giải bài tập vật lý 1 cơ bản chương 07

Điều đó chứng tỏ bản thân từ trường không sinh ra dòng điện nhưng số đường sức từ qua ống dây hay vòng dây biến đổi theo thời gian thì trong vòng dây xuất hiện dòng điện.. Suất điện động

Chương 7: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Bài 40: HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

A TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1 Hiện tượng cảm ứng điện từ

Qua thí nghiệm về sự dịch chuyển tương đối của ống dây và nam châm ta thấy số đường sức từ xuyên qua ống dây biến đổi

Điều đó chứng tỏ bản thân từ trường không sinh ra dòng điện nhưng số đường sức từ qua ống dây hay vòng dây biến đổi theo thời gian thì trong vòng dây xuất hiện dòng điện

Dòng điện xuất hiện trong ống dây hay vòng dây gọi là dòng điện cảm ứng Suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng gọi là suất điện động cảm ứng

Khi ống dây ra xa nam châm số đường sức qua

ống dây giảm đi

Khi nam châm lại gần ống dây số đường sức từ

qua ống dây tăng lên

2 Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động

Ta bố trí thí nghiệm như hình vẽ Người ta thấy rằng chỉ khi đoạn dây MN chuyển động thì dòng điện cảm ứng mới xuất hiện Hay ta có thể nói là đoạn dây MN chuyển động đóng vai trò nguồn điện, còn hai thanh ray đóng vai trò dây nối tạo thành mạch kín

Người ta cũng chứng minh được khi vecto từ trường B qua khung dây và vecto v vận tốc của đoạn dây MN hợp với nhau một góc  thì suất điện động trong đoạn dây đó được tính theo công thức:

sin

Blv

Trong đó: : suất điện động trong đoạn dây MN

B: từ trường xuyên qua khung

v: vận tốc di chuyển của đoạn dây MN

: góc hợp bởi B và v 

B BÀI TẬP

B.1 Câu hỏi

1 Vòng dây và thanh nam châm trên hình vẽ chuyển động cùng chiều với cùng vận tốc v

Hỏi trong vòng dây có dòng điện cảm ứng không? Giải thích

Hướng dẫn

Không có dòng điện cảm ứng trong vòng dây vì thanh nam châm đứng yên so với vòng dây

2 Viết công thức tính độ lớn suất điện động cảm ứng trong một thanh dẫn điện chuyển động trong từ

trường

Hướng dẫn

Suất điện động cảm ứng trong một thanh dẫn điện chuyển động trong từ trường:  Blvsin 

Trong đó: : suất điện động trong đoạn dây MN

B: từ trường xuyên qua khung

v: vận tốc di chuyển của đoạn dây MN

: góc hợp bởi B và v 

B.2 Bài tập

1 Một thanh dẫn điện dài 20 cm chuyển động tịnh tiến trong từ trường đều, cảm ứng từ B = 5.10-4 T Vecto vận tốc của thanh vuông góc với vecto cảm ứng từ và có độ lớn bằng 5 m/s Tính suất điện động cảm ứng trong thanh (Thanh dẫn điện vuông góc với đường sức từ và vecto vận tốc của thanh)

Hướng dẫn

Suất điện động cảm ứng trong thanh:

5.10 0, 2.5 5.10 ( )

2 Một thanh dẫn điện dài 20 cm, được nối hai đầu vào một đoạn mạch điện có điện trở 0,5  Cho thanh chuyển động trong từ trường đều cảm ứng từ B = 0,08 T với vận tốc 7 m/s Hỏi số chỉ của ampe

kế đặt trong mạch điện đó ? Cho biết vecto vận tốc của thanh vuông góc với các đường sức từ (Thanh dẫn điện vuông góc với đường sức từ và vecto vận tốc của thanh)

Hướng dẫn

Suất điện động của thanh:  Blv0,08.0, 2.7 0,112( ) V

Cường độ dòng điện trong mạch: 0,112 0, 224( )

0,5

R



Vậy số chỉ ampe kế trong mạch là 0,224 A

GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ 11 CƠ BẢN – CHƯƠNG 7

Bài 41: ĐỊNH LUẬT FARADAY VỀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

A TĨM TẮT LÝ THUYẾT

1 Khái niệm từ thơng

a) Định nghĩa

Xét một mặt phẳng diện tích S được đặt trong từ trường đều B Gọi  là gĩc hợp bởi B và n, với n

là vecto pháp tuyến của S Khi đĩ:

cos

  Trong đĩ:  là từ thơng qua diện tích S (hay cảm ứng từ thơng qua diện tích S)

Nếu gĩc  :

+  : gĩc nhọn thì  > 0

+  : gĩc tù thì  < 0

+

2



  thì  = 0

b) Ý nghĩa

Từ thơng qua diện tích S bằng số đường sức qua S nếu S được đặt vuơng gĩc với đường sức

c) Đơn vị từ thơng

Trong hệ SI đơn vị của từ thơng là vebe, ký hiệu Wb Theo cơng thức tính từ thơng ở trên, ta cĩ:

Nếu cos 1,B1T thì 1 Wb Vậy Wb:1 1 1T m2

2 Định luật Faraday

Định luật Faraday: Suất điện động cảm ứng trong mạch bằng trừ tốc độ biến thiên của từ thơng qua mạch

t

  



3 Chiều dịng điện cảm ứng – Quy tắc Lenz

Quy tắc Lenz: Dịng điện cảm ứng cĩ chiều sao cho từ trường do nĩ sinh ra cĩ tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nĩ

B BÀI TẬP

B.1 Câu hỏi

1 Viết biểu thức định nghĩa từ thơng Nêu ý nghĩa của từ thơng.

Hướng dẫn

Xét một mặt phẳng diện tích S đặt trong từ trường đều B, vecto cảm ứng từ hợp với vecto pháp tuyến đơn vị của S một gĩc  Biết thức:  BScos được gọi là từ thơng qua diện tích S Ta cĩ thể chọn chiều của vecto pháp tuyến sao cho từ thơng là đại lượng dương

Ý nghĩa của từ thơng: Từ thơng qua diện tích S bằng số đường sức qua S nếu S được đặt vuơng gĩc với đường sức

2 Viết cơng thức xác định suất điện động cảm ứng trong mạch Trong cơng thức đĩ  là gì ?

Hướng dẫn

Suất điện động cảm ứng trong mạch:

t

  



Trong đó  là độ biến thiên của từ thông trong khoảng thời gian t.

3 Con chạy trong thí nghiệm hình vẽ được di chuyển về bên trái Hãy chỉ ra chiều dòng điện trong

vòng dây

Hướng dẫn

4 Giả sử thanh nam châm trong thí nghiệm ở hình vẽ được đưa ra xa vòng dây Hỏi chiều dòng điện

trong vòng dây ?

Hướng dẫn

Chiều của dòng điện cảm ứng trong vòng dây khi thanh nam châm di chuyển ra xa vòng dây:

B.2 Bài tập

1 Một hình chữ nhật kích thước 3 cm x 4 cm được đặt trong từ trường đều cảm ứng từ B = 5.10-4 T Vecto cảm ứng từ hợp với mặt phẳng một góc 300 Tính từ thông qua hình chữ nhật đó

Hướng dẫn

 300  cos  3

2

Từ thông qua hình chữ nhật:

cos 5.10 12.10 5,196.10 ( )

2

2 Một khung dây phẳng, diện tích 20 cm2, gồm 10 vòng được đặt trong từ trường đều Vecto cảm ứng

từ vuông góc với mặt phẳng khung dây và có độ lớn bằng 2.10-4 T Người ta cho từ trường giảm đều đến 0 trong khoảng thời gian 0,01 s Tính suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây

Hướng dẫn

Từ thông qua khung dây:  NBScos .

Vì cuối cùng từ thông giảm đến 0 nên:   NBScos

Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong khung:

4

10.2.10 20.10

4.10 ( ) 0, 4 ( )

t









GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ 11 CƠ BẢN – CHƯƠNG 7

3 Một khung dây phẳng, diện tích 25 cm2, gồm 10 vòng dây Khung dây được đặt trong từ trường đều, vecto cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng khung dây Cảm ứng từ biến thiên theo thời gian như đường biểu diễn trên hình bên Tính suất điện động cảm ứng trong khung dây

Hướng dẫn

Theo đồ thị, ta có:

+ Từ thông qua khung dây lúc t = 0 là  NBS

+ Khi t = 0,4 s thì B = 0 nên từ thông bằng không

Do đó :   NBS

Suất điện động cảm ứng trong khung dây :

4

10.2, 4.10 25.10

1,5.10 ( )

0, 4

NBS

V







4 Một mạch kín hình vuông có cạnh dài 10 cm đặt vuông góc với một từ trường đều có độ lớn thay đổi

theo thời gian Tính tốc độ biến thiên của từ trường, biết cường độ dòng điện cảm ứng i = 2 A và điện trở của mạch bằng 5 

Hướng dẫn

Suất điện động cảm ứng : ec = Ri = 5.2 = 10 V

c c c

e e

Thay số : 2

10

1000 / 0,1

B

T s t



5 Một khung dây dẫn hình vuông cạnh a = 10 cm, đặt cố định trong một từ trường đều có vecto cảm

ứng từ B vuông góc với mặt phẳng khung Trong khoảng thời gian  t 0,05s, cho độ lớn của B tăng đều từ 0 đến 0,5 T Xác định độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung

Hướng dẫn

Suất điện động cảm ứng :

2

0,5.0,1

0,1 0,05

c

B S

 

6 Một mạch kín tròn (C) bán kính R, đặt trong từ trường đều, trong đó vecto cảm ứng từ B lúc đầu có hướng song song với mặt phẳng chứa (C) Cho (C) quay đều quanh trục  cố định đi qua tâm của (C)

và nằm trong mặt phẳng chứa (C) ; tốc độ quay là  không đổi Xác định suất điện động cảm ứng cực đại xuất hiện trong (C)

Hướng dẫn

Khi mạch kín quay đều với tốc độ quay là  thì từ thông xuyên qua mạch biến thiên theo quy luật

sin

BS t

Suất điện động e c BS cos t



Suất điện động cực đại ứng với trường hợp max2

max

( )

c c

Hay e B R



GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ 11 CƠ BẢN – CHƯƠNG 7

Bài 42: DÒNG ĐIỆN FOUCAULT

A TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1 Dòng điện Foucault

Khi cho một tấm kim loại (đồng hoặc nhôm) dao động trong từ trường của nam châm Ta thấy tấm kim loại chỉ dao động trong thời gian ngắn rồi dừng lại, ngoài ra tấm kim loại còn nóng lên một chút

Giải thích :

Khi tấm kim loại dao động, nó cắt các đường sức từ của nam châm Do đó trong tấm kim loại sinh ra dòng điện cảm ứng, dòng điện này gọi là dòng điện Foucault, nó có tác dụng ngăn cản sự dao động của tấm kim loại (theo quy tắc Lenz)

Nếu tấm kim loại được xẻ rảnh thì tấm kim loại dao động lâu hơn

Đặc tính chung của các dòng điện Foucault là tính chất xoáy, tức là các đường dòng của dòng điện Foucault là các đường cong khép kín trong khối vật dẫn

Định nghĩa dòng điện Foucault : Dòng điện Foucault là dòng điện cảm ứng sinh ra trong vật dẫn dạng khối

Dòng điện Foucault có hai tác dụng chính: tác dụng nhiệt và tác dụng hãm chuyển động

2 Lợi và hại của dòng điện Foucault

a) Ích lợi của dòng Foucault

Tác dụng hãm chuyển động của dòng điện Foucault được dùng để hãm dao động của kim trong các cân nhạy; phanh điện từ; công tơ điện

Tác dụng nhiệt của dòng điện Foucault được dùng để nấu chảy kim loại trong luyện kim

b) Tác hại của dòng điện Foucault

Trong các dụng cụ điện dùng dòng điện xoay chiều chạy trong các cuộn dây có lõi sắt thì dòng điện Foucault được sinh ra là có hại Dòng Foucault làm nóng máy và giảm công suất động cơ

Để giảm tác hại của dòng Foucault người ta dùng những lõi thép được ghép bởi những lá thép kỹ thuật điện có phủ sơn cách điện ghép sát với nhau

B BÀI TẬP

1 Dòng điện Foucault là gì?

Hướng dẫn

Dòng điện Foucault là dòng điện cảm ứng sinh ra trong vật dẫn dạng khối

2 Kể thêm vài ứng dụng của dòng điện Foucault.

Hướng dẫn

Vỏ của la bàn làm bằng kim loại mà không làm bằng nhựa vì khi kim la bàn dao động thì ở vỏ la bàn sinh ra dòng điện Foucault có tác dụng làm hãm dao động của kim

Tác dụng nhiệt của dòng điện Foucault được ứng dụng để nấu chảy kim loại trong luyện kim Kim loại trong lò được đặt bên trong ống dây điện Cho dòng điện xoay chiều vào ống dây thì trong khối kim loại xuất hiện dòng điện Foucault làm nóng khối kim loại

Bếp điện từ: cho dòng điện xoay chiều chạy qua ống dây của bếp, khi đó có dòng điện Foucault xuất hiện trong xoong, nồi bằng kim loại và làm nóng xoong, nồi bằng kim loại và làm nóng xoong, nồi

3 Kể thêm một vài trường hợp dòng điện Foucault là có hại Trong những trường hợp đó người ta khắc

phục như thế nào ?

Hướng dẫn

Dòng điện Foucault trong quạt máy, trong động cơ điện, trong cối xay sinh tố, trong máy bơm nước, … đều làm nóng máy và có hại

Trong những trường hợp đó người ta không dùng những lõi thép có dạng liền khối mà dùng những lõi thép được bởi những là thép kỹ thuật điện có phủ sơn cách điện, các lá thép này phải được ghép sát và chắc chắn với nhau

Bài 43: HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM

A TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1 Hiện tượng tự cảm

Cho hai mạch điện như hình vẽ:

+ Ở mạch (1) khi ta đóng mạch chỉ đèn Đ1 sáng lên ngay còn đèn Đ2 sáng lên từ từ mặc dù điện trở thuần của hai nhánh giống nhau Hiện tượng này gọi là hiện tượng tự cảm khi đóng mạch

+ Ở mạch (2) khi ta ngắt mạch thì ta thấy bóng đèn không tắt ngay mà lóe sáng lên rồi mới tắt Hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch

Định nghĩa: Hiện tượng cảm ứng điện từ trong một mạch điện do chính sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó gây ra gọi là hiện tượng tự cảm

2 Suất điện động tự cảm

a) Hệ số tự cảm L: L

I





I ampe A

weber Wb

L henry H













b) Suất điện động tự cảm : L I

t

  



3 Năng lượng từ trường ở cuộn cảm: 1 2

W

2Li



B BÀI TẬP

B.1 Câu hỏi

1 Hiện tượng tự cảm là gì ?

Hướng dẫn

Hiện tượng cảm ứng điện từ trong một mạch điện do chính sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó gây ra gọi là hiện tượng tự cảm

2 Phát biểu định nghĩa hệ số tự cảm (độ tự cảm)

Hướng dẫn

Thí nghiệm chứng tỏ rằng từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch điện tỉ lệ với cường độ dòng điện trong mạch điện đó,  LI, L gọi là hệ số tự cảm của mạch điện

B.2 Bài tập

1 Dòng điện qua một ống dây giảm đều theo thời gian từ I1 = 1,2 A đến I2 = 0,4 A trong thời gian 0,2

s Ống dây có hệ số tự cảm L = 0,004 H Tính suất điện động cảm ứng trong ống dây

Hướng dẫn

Suất điện động cảm ứng trong ống dây:

0,8 0,004 0,016 ( )

0, 2

GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ 11 CƠ BẢN – CHƯƠNG 7

2 Một ống dây có hệ số tự cảm 0,0025 H được mắc vào một mạch điện Sau khi đóng công tắc, dòng

điện trong ống biến đổi theo thời gian theo đồ thị ở hình bên Lúc đóng công tắc ứng với thời điểm t =

0 Tính suất điện động tự cảm trong ống:

a) Từ sau khi đóng công tắc đến thời điểm t = 0,05 s

b) Từ thời điểm t = 0,05 s về sau

Hướng dẫn

a) Ta có:   I I 5 ,A t 0,05s

Suất điện động tự cảm trong ống :

5 0,0025 0, 25 ( )

0,05

b) Từ thời điểm t = 0,05 s về sau ta có  I 0neân 0.

3 Tính độ tự cảm của ống dây hình trụ có chiều dài 0,5 m gồm 1000 vòng dây, mỗi vòng dây có

đường kính 20 cm

Hướng dẫn

7

2 7 2

7

4 10

4 10

S 4 10

N

N

l N

l



















 Thay số :

2

4.3,14.10 3,14.0,1 0,079





4 Suất điện động tự cảm 0,75 V xuất hiện trong một cuộn cảm L = 25 mH ; tại đó cường độ dòng điện

giảm từ giá trị ia xuống 0 trong 0,01 s Tính ia

Hướng dẫn

tc a

e t i

i





Thay số : 0,75.0,013 0,3

25.10

a

i    A

5 Trong mạch điện hình vẽ, cuộn cảm L có điện trở bằng không Dòng điện qua L bằng 1,2 A ; độ tự

cảm L = 0,2 H Chuyển K sang vị trí b, tính nhiệt lượng tỏa ra trong R

Hướng dẫn

Năng lượng ban đầu của cuộn cảm (Khi K mở a): 1 2

W

2Li

Khi chuyển K sang b, năng lượng này chuyển hóa hoàn toàn thành nhiệt năng tỏa ra trên điện trở R

W 0, 2.1, 2 0,144

BÀI TẬP BỔ SUNG

1 Một cuộn dây phẳng có 100 vòng, bán kính cuộn dây là 0,10 m Cuộn dây được trong từ trường đều

và mặt phẳng cuộn dây vuông góc với các đường cảm ứng từ Lúc đầu cảm ứng từ của từ trường có giá trị 0,2 T Tìm suất điện động cảm ứng trong cuộn dây nếu trong khoảng thời gian 0,1 s :

a) Cảm ứng từ của từ trường tăng đều đặn gấp đôi (ĐS: 6,3 V)

b) Cảm ứng từ của từ trường giảm đều đặn đến không (ĐS: 6,3 V)

2 Một vòng tròn dây dẫn tâm O, bán kính l được đặt trong từ trường đều, đường cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng vòng dây và hướng từ dưới lên Thanh OA dẫn điện có thể quay chung quanh O và

A luôn luôn tiếp xúc với đường với đường tròn dây dẫn Lúc đầu khóa K mở và thanh OA đứng yên Nếu đóng khóa K thì thanh OA đứng yên Nếu đóng khóa K thì thanh OA bắt đầu quay (giả sử không

có ma sát ở trục quay và ở điểm tiếp xúc giữa thanh với vòng tròn) Vận tốc góc của thanh OA tăng dần đến một giá trị  nào đó thì không đổi

a) Giải thích tại sao khi đóng K thì thanh OA quay và quay theo chiều nào ?

b) Tìm suất điện động cảm ứng  trong thanh OA khi vận tốc góc của nó đạt tới giá trị giới hạn  c) Giải thích tại sao vận tốc góc của thanh OA không tăng vô hạn mà chỉ đạt đến giá trị giới hạn , tìm biểu thức tính  qua E, B, l (E: suất điện động của nguồn điện)

HD:

a) Khi đóng K, trong mạch sẽ suất hiện dòng điện do đó có lực từ tác dụng lên thanh OA làm thanh quay Dòng điện trong thanh có chiều OA, còn vecto B hướng từ dưới lên, nên áp dụng quy tắc bàn tay trái ta thấy thanh quay theo chiều quay của kim đồng hồ

b) Để tìm suất điện động cảm ứng trong thanh ta áp dụng công thức

t

 

 Giả sử trong khoảng thời gian t thanh OA quét được một góc  Gọi Slà diện tích hình quạt OAA’ ứng với góc  Biết rằng diện tích 2

l

 ứng với góc 2 rad, vì vậy ta có thể viết

2

2

S l





Suy ra:

2

2

l

  

Để đơn giản ta vẽ n cùng chiều với vecto B Khi đó từ thông mà thanh OA quét được trong khoảng thời gian t là :

2

2

Bl

    

Ta biết

t









2

Bl 

  c) Khi thanh quay thì trong thanh xuất hiện suất điện động cảm ứng (Áp dụng quy tắc bàn tay phải ta thấy dòng điện cảm ứng trong thanh ngược chiều dòng điện do nguồn E gây ra) Vận tốc góc của thanh càng lớn thì suất điện động cảm ứng cũng càng lớn Suất điện động cảm ứng tăng đến giá trị bằng giá trị suất điện động E của nguồn ngoài thì dừng lại Khi đó vận tốc góc của thanh đạt đến giá trị giới hạn



Từ cách giải thích trên ta rút ra: 2

2

Bl

E



