Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
- I. LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM
- 1. Từ trường
- 2. Từ phổ
- 3. Đường sức từ
- 4. Từ trường của Trái Đất
- 5. La bàn
- II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP
- Dạng 1: Nhận biết từ trường, từ phổ và đường sức từ
- Dạng 2: Xác định chiều đường sức từ của nam châm
- Dạng 3: Từ trường Trái Đất và sử dụng la bàn
- III. SƠ ĐỒ TƯ DUY
- IV. SAI LẦM THƯỜNG GẶP
I. LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM
1. Từ trường
Nam châm có khả năng tác dụng lực lên các vật liệu có tính chất từ (sắt, thép, cobalt, nickel,…) và lên các nam châm khác. Lực này được gọi là lực từ.
Vùng không gian bao quanh nam châm, mà trong đó các vật liệu có tính chất từ chịu tác dụng của lực từ, được gọi là từ trường.
Từ trường không chỉ tồn tại xung quanh nam châm mà còn tồn tại xung quanh dây dẫn mang dòng điện. Năm 1820, nhà bác học Ơ-xtet (Oersted) đã chứng minh điều này qua thí nghiệm nổi tiếng: khi đóng mạch điện cho dòng điện chạy qua dây dẫn AB đặt song song với kim nam châm, kim nam châm bị lệch khỏi vị trí ban đầu. Điều đó chứng tỏ xung quanh dây dẫn mang dòng điện có từ trường.
Cách phát hiện từ trường: Dùng kim nam châm (còn gọi là nam châm thử). Đưa kim nam châm vào vùng không gian cần kiểm tra. Nếu kim nam châm bị lệch khỏi hướng Bắc – Nam ban đầu, tức là có lực từ tác dụng lên kim, thì nơi đó có từ trường.
2. Từ phổ
Để quan sát hình ảnh trực quan của từ trường, ta có thể làm thí nghiệm: đặt một tấm nhựa trong, mỏng lên thanh nam châm, rắc đều một lớp mạt sắt lên tấm nhựa rồi gõ nhẹ. Các mạt sắt sẽ tự sắp xếp thành những đường cong nối từ cực này sang cực kia của nam châm.
Hình ảnh các đường mạt sắt sắp xếp xung quanh nam châm được gọi là từ phổ. Từ phổ cho ta hình ảnh trực quan về từ trường.
Quan sát từ phổ, ta nhận thấy:
- Vùng nào các đường mạt sắt sắp xếp dày (gần hai cực nam châm) thì từ trường ở đó mạnh.
- Vùng nào các đường mạt sắt sắp xếp thưa (xa hai cực nam châm) thì từ trường ở đó yếu.
Lưu ý: Chỉ có thể tạo ra từ phổ bằng mạt sắt (vật liệu từ), không thể dùng mạt đồng hay mạt nhôm vì chúng không có tính chất từ.
3. Đường sức từ
Khi dùng bút tô dọc theo các đường mạt sắt trong từ phổ, nối từ cực này sang cực kia của nam châm, ta thu được các đường gọi là đường sức từ.
Tính chất của đường sức từ:
- Đường sức từ là những đường cong khép kín.
- Kim nam châm đặt trong từ trường sẽ định hướng theo đường sức từ: khi di chuyển kim nam châm dọc theo đường sức từ, cực Bắc (N) của kim luôn hướng về cực Nam (S) của nam châm thẳng, cực Nam (S) của kim luôn hướng về cực Bắc (N) của nam châm.
- Đường sức từ có chiều xác định. Quy ước: chiều đường sức từ là chiều đi từ cực Nam đến cực Bắc xuyên dọc kim nam châm đặt cân bằng trên đường sức từ đó.
Quy tắc quan trọng: Ở bên ngoài thanh nam châm, đường sức từ có chiều đi ra từ cực Bắc (N), đi vào cực Nam (S).
