nam châm (gọi là hai cực). Phần giữa thân nam châm hầu như không hút hoặc hút rất yếu.

c) Nam châm tự do luôn chỉ hướng Bắc – Nam

Khi đặt một kim nam châm nằm cân bằng trên mũi nhọn (gọi là kim nam châm tự do), hoặc treo thanh nam châm bằng sợi dây mảnh, kim (thanh) nam châm luôn tự quay và nằm theo hướng Bắc – Nam địa lí.

Dù ta đẩy lệch kim nam châm rồi buông tay, khi đứng yên trở lại, kim vẫn quay về hướng cũ: một đầu chỉ hướng bắc, đầu kia chỉ hướng nam.

3. Cực Bắc và cực Nam của nam châm

Mỗi nam châm đều có hai cực:

• Cực Bắc (kí hiệu N): là cực luôn hướng về phía bắc địa lí khi nam châm được đặt tự do. Chữ N viết tắt từ tiếng Anh “North” (bắc). Thường được sơn màu đỏ.
• Cực Nam (kí hiệu S): là cực luôn hướng về phía nam địa lí khi nam châm được đặt tự do. Chữ S viết tắt từ tiếng Anh “South” (nam). Thường được sơn màu xanh.

Cách xác định cực của nam châm khi không có đánh dấu: Treo nam châm bằng sợi dây hoặc đặt trên mũi nhọn cho tự do quay. Khi nằm cân bằng, đầu nào chỉ về hướng bắc địa lí thì đó là cực Bắc (N), đầu còn lại là cực Nam (S).

4. Tương tác giữa hai nam châm

Khi đưa hai nam châm lại gần nhau, ta quan sát được:

• Hai cực khác tên (một cực Bắc và một cực Nam) đặt gần nhau thì hút nhau.
• Hai cực cùng tên (cùng là cực Bắc hoặc cùng là cực Nam) đặt gần nhau thì đẩy nhau.

Quy tắc này giúp ta xác định tên cực của một nam châm chưa biết: nếu biết tên cực của nam châm A, đưa nó lại gần nam châm B. Nếu hai đầu hút nhau thì chúng khác tên, nếu đẩy nhau thì chúng cùng tên.

5. Định hướng của kim nam châm tự do

Khi đặt một kim nam châm tự do (nam châm thử) ở gần một nam châm thẳng, kim nam châm sẽ chịu tác dụng của nam châm và nằm theo một hướng xác định.

Nếu đẩy kim lệch khỏi hướng đó rồi buông tay, khi đứng yên trở lại, kim nam châm vẫn quay về đúng hướng ban đầu. Điều này cho thấy nam châm có tác dụng định hướng cho kim nam châm đặt gần nó.

6. Ứng dụng của nam châm

Nam châm được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và sản xuất:

• Loại bỏ tạp chất sắt lẫn trong thực phẩm (ngũ cốc, đường, bột,…).
• Trong y tế, dùng nam châm để lấy mạt sắt nhỏ ra khỏi mắt bệnh nhân khi không thể dùng panh hoặc kìm.
• Hệ thống “lưới nam châm lọc sắt” trong công nghiệp, gồm nhiều thanh nam châm ghép trên một vỉ để lọc các vật có tính chất từ ra khỏi dòng nguyên liệu.
• Loa của máy tính, ti vi, radio.
• Máy phát điện, máy phân loại từ tính.
• La bàn dùng kim nam châm để xác định phương hướng.
• Dùng nam châm có kích thước lớn, sức hút mạnh để dọn rác sắt vụn dưới lòng sông, lòng kênh.

II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Nhận biết vật liệu từ và tính chất từ của nam châm

Phương pháp chung:

• Vật liệu từ (bị nam châm hút) là sắt, thép và một số hợp kim của sắt.
• Các vật liệu như đồng, nhôm, gỗ, nhựa, giấy, cao su,… không bị nam châm hút.
• Nam châm hút mạnh nhất ở hai đầu (hai cực), phần giữa hút yếu nhất.

Ví dụ 1

Đề bài: Vật liệu bị nam châm hút được gọi là gì?

A. La bàn B. Nam châm C. Kim nam châm D. Vật liệu từ

Lời giải:

Theo định nghĩa, những vật liệu bị nam châm hút (như sắt, thép, một số hợp kim của sắt) được gọi là vật liệu từ hay vật liệu có tính chất từ.

Đáp án: D. Vật liệu từ

Ví dụ 2

Đề bài: Nam châm có thể hút vật nào dưới đây?

A. Nhựa B. Đồng C. Gỗ D. Thép

Lời giải:

Nam châm chỉ hút được các vật liệu từ, bao gồm sắt, thép và một số hợp kim của sắt.

• Nhựa: không phải vật liệu từ → không bị hút.
• Đồng: không phải vật liệu từ → không bị hút.
• Gỗ: không phải vật liệu từ → không bị hút.
• Thép: là hợp kim của sắt, có tính chất từ → bị nam châm hút.

Đáp án: D. Thép

Ví dụ 3

Đề bài: Nam châm hút mạnh nhất ở vị trí nào?

A. 1 B. 2 C. 3 D. Cả B và C đều đúng

Lời giải:

Nam châm có đặc điểm hút mạnh nhất ở hai đầu (hai cực), tức là vị trí (1). Càng vào giữa thanh nam châm, lực hút càng yếu.

Đáp án: A. 1

Dạng 2: Xác định cực nam châm và tương tác giữa các nam châm

Phương pháp chung:

• Khi nam châm đặt tự do (treo bằng dây hoặc đặt trên mũi nhọn): đầu chỉ hướng bắc địa lí là cực Bắc (N), đầu chỉ hướng nam địa lí là cực Nam (S).
• Hai cực khác tên → hút nhau. Hai cực cùng tên → đẩy nhau.
• Muốn biết tên cực của nam châm chưa biết, dùng một nam châm đã biết cực để thử: nếu hút → khác tên, nếu đẩy → cùng tên.

Ví dụ 1

Đề bài: Khi ở vị trí cân bằng, kim nam châm luôn chỉ hướng nào?

A. Đông – Bắc B. Bắc – Nam C. Tây – Nam D. Đông – Nam

Lời giải:

Theo tính chất từ của nam châm, khi kim nam châm được đặt tự do trên mũi nhọn và nằm cân bằng, nó luôn tự định hướng theo hướng Bắc – Nam địa lí: một đầu chỉ hướng bắc, đầu kia chỉ hướng nam.

Đáp án: B. Bắc – Nam

Ví dụ 2

Đề bài: Nêu sự tương tác giữa hai nam châm. Nếu ta biết tên một cực của nam châm, có thể dùng nam châm này để biết tên cực của nam châm khác không?

Lời giải:

Khi đặt hai nam châm gần nhau:

• Hai từ cực khác tên thì hút nhau (ví dụ: cực Bắc hút cực Nam).
• Hai từ cực cùng tên thì đẩy nhau (ví dụ: cực Bắc đẩy cực Bắc).

Nếu ta đã biết tên cực của một nam châm, ta hoàn toàn có thể dùng nó để xác định tên cực của nam châm khác.

Ví dụ: Ta biết cực Bắc (N) của nam châm A. Đưa cực N này lại gần một đầu của nam châm B. Nếu hai đầu hút nhau, thì đầu đó của nam châm B là cực Nam (S). Nếu hai đầu đẩy nhau, thì đầu đó của nam châm B cũng là cực Bắc (N). Làm tương tự với đầu còn lại để kiểm tra.

Dạng 3: Vận dụng tính chất nam châm trong thực tế

Phương pháp chung:

Dựa vào hai tính chất cốt lõi của nam châm để giải thích các ứng dụng thực tế:

• Nam châm hút được vật liệu từ (sắt, thép,…) → ứng dụng tách, thu gom, giữ các vật bằng sắt thép.
• Nam châm tự do luôn chỉ hướng Bắc – Nam → ứng dụng xác định phương hướng (la bàn).