Đường sức từ của nam châm hình chữ U:
- Ở bên ngoài nam châm: đường sức từ là những đường cong, đi ra từ cực Bắc và đi vào cực Nam.
- Ở trong lòng nam châm (giữa hai nhánh chữ U): đường sức từ gần như là những đường thẳng song song với nhau. Đây là vùng từ trường đều.
4. Từ trường của Trái Đất
Trái Đất hoạt động giống như một nam châm khổng lồ, xung quanh nó tồn tại từ trường.
Bằng chứng cho thấy Trái Đất có từ trường: khi đặt kim nam châm tự do ở bất kì đâu trên Trái Đất (cách xa các nam châm và vật liệu từ khác), kim luôn chỉ hướng Bắc – Nam. Điều này chỉ có thể giải thích được nếu Trái Đất có từ trường tác dụng lực từ lên kim nam châm.
Ở bên ngoài Trái Đất, các đường sức từ trường có chiều đi từ Nam bán cầu đến Bắc bán cầu.
Lưu ý quan trọng: Cực Bắc địa từ và cực Bắc địa lí không trùng nhau. Theo quy ước hiện nay, người ta gọi từ cực ở gần Bắc bán cầu là cực Bắc địa từ, từ cực ở gần Nam bán cầu là cực Nam địa từ (mặc dù theo lí thuyết từ học thì phải gọi ngược lại).
5. La bàn
a) Cấu tạo
La bàn là dụng cụ dùng để xác định hướng địa lí. Một la bàn thường gồm ba bộ phận chính:
- Kim la bàn (1): là một kim nam châm hình lá dẹt, mỏng, nhẹ, đặt trên trụ xoay. Đầu sơn đỏ chỉ hướng bắc, đầu sơn xanh (hoặc trắng) chỉ hướng nam.
- Vỏ la bàn (2): bằng nhôm hoặc nhựa, bảo vệ kim nam châm bên trong.
- Mặt la bàn (3): mặt chia độ có gắn cố định các kí hiệu hướng.
Bảng quy ước kí hiệu trên la bàn:
| Kí hiệu | Hướng |
|---|---|
| N | Bắc |
| NE | Đông bắc |
| E | Đông |
| SE | Đông nam |
| S | Nam |
| SW | Tây nam |
| W | Tây |
| NW | Tây bắc |
b) Cách sử dụng la bàn xác định hướng địa lí
Thực hiện theo 3 bước:
- Bước 1: Đặt la bàn cách xa nam châm và các vật liệu có tính chất từ, tránh tác động của chúng lên kim la bàn.
- Bước 2: Giữ la bàn trong lòng bàn tay hoặc đặt trên mặt bàn sao cho la bàn nằm ngang. Xoay vỏ la bàn sao cho đầu kim màu đỏ (chỉ hướng bắc) trùng khít với vạch ghi chữ N trên mặt la bàn.
- Bước 3: Đọc giá trị góc tạo bởi hướng cần xác định (hướng trước mặt) so với hướng bắc trên mặt chia độ, từ đó xác định hướng cần tìm.
II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP
Dạng 1: Nhận biết từ trường, từ phổ và đường sức từ
Phương pháp chung:
- Từ trường tồn tại xung quanh nam châm và xung quanh dây dẫn mang dòng điện.
- Phát hiện từ trường bằng kim nam châm (nam châm thử): nếu kim bị lệch khỏi hướng Bắc – Nam thì nơi đó có từ trường.
- Từ phổ là hình ảnh các đường mạt sắt xung quanh nam châm, cho hình ảnh trực quan về từ trường.
- Đường sức từ là các đường vẽ theo từ phổ, có chiều xác định: ở bên ngoài nam châm, đi ra từ cực Bắc, đi vào cực Nam.
Ví dụ 1
Đề bài: Từ trường tồn tại ở đâu?
A. Xung quanh điện tích đứng yên B. Xung quanh nam châm C. Xung quanh dây dẫn mang dòng điện D. Cả B và C
Lời giải:
Từ trường tồn tại trong hai trường hợp: xung quanh nam châm (B đúng) và xung quanh dây dẫn mang dòng điện – được chứng minh qua thí nghiệm Oersted (C đúng). Xung quanh điện tích đứng yên chỉ có điện trường, không có từ trường.
Đáp án: D. Cả B và C
Ví dụ 2
Đề bài: Chọn đáp án sai.
A. Từ phổ cho ta hình ảnh trực quan về từ trường B. Đường sức từ chính là hình ảnh cụ thể của từ trường C. Vùng nào các đường mạt sắt sắp xếp mau thì từ trường ở đó yếu D. Cả ba đáp án trên đều sai
Lời giải:
Xét từng đáp án:
- A đúng: từ phổ (hình ảnh mạt sắt) giúp ta hình dung về từ trường một cách trực quan.
- B đúng: đường sức từ được vẽ dựa trên từ phổ, thể hiện hình ảnh cụ thể của từ trường.
- C sai: vùng nào mạt sắt sắp xếp dày (mau) thì từ trường ở đó mạnh, không phải yếu.
Đáp án: C
Ví dụ 3
Đề bài: Có thể tạo ra từ phổ bằng cách nào dưới đây?
A. Rắc các hạt mạt sắt lên tấm bìa đặt trong từ trường và gõ nhẹ B. Rắc các hạt mạt đồng lên tấm bìa đặt trong từ trường và gõ nhẹ C. Rắc các hạt mạt nhôm lên tấm bìa đặt trong từ trường và gõ nhẹ D. Rắc các hạt mạt nhôm lên tấm bìa đặt trong điện trường và gõ nhẹ
Lời giải:
Để tạo từ phổ, cần dùng vật liệu có tính chất từ (bị nam châm hút) và đặt trong từ trường. Sắt là vật liệu từ, còn đồng và nhôm không phải vật liệu từ nên không bị lực từ tác dụng, không thể sắp xếp thành từ phổ.
Đáp án: A
Dạng 2: Xác định chiều đường sức từ của nam châm
Phương pháp chung:
Áp dụng quy tắc: ở bên ngoài thanh nam châm, đường sức từ có chiều đi ra từ cực Bắc (N), đi vào cực Nam (S).
Các bước xác định:
- Bước 1: Xác định vị trí cực Bắc (N) và cực Nam (S) của nam châm.
- Bước 2: Vẽ các đường sức từ là những đường cong nối từ cực Bắc sang cực Nam ở bên ngoài nam châm.
- Bước 3: Đánh dấu mũi tên trên đường sức từ theo chiều đi ra từ cực Bắc, đi vào cực Nam.
Ví dụ 1
Đề bài: Ở bên ngoài thanh nam châm, đường sức từ là gì?
A. Những đường thẳng đi ra từ cực Bắc, đi vào ở cực Nam của nam châm B. Những đường thẳng đi ra từ cực Nam, đi vào ở cực Bắc của nam châm C. Những đường cong đi ra từ cực Bắc, đi vào ở cực Nam của nam châm D. Những đường cong đi ra từ cực Nam, đi vào ở cực Bắc của nam châm
Lời giải:
Đường sức từ ở bên ngoài nam châm không phải đường thẳng mà là đường cong (loại A, B). Về chiều, đường sức từ đi ra từ cực Bắc và đi vào cực Nam (loại D).
Đáp án: C
Ví dụ 2
Đề bài: Xác định chiều đường sức từ của một nam châm thẳng trong Hình 19.5.
Lời giải:
Áp dụng quy tắc: ở bên ngoài thanh nam châm, đường sức từ có chiều đi ra từ cực Bắc (N), đi vào cực Nam (S).
Nhìn vào hình, xác định vị trí cực N và cực S của nam châm. Sau đó đánh dấu mũi tên trên mỗi đường sức từ sao cho mũi tên hướng ra khỏi cực Bắc và hướng vào cực Nam.
Ví dụ 3
Đề bài: Hình 19.6 cho biết từ phổ của nam châm hình chữ U. Dựa vào đó hãy vẽ đường sức từ của nó. Có nhận xét gì về các đường sức từ của nam châm này?
Lời giải:
Dựa vào từ phổ, ta tô theo các đường mạt sắt để vẽ đường sức từ. Đánh dấu chiều: đi ra từ cực Bắc (N), đi vào cực Nam (S).
Nhận xét:
- Ở bên ngoài nam châm, đường sức từ là những đường cong, giống như nam châm thẳng.
- Ở trong lòng nam châm (khoảng không gian giữa hai nhánh chữ U), đường sức từ gần như là những đường thẳng song song với nhau. Điều này cho thấy từ trường bên trong lòng nam châm hình chữ U khá đều.
Dạng 3: Từ trường Trái Đất và sử dụng la bàn
Phương pháp chung:
- Trái Đất có từ trường. Cực Bắc địa từ không trùng với cực Bắc địa lí.
- La bàn gồm 3 bộ phận: kim la bàn, vỏ la bàn, mặt la bàn.
- Khi sử dụng la bàn: đặt xa vật liệu từ → xoay vỏ để kim đỏ trùng vạch N → đọc góc hướng cần xác định so với hướng bắc.
Ví dụ 1
Đề bài: Chọn đáp án sai về từ trường Trái Đất.
A. Trái Đất là một nam châm khổng lồ B. Ở bên ngoài Trái Đất, đường sức từ trường Trái Đất có chiều đi từ Nam bán cầu đến Bắc bán cầu C. Cực Bắc địa lí và cực Bắc địa từ không trùng nhau D. Cực Nam địa lí trùng cực Nam địa từ
Lời giải:
Xét từng đáp án:
- A đúng: Trái Đất hoạt động như một nam châm khổng lồ.
- B đúng: ở bên ngoài, đường sức từ trường Trái Đất có chiều từ Nam bán cầu đến Bắc bán cầu.
- C đúng: cực Bắc địa từ và cực Bắc địa lí không trùng nhau, chúng lệch nhau một góc.
- D sai: cực Nam địa lí và cực Nam địa từ cũng không trùng nhau, tương tự như hai cực bắc.
Đáp án: D
Ví dụ 2
Đề bài: Sắp xếp các bước theo đúng thứ tự thực hiện sử dụng la bàn xác định hướng địa lí.
(1) Đọc giá trị của góc tạo bởi hướng cần xác định so với hướng bắc trên mặt chia độ của la bàn để tìm hướng cần xác định.
(2) Đặt la bàn cách xa nam châm và các vật liệu có tính chất từ, để tránh tác động của các vật này lên kim la bàn.
(3) Giữ la bàn trong lòng bàn tay hoặc đặt trên một mặt bàn sao cho la bàn nằm ngang trước mặt. Sau đó xoay vỏ của la bàn sao cho đầu kim màu đỏ chỉ hướng Bắc trùng khít với vạch chữ N trên la bàn.
A. (1) – (2) – (3) B. (2) – (1) – (3) C. (2) – (3) – (1) D. (1) – (3) – (2)
Lời giải:
Thứ tự đúng khi sử dụng la bàn:
- Đầu tiên phải đặt la bàn cách xa các vật có tính chất từ → bước (2).
- Tiếp theo giữ la bàn nằm ngang và xoay vỏ để đầu kim đỏ trùng vạch N → bước (3).
- Cuối cùng đọc góc để xác định hướng → bước (1).
Thứ tự: (2) – (3) – (1).
Đáp án: C. (2) – (3) – (1)
Ví dụ 3
Đề bài: Sử dụng la bàn để xác định hướng nhà mình hoặc để xác định hướng đi trong rừng hay trên biển.
Lời giải:
Thực hiện theo 3 bước:
Bước 1: Đặt la bàn cách xa nam châm và các vật liệu có tính chất từ để kim la bàn không bị ảnh hưởng.
Bước 2: Giữ la bàn nằm ngang trong lòng bàn tay hoặc trên mặt phẳng. Xoay vỏ la bàn sao cho đầu kim màu đỏ (chỉ hướng bắc) trùng khít với vạch ghi chữ N trên mặt la bàn.
Bước 3: Đọc giá trị góc tạo bởi hướng cần xác định (hướng trước mặt) so với hướng bắc trên mặt chia độ.
Ví dụ: Nếu đọc được con số $20°$, ta xác định được hướng cần xác định lệch so với hướng bắc $20°$ về phía đông bắc.
III. SƠ ĐỒ TƯ DUY
1. Từ trường
- 1.1. Vùng không gian xung quanh nam châm hoặc dây dẫn mang dòng điện
- 1.2. Lực từ: lực tác dụng của nam châm lên vật liệu từ và nam châm khác
- 1.3. Phát hiện bằng kim nam châm (nam châm thử)
- 1.4. Thí nghiệm Oersted: chứng tỏ xung quanh dòng điện có từ trường
2. Từ phổ
- 2.1. Hình ảnh các đường mạt sắt xung quanh nam châm
- 2.2. Cho hình ảnh trực quan về từ trường
- 2.3. Mạt sắt dày → từ trường mạnh; mạt sắt thưa → từ trường yếu
3. Đường sức từ
- 3.1. Vẽ theo các đường mạt sắt trong từ phổ
- 3.2. Chiều: ở bên ngoài nam châm, đi ra từ cực Bắc (N), đi vào cực Nam (S)
- 3.3. Kim nam châm đặt trong từ trường định hướng theo đường sức từ
- 3.4. Nam châm chữ U: đường sức ở trong lòng gần như song song
4. Từ trường Trái Đất
- 4.1. Trái Đất là nam châm khổng lồ
- 4.2. Đường sức từ: chiều từ Nam bán cầu đến Bắc bán cầu (ở bên ngoài)
- 4.3. Cực Bắc địa từ không trùng cực Bắc địa lí
5. La bàn
- 5.1. Cấu tạo: kim la bàn, vỏ la bàn, mặt la bàn (mặt chia độ)
- 5.2. Dùng để xác định hướng địa lí
- 5.3. Các bước sử dụng: đặt xa vật từ → xoay vỏ cho kim đỏ trùng N → đọc góc
IV. SAI LẦM THƯỜNG GẶP
| STT | Sai lầm | Đính chính |
|---|---|---|
| 1 | Cho rằng từ trường chỉ tồn tại xung quanh nam châm | Từ trường tồn tại cả xung quanh nam châm lẫn xung quanh dây dẫn mang dòng điện |
| 2 | Nhầm từ phổ với đường sức từ | Từ phổ là hình ảnh thực tế của mạt sắt sắp xếp trong thí nghiệm. Đường sức từ là các đường vẽ lại dọc theo từ phổ, có chiều xác định |
| 3 | Cho rằng vùng mạt sắt sắp xếp dày thì từ trường yếu | Ngược lại: vùng mạt sắt dày thì từ trường mạnh, vùng mạt sắt thưa thì từ trường yếu |
| 4 | Nhớ sai chiều đường sức từ: đi ra từ cực Nam, đi vào cực Bắc | Ở bên ngoài nam châm, đường sức từ đi ra từ cực Bắc (N), đi vào cực Nam (S) |
| 5 | Cho rằng cực Bắc địa từ trùng với cực Bắc địa lí | Hai cực này không trùng nhau, chúng lệch nhau một góc. Tương tự, cực Nam địa từ cũng không trùng cực Nam địa lí |
| 6 | Khi dùng la bàn, đặt la bàn gần vật bằng sắt thép hoặc gần nam châm | Phải đặt la bàn cách xa mọi nam châm và vật liệu từ, nếu không kim la bàn sẽ bị ảnh hưởng và chỉ sai hướng |
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