Ví dụ 1

Đề bài: Trong bệnh viện, các bác sĩ muốn lấy các mạt sắt nhỏ ra khỏi mắt bệnh nhân một cách an toàn bằng dụng cụ nào?

A. Kính lúp B. Panh C. Nam châm D. Kim tiêm

Lời giải:

Mạt sắt có kích thước rất nhỏ, li ti, nằm trong mắt bệnh nhân nên không thể dùng panh hoặc kìm gắp ra. Kính lúp chỉ giúp phóng to hình ảnh chứ không lấy được mạt sắt. Kim tiêm cũng không phù hợp.

Vì mạt sắt là vật liệu từ, nên bác sĩ sử dụng nam châm đưa lại gần mắt để hút mạt sắt ra một cách an toàn, không gây đau hay tổn thương thêm cho bệnh nhân.

Đáp án: C. Nam châm

Ví dụ 2

Đề bài: Có một chiếc kim khâu rơi trên thảm, khó nhìn được bằng mắt thường. Em hãy nêu một cách để nhanh chóng tìm ra chiếc kim đó.

Lời giải:

Kim khâu được làm bằng thép, mà thép là vật liệu từ (bị nam châm hút).

Cách làm: Dùng một nam châm di chuyển chậm qua lại sát trên bề mặt thảm. Khi nam châm đi qua vị trí chiếc kim, lực hút của nam châm sẽ hút chiếc kim dính vào nam châm, giúp ta tìm được kim dễ dàng mà không cần nhìn bằng mắt.

Ví dụ 3

Đề bài: Vì sao người ta lại chế tạo các đầu của vặn đinh ốc (tournevis) có từ tính?

Lời giải:

Đầu vặn đinh ốc được chế tạo có từ tính để thuận tiện khi thao tác với các ốc vít nhỏ hoặc siêu nhỏ. Nhờ có từ tính, đầu vặn có thể hút và giữ ốc vít dính trên đầu, giúp:

• Đặt ốc vít vào vị trí cần vặn dễ dàng, đặc biệt ở những nơi chật hẹp, khó thao tác bằng tay.
• Sau khi vặn lỏng ốc vít, có thể dùng đầu vặn hút ốc vít ra mà không cần dùng tay giữ, tránh bị rơi vào bên trong thiết bị.

III. SƠ ĐỒ TƯ DUY

1. Nam châm là gì?

• 1.1. Vật có từ tính, hút được sắt và hợp kim của sắt
• 1.2. Các loại: nam châm thẳng, nam châm hình chữ U, nam châm viên
• 1.3. Nam châm tự nhiên (đá nam châm) và nam châm nhân tạo

2. Tính chất từ của nam châm

• 2.1. Hút được vật liệu từ (sắt, thép, hợp kim sắt)
• 2.2. Không hút đồng, nhôm, gỗ, nhựa
• 2.3. Hút mạnh nhất ở hai đầu (hai cực), yếu nhất ở giữa
• 2.4. Khi đặt tự do, luôn chỉ hướng Bắc – Nam

3. Hai cực của nam châm

• 3.1. Cực Bắc (N) – màu đỏ – chỉ hướng bắc địa lí
• 3.2. Cực Nam (S) – màu xanh – chỉ hướng nam địa lí

4. Tương tác giữa hai nam châm

• 4.1. Cùng tên → đẩy nhau (N–N hoặc S–S)
• 4.2. Khác tên → hút nhau (N–S)

5. Định hướng của kim nam châm

• 5.1. Kim nam châm tự do luôn chỉ hướng Bắc – Nam
• 5.2. Đặt gần nam châm khác → kim nằm theo hướng xác định

6. Ứng dụng

• 6.1. La bàn (xác định phương hướng)
• 6.2. Lọc tạp chất sắt trong thực phẩm, công nghiệp
• 6.3. Lấy mạt sắt trong y tế
• 6.4. Loa, máy phát điện, đầu vặn vít từ tính

IV. SAI LẦM THƯỜNG GẶP

Cô Trần Thị Thanh Thảo

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS

Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu