Rèn luyện kỹ năng giải các bài tập điển hình về hiện tượng cảm ứng điện từ cho học sinh

PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ I.1 Lý lựa chọn đề tài: Trong trình dạy học môn Vật lý, tập vật lý có tầm quan trọng đặc biệt Hiện để thực tốt chương trình giáo khoa dạy học theo phương pháp đổi có hiệu việc hướng dẫn học sinh biết phân loại, nắm vững phương pháp làm tốt tập góp phần không nhỏ vào việc thực thành công mục tiêu giảng dạy kiểm tra xác mức độ hiểu kiến thức học sinh Từ học phần thiếu Vật lý Trong chương trình THPT, từ học giảng dạy Vật lý lớp 11 Tuy nhiên, mảng kiến thức chưa có quan tâm thỏa đáng với tầm quan trọng từ phía học sinh từ phía giáo viên dạy Vật lý nhiều lý Thứ nhất, từ học phần kiến thức khó mang tính trừu tượng cao với nhiều quy tắc suy luận gây cảm giác mơ hồ cho người học, điều dễ nhận thấy giảng dạy chương “Cảm ứng điện từ” Thứ hai, lượng kiến thức từ học không sử dụng nhiều kỳ thi tuyển sinh vào trường Đại học Cao đẳng, điều khiến người dạy người học hứng thú với việc tìm tòi tiếp thu kiến thức Để phần giúp học sinh cảm thấy dễ dàng tiếp nhận kiến thức từ học, đặc biệt tượng cảm ứng điện từ, chọn nghiên cứu đề tài: “Rèn luyện kỹ giải Các tập điển hình tượng cảm ứng điện từ cho học sinh ’’ Với đề tài hi vọng làm cho học sinh thấy logic, rõ ràng thú vị tượng cảm ứng điện từ qua hệ thống tập I.2 Nhiệm vụ đề tài: - Giúp học sinh có nhìn khái quát tượng cảm ứng điện từ Từ hiểu rõ chất tượng trường hợp cụ thể qua tình mà tập đưa định hướng cách giải nhanh chóng - Củng cố, bồi đắp hứng thú học tập, nâng cao khả tự học tự nghiên cứu học sinh I.3 Phương pháp nghiên cứu: Khi xác định vấn đề nhiệm vụ nghiên cứu sử dụng phương pháp sau: - Phương pháp điều tra giáo dục - Phương pháp quan sát sư phạm - Phương pháp thống kê, tổng hợp, so sánh - Phương pháp mô tả, mô thí nghiệm ảo - Các phương pháp thực nghiệm giảng dạy vật lý I.4 Cách thức nghiên cứu: - Xử lý tài liệu giáo khoa tài liệu tham khảo Sưu tập thí nghiệm tượng cảm ứng điện từ mà tập đề cập đến - Hệ thống hóa tài liệu đưa vào giảng dạy Sau kiểm tra đánh giá mức độ nhận thức học sinh PHẦN II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Hệ thống tập cảm ứng điện từ chia làm bốn dạng tập sau: II.1 BÀI TẬP XÁC ĐỊNH CHIỀU CỦA DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG II.1.1 Tóm tắt lý thuyết: * Từ thông Φ qua diện tích S đặt từ trường B tính công thức: Φ = B.S cos α Trong đó: • B cảm ứng từ từ trường (T); • S tiết diện khung dây (m2); • α = ( B; n ) góc hợp đường sức từ pháp tuyến mặt phẳng khung dây; • Φ từ thông (Wb) * Hiện tượng cảm ứng điện từ: - Điều kiện: Khi có biến thiên từ thông qua diện tích giới hạn mạch điện kín mạch xuất dòng điện cảm ứng - Định luật Len-xơ: Dòng điện cảm ứng có chiều cho từ trường sinh chống lại biến thiên từ thông sinh II.1.2 Phương pháp giải tập: * Áp dụng định luật Len-xơ chiều dòng điện cảm ứng: Gọi: B cảm ứng từ từ trường ban đầu; Bc cảm ứng từ từ trường dòng điện cảm ứng sinh - Nếu Φ tăng cảm ứng từ Bc ngược chiều với chiều cảm ứng từ B - Nếu Φ giảm cảm ứng từ Bc chiều với chiều cảm ứng từ B * Các bước xác dịnh chiều dòng điện cảm ứng: - Xác định chiều từ trường ban đầu B - Xét từ thông Φ (số đường sức từ) qua tiết diện khung dây tăng hay giảm - Dựa vào định luật Len-xơ để xác định chiều Bc - Áp dụng quy tắc đinh ốc để xác định chiều dòng điện cảm ứng Ví dụ: Cho hệ thống hình vẽ: Nam châm chuyển động lên phía theo phương thẳng đứng, xác định chiều dòng điện cảm ứng vòng dây Dưới tác dụng lực từ, vòng dây chuyển động theo chiều nào? Giải: - Từ trường nam châm sinh qua vòng dây tạo từ thông qua vòng dây - Khi nam châm xa vòng dây, số đường sức qua tiết diện vòng dây giảm Do đó, từ thông qua vòng dây có độ lớn giảm dần vòng dây xuất dòng điện cảm ứng Ic - Áp dụng định luật Len-xơ ta thấy: I c sinh từ trường có cảm ứng từ Bc chiều với B - Theo quy tắc đinh ốc, ta suy đòng điện Ic có chiều hình vẽ - Dòng điện cảm ứng Ic khiến vòng dây có tác dụng nam châm mà mặt mặt Nam, mặt mặt Bắc Do đó, vòng dây bị nam châm hút Vậy MP vòng dây chuyển động lên phía II.1.3 Bài tập củng cố: C A R G Bài Một thí nghiệm bố trí hình vẽ Hãy xác định chiều dòng điện cảm ứng mạch C chạy biến trở N Q Bài xuống Bài Một nam châm đưa lại gần vòng dây hình vẽ Hỏi dòng điện cảm ứng vòng dây có chiều vòng dây chuyển động phía nào? S N Bài Một vòng dây kim loại treo sợi dây mảnh song song với mặt cắt cuộn dây Cuộn dây mắc vào mạch điện hình vẽ Khi khóa K đóng vòng kim loại xuất dòng điện cảm ứng có chiều vòng kim loại K chuyển động sao? II.2.BÀI TẬP XÁC ĐỊNH SUẤT ĐIỆN ĐỘNG VÀ CƯỜNG ĐỘ CỦA DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG II.2.1 Tóm tắt lý thuyết: * Định luật Faraday cảm ứng điện từ: Độ lớn suất điện động cảm ứng mạch điện tỷ lệ thuận với tốc độ biến thiên từ thông qua mạch * Biểu thức: ec = ∆Φ ∆t Trong đó: • ΔΦ độ biến thiên từ thông thời gian Δt; • ec: suất điện động cảm ứng khung dây II.2.2 Phương pháp giải tập: - Áp dụng công thức tính từ thông: Φ = NB.S cos α Từ tính ΔΦ - Áp dụng định luật Faraday để tính suất điện động cảm ứng - Kết hợp với công thức định luật Ohm cho toàn mạch để tìm cường độ dòng điện cảm ứng Ví dụ 1: Một cuộn dây phẳng có 100 vòng, bán kính vòng dây 0,1m Cuộn dây đặt từ trường đều, mặt phẳng cuộn dây vuông góc với đường cảm ứng từ Lúc đầu cảm ứng từ từ trường có giá trị 0,2T Cuộn dây có điện trở r = 2,1Ω Tìm suất điện động cảm ứng trung bình cuộn dây dòng điện chạy cuộn dây khoảng thời gian 0,1s: a) cảm ứng từ từ trường tăng đặn lên gấp đôi b) cảm ứng từ từ trường giảm đặn đến Giải: a) Ta có: Φ1 = BS ; Φ = BS ⇒ ∆Φ = Φ − Φ1 = BS S = πR2 = 3,14.0,12 = 0,0314 (m2) ⇒ ΔΦ = 0,2.0,0314 = 6,28.10-3 (Wb) - Suất điện động cảm ứng: ec = N ∆Φ 6,28.10 −3 = 100 = 6,28 (V) ∆t 0,1 - Dòng điện chạy cuộn dây là: I= ec 6,28 = ≈ (A) r 2,1 b) Ta có: Φ1 = BS ; Φ = ⇒ ∆Φ = Φ − Φ1 = − BS S = πR2 = 3,14.0,12 = 0,0314 (m2) ⇒ ΔΦ = - 0,2.0,0314 = 6,28.10-3 (Wb) - Suất điện động cảm ứng: ec = N ∆Φ 6,28.10 −3 = 100 = 6,28 (V) ∆t 0,1 E1 - Dòng điện chạy cuộn dây là: I= ec 6,28 = ≈ (A) r 2,1 B Ví dụ 2: Một dây dẫn chiều dài l = 2m, điện trở R = 4Ω uốn thành hình vuông Các nguồn E1 = 10V, E2 = 8V, r1 = r2 = 0, mắc vào cạnh hình vuông hình Mạch đặt từ trường B vuông góc với mặt phẳng hình vuông hướng sau hình vẽ, B tăng theo thời gian theo quy luật E2 E1 B B = kt, k = 16T/s Tính cường độ dòng điện chạy mạch E2 Giải: Ví dụ EC Do B tăng nên mạch xuất suất điện động E c; dòng điện cảm ứng Ec sinh phải có chiều cho từ trường sinh ngược chiều với từ trường B Suất điện động cảm ứng Ec biểu diễn hình vẽ: Ec = ∆Φ ∆( BS ) ∆B ∆( k t ) = = S = S = k S ∆t ∆t ∆t ∆t l Ec = k   = 4(V ) 4 Vì mạch: Ec + E2 > E1 nên dòng điện mạch có chiều ngược kim đồng hồ Cường độ dòng điện mạch có giá trị: I= Ec + E2 − E1 = 0,5 (A) R Ví dụ 3: Cuộn dây kim loại (có điện trở suất ρ = 2.10 -8Ωm), N = 1000 vòng, đường kính d = 10cm, tiết diện dây S = 0,2mm có trục song song với B từ trường Tốc độ biến thiên từ trường 0,2T/s Lấy π = 3,2 a) Nối hai dầu cuộn dây với tụ điện có điện dung C = 1μF Tính điện tích tụ điện b) Nối hai đầu cuộn dây với Tính cường độ dòng cảm ứng công suất nhiệt cuộn dây Giải: - Ta có: Φ1 = B1.S; Φ2 = B2.S ⇒ ΔΦ = Φ2 – Φ1 = (B2 – B1).S = ΔB.S - Suất điện động cảm ứng xuất cuộn dây là: ec = N ∆Φ ∆B.S ∆B d ∆B 0,12 = N = N .S = N π = 1000.3,2 .0,2 = 1,6 (V) ∆t ∆t ∆t ∆t a) Nối hai đầu cuộn dây với tụ điện hiệu điện hai tụ suất điện động cảm ứng xuất cuộn dây: U = ec = 1,6 (V) Điện tích tụ là: q = C.U = 10-6.1,6 = 1,6.10-6 (C) = 1,6 (μC) b) Nối hai đầu cuộn dây với nhau, ta mạch điện kín - Điện trở cuộn dây là: R = ρ l N π d 1000.3,2.0,1 = ρ = 2.10−8 = 32 (Ω) S S 0,2.10 − - Cường độ dòng điện cảm ứng xuất cuộn dây là: I= ec 1,6 = = 0,05 (A) R 32 B C1 - Công suất nhiệt cuộn dây là: Q = I2.R = 0,052.32 = 0,08 (W) Ví dụ Ví dụ 4: Vòng dây dẫn diện tích S = 1m đặt từ trường có B vuông góc với mặt phẳng vòng dây Hai tụ điện C = 1μF, C2 = 2μF mắc nối tiếp vòng dây vị trí xuyên tâm đối Cho B thay đổi theo thời gian B = kt, k = 0,6T/s Tính hiệu điện điện tích tụ Giải: Suất điện động cảm ứng xuất nửa vòng dây biểu diễn hình vẽ  S ∆ B  ∆Φ S  S ∆B S ∆( k t ) E1 = E2 = =  = = = k = 0,3 (V) ∆t ∆t ∆t ∆t Gọi hiệu điện hai đầu tụ U1, U2 Ta có: UMQ + UQP = UMN + UNP ⇒ −U1 + E2 = − E1 + U ⇒ U1 + U = E1 + E2 = 0,6(V ) - Theo định luật bảo toàn điện tích, ta lại có: Q1 = Q2 ⇒ C1U1 = C2U2 ⇒ U1 = 2U2 Giải hệ phương trình: U1 + U = 0,6 U1 = 0,4(V ) ⇒  U1 = 2U U = 0,2(V ) M× C1 + E1 B ×N + C2 - ×P Q× E2 C2 Điện tích tụ: Q1 = Q2 = 0,4 (μC) B II.2.3 Bài tập củng cố: Bài 1.Vòng dây tròn bán kính r = 10cm, điện trở R= 0,2Ω đặt nghiêng góc 30º với B , B = 0,02T hình Xác Bài định suất điện động cảm ứng, độ lớn chiều dòng điện cảm ứng vòng thời gian Δt = 0,01s, từ trường: a) Giảm từ B xuống đến không b) Tăng từ không lên B Bài Trong hình vẽ Oc cách điện quay quanh trục qua O × × × × có gắn kim loại mảnh ab Cho biết ac × × × × = cb, ab = Oc = R α = 60º Khi hệ nói quay × × × quanh O với tốc độ góc ω (theo chiều kim đồng hồ) người × × ta đặt vào hệ từ trường đều, vecto cảm ứng từ B có × × vuông góc với mặt phẳng hình vẽ Tại đầu c a hướng vuông góc với mặt phẳng hình vẽ hướng phía c α × × O × × × × × × × × × × × × × b Bài sau Hãy tìm biểu thức hiệu điện U hai đầu a b Bài Cuộn dây có N = 100 vòng, diện tích vòng S = 300cm có trục song song với B từ trường đều, B = 0,2T Quay cuộn dây để sau Δt = 0,5s, trục vuông góc với B Tính suất điện động cảm ứng trung bình cuộn dây Bài Vòng dây đồng (ρ = 1,75.10-8Ωm) đường kính d = 20cm, tiết diện S0 = 5mm2 đặt vuông góc với B từ trường Tính độ biến thiên ΔB/Δt cảm ứng từ dòng điện cảm ứng vòng dây I = 2A Bài Cuộn dây N = 1000 vòng, diện tích vòng S = 20cm có trục song song với B từ trường Tính độ biến thiên ΔB cảm ứng từ thời gian Δt = 10-2s có suất điện động cảm ứng Ec = 10V cuộn dây Bài Vòng dây dẫn diện tích S = 100cm2, điện trở R = 0,01Ω quay từ trường B = 0,05T, trục quay đường kính vòng dây vuông góc với B Tìm cường độ trung bình vòng điện lượng qua tiết diện vòng dây ( ) thời gian Δt = 0,5s, góc α = n; B thay đổi từ 60º đến 90º II.3 BÀI TẬP VỀ MẠCH ĐIỆN CÓ SUẤT ĐIỆN ĐỘNG TẠO BỞI ĐOẠN DÂY DẪN CHUYỂN ĐỘNG TRONG TỪ TRƯỜNG II.3.1 Tóm tắt lý thuyết: * Suất điện động cảm ứng xuất đoạn dây chuyển động từ trường đều: Ec = Bl.v.sinα Trong đó: • B cảm ứng từ từ trường (T); • l chiều dài đoạn dây (m); • v tốc độ chuyển động đoạn dây (m/s); • α = ( B; v ) * Quy tắc bàn tay phải: Đặt bàn tay phải hứng đường sức từ, ngón choãi 90o hướng theo chiều chuyển động đoạn dây, đoạn dây dẫn đóng vai trò nguồn điện, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chiều từ cực âm sang cực dương nguồn điện II.3.2 Phương pháp giải tập: - Áp dụng công thức suất điện động tạo đoạn dây chuyển động từ trường - Kết hợp với công thức định luật dòng điện không đổi để tính đại lượng điện - Kết hợp với định luật Newton để tính đại lượng học 10 Ví dụ 1: Dây dẫn chiều dài l = 20cm chuyển động với vận tốc v = 18km/h theo phương vuông góc với đường sức từ từ trường có cảm ứng từ B = 0,5T Tính từ thông qua diện tích mà dây quét thời gian Δt = 1s suất điện động xuất hai đầu dây Giải: - Từ thông qua diện tích mà đoạn dây quét thời gian Δt là: ΔΦ = B.ΔS = B.l.v.Δt = 0,5.0,2.5.1 = 0,5 (Wb) - Suất điện động cảm ứng xuất hai đầu đoạn dây là: Ec = ∆Φ 0,5 = = 0,5 (V) ∆t Ví dụ 2: Một đoạn dây dẫn thẳng AB, chiều dài l = 20cm treo nằm ngang hai dây dẫn mảnh nhẹ thẳng đứng, chiều dài L = 40cm Hệ thống đặt từ trường thẳng đứng, B = 0,1T Kéo lệch AB để dây treo hợp với phương thẳng đứng góc α0 = 60o buông tay Tìm biểu thức suất điện động cảm ứng xuất AB dây treo lệch góc α so với phương thẳng đứng Bỏ qua lực cản không khí Từ suy suất điện động cảm ứng cực đại Giải: - Chọn gốc vị trí đoạn dây AB dây treo có phương thẳng đứng I L α A - Theo định luật bảo toàn năng, ta có: M β W = W0 B mgh + mv = mgh0 mgL(1 − cos α ) + mv = mgL(1 − cos α ) ⇒ v = gL( cos α − cos α ) 11 v O - Suất điện động cảm ứng xuất đoạn dây AB dây treo lệch góc α so với phương thẳng đứng: ( ) Ec = B.l.v.sin β = B.l.v sin 90o − α = Bl.v cos α Ec = B.l.v gL( cos α − cos α ) cos α - Suất điện động cảm ứng Ec đạt giá trị cực đại cosα = 1, tức α = (vị trí dây treo có phương thẳng đứng) Khi đó: ( Ec ) max = B.l.v gL(1 − cos α ) = 0,04 (V) Ví dụ 3: Cho mạch điện hình, nguồn E = 1,5 V, B r = 0,1 Ω, MN = l = m, RMN = 2,9 Ω, B vuông góc khung dây, hướng từ xuống, B = 0,1 T Điện trở ampe kế hai ray không đáng kể Thanh MN N E, r trượt hai đường ray A M a) Tìm số me kế lực điện từ đặt lên MN MN giữ đứng yên Ví dụ b) Tìm số ampe kế lực điện từ đặt lên MN MN chuyển động sang phải với v = m/s c) Muốn ampe kế 0, MN phải chuyển động hướng với vận tốc bao nhiêu? Giải: B a) Khi MN giữ đứng yên: N - Số ampe kế cường độ dòng điện qua đoạn E, r dây MN: A E 1,5 I= = = 0,5 (A) R + r 2,9 + 0,1 - Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn MN: F = I l.B.sin 90o = 0,05 (N) 12 I F M Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn MN có chiều hình B N vẽ b) Khi MN chuyển động sang phải với v = 3m/s: E, r F - Suất điện động cảm ứng đoạn dây MN là: I Ec A v M Ec = B.l.v.sin 90o = 0,3 (V) - Cường độ dòng điện qua đoạn dây MN: I= E + Ec 1,5 + 0,3 = = 0,6 (A) R+r 2,9 + 0,1 - Lực từ tác dụng lên đoạn dây MN: F = I l.B.sin 90o = 0,06 (N) Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn MN có chiều hình vẽ c) Để ampe kế số 0, MN phải xuất B suất điện động cảm ứng E c xung E, có độ lớn Ec = E N E, r v - Trên hình vẽ, theo quy tắc bàn tay phải, ta xác định I Ec A M được: MN phải chuyển động sang trái - Ta có: Ec = E ⇒ B.l.v.sin 90o = E Do đó: v = E = 15 (m/s) B.l Ví dụ 4: Cho hệ thống hình, dẫn AB = l khối D R lượng m trượt thẳng đứng hai ray, B nằm ngang Do trọng lực lực điện từ, AB trượt với vận tốc v A C B B a) Tính v, chiều độ lớn dòng điện cảm ứng IC Ví dụ b) Khi ray hợp với mặt ngang góc α, AB trượt với vận tốc bao nhiêu? I C bao nhiêu? Giải: a) Khi hệ thống đặt thẳng đứng hình vẽ: 13 R D + A IC ×B B C C F _ P B - Ban đầu, tác dụng trọng lực P , AB trượt xuống Lúc đó, từ thông qua mạch ABCD tăng, xuất suất điện động cảm ứng E c dòng điện cảm ứng có cường độ Ic Thanh AB có dòng điện Ic qua chịu tác dụng lực từ F từ trường B - Để chống lại biến thiên từ thông qua mạch, lực từ F có chiều hướng lên - Khi AB rơi, vận tốc v tăng dần, E c, Ic F tăng dần Đến lúc đó, F = P, MN bắt đầu rơi - Dùng quy tắc bàn tay phải, ta xác định chiều dòng điện cảm ứng I c AB từ B đến A Ic = Ec B.l.v = R R - Khi AB chuyển động đều: B l v F = P ⇒ I c B.l = mg ⇒ = mg R Do đó: - Tốc độ chuyển động AB là: v = mgR B 2l - Cường độ dòng điện cảm ứng mạch: I c = Bl.v mg = R B.l b) Khi ray đặt nghiêng góc α so với mặt phẳng ngang: - Khi ray hợp với mặt ngang góc α, tượng xảy tương tự trên, khác hướng vận tốc AB - Cường độ dòng điện cảm ứng: E B.l.v'.sin α I 'C = C = R R B v - Khi AB chuyển động đều: F=P I’C.B.l = mg 14 α α IC F ×B P C B l v'.sin α = mg R Do đó: - Tốc độ chuyển động AB là: v' = M mgR B l sin α 2 - Cường độ dòng điện cảm ứng mạch: Ic = N α C Bl.v.sin α mg = R B.l Ví dụ Ví dụ 5: Một kim loại MN nằm ngang có khối lượng m trượt không ma sát dọc theo hai ray song song, ray hợp với phương mặt phẳng ngang góc α Đầu hai ray nối với tụ điện C (hình vẽ) Hệ thống đặt từ trường thẳng đứng hướng lên Khoảng cách hai ray l Bỏ qua điện trở mạch Tính gia tốc chuyển động MN Giải: Xét khoảng thời gian Δt ngắn, MN có vận tốc v (coi không đổi), gia tốc a - Khi MN trượt hai ray cắt đường sức từ, MN xuất suất điện động cảm ứng: ( ) ec = B.l.v sin B; v = B.l.v cos α Khi đó, tụ tích điện: q = C.u = C.ec = B.C.l.v.cosα - Thanh MN chuyển động có gia tốc nên suất điện động cảm ứng MN thay đổi theo thời gian, tức điện tích tụ có thay đổi Như mạch xuất dòng chuyển dời điện tích hai tụ, tức xuất dòng điện Cường độ dòng điện mạch: I= ∆q B.C.l.∆v cos α ∆v = = BC.l cos α = BCl.a cos α ∆t ∆t ∆t 15 B N y + Ft α O α P x C - Theo định luật Len-xơ, dòng điện qua MN phải có chiều chống lại trượt MN hai ray Lực từ từ trường tác dụng lên MN có chiều hình vẽ - Phân tích lực: trọng lực P , lực từ F - Theo định luật II Newton, ta có: P + F = m.a Chiếu vectơ lên trục Ox, ta được: mg.sinα – B.I.l.cosα = m.a mg.sin α − B C.l a cos α = ma mg sin α ⇒a= m + C.B l cos α C II.3.3 Bài tập củng cố: Bài Cho hệ thống hình, dẫn AB = l trượt thẳng A đứng không ma sát hai ray từ trường B nằm B B Bài ngang, C tụ điện Bỏ qua điện trở mạch Tính gia tốc chuyển động AB cho biết biến đổi lượng mạch Bài Đoạn dây dẫn l = 1m chuyển động với vận tốc v = 0,5m/s theo phương hợp với B từ trường góc α = 30o, B = 0,2T Tính suất điện động xuất dây Bài Máy bay có chiều dài l = 50m bay theo phương ngang với vận tốc v = 720km/h Biết thành phần thẳng đứng cảm ứng từ Trái đất B = 5.10-5T a) Tính hiệu điện xuất hai đầu cánh b) Có thể dùng vôn kế máy bay đo hiệu điện để C1 suy vận tốc máy bay không? Vì sao? Bài Thanh kim loại AB kéo trượt hai ray mặt phẳng nằm ngang với vận tốc v = 10m/s Hai C2 × ur B Bài ray cách đoạn l = 0,5m đặt từ trường thẳng đứng, cảm ứng từ 16 r v B Mắc hai tụ điện C1, C2 (với C2 = 1,5C1) nối tiếp vào đầu hai ray Biết hiệu điện hai đầu tụ C2 0,5V Tính B Bài Thanh kim loại AB = l = 20cm B kéo trượt hai ray kim loại nằm ngang hình Các ray nối với B R điện trở R = 1,5Ω Vận tốc AB v = 6m/s A Hệ thống đặt từ trường B thẳng đứng (B = 0,4T) Bỏ qua điện trở ray Bài AB Tìm cường độ dòng điện cảm ứng qua R Bài Cho mạch điện từ trường giống Vận tốc chuyển động AB v = 10m/s, điện trở R = 150Ω, cường độ dòng điện cảm ứng I = 0,2A Bỏ qua ma sát Tìm lực kéo tác dụng lên AB B B Bài Cho hệ thống hình vẽ, kim loại AB = l = 20cm, khối lượng m = 10g, B vuông góc với E, r khung dây dẫn (B = 0,1T) nguồn có suất điện động điện trở E = 1,2V, r = 0,5Ω Do lực điện từ A Bài ma sát, AB trượt với vận tốc v = 10m/s Bỏ qua điện trở ray nơi tiếp xúc a) Tính độ lớn chiều dòng điện mạch, hệ số ma sát AB ray b) Muốn dòng điện AB chạy từ B đến A, cường độ 1,8A phải kéo AB trượt theo chiều nào, vận tốc lực kéo bao nhiêu? Bài Thanh đồng MN khối lượng m = 2g trượt không ma sát với v = 5m/s hai đồng thẳng đứng song song cách khoảng l = 50cm từ trường B nằm ngang hình, M R B = 0,2T Bỏ qua điện trở điện trở tiếp xúc Cho g = 10m/s2 Bài a) Tính suất điện động cảm ứng MN 17 B N b) Tính lực điện từ, chiều độ lớn dòng điện cảm ứng c) Tính R II.4 BÀI TẬP VỀ HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM II.4.1 Tóm tắt lý thuyết: * Độ tự cảm ống dây: L= Φ N2 = 4π 10 − S I l Trong đó: • I cường độ dòng điện chạy ống dây (A) • Φ từ thông qua tiết diện ống dây (Wb) • L hệ số tự cảm (H) * Suất điện động tự cảm: Etc = L ∆Φ ∆t * Năng lượng từ trường ống dây: W= L.I II.4.2 Phương pháp giải tập: - Áp dụng công thức lien quan đến tượng tự cảm: Độ tự cảm, suất điện động tự cảm, lượng từ trường - Kết hợp với công thức định luật dòng điện không đổi để thực tính toán Ví dụ 1: Chứng minh độ tự cảm ống dây đặt không khí, N 2S −7 N S = 4π 10 lõi là: L = µ , N số vòng dây, S diện tích tiết l l diện ống dây, l chiều dài ống dây Áp dụng số: Tính L với l = 10π(cm); N = 1000 vòng; S = 20cm2 18 Giải: - Khi có dòng điện cường độ I qua ống dây, cảm ứng từ xuất ống dây N l có độ lớn là: B = µ0 nI = µ0 I - Từ thông qua ống dây là: Φ = NBS = µ0 N 2S I l - Khi cường độ dòng điện qua ống dây biến thiên, ống dây xuất suất điện động tự cảm có độ lớn: Etc = - Ta lại có: Etc = L ∆Φ N S ∆I = µ0 ∆t l ∆t ∆I ∆t (2) Từ (1) (2) ta được: L = µ Áp dụng: L = 4π 10− (1) N 2S N 2S = 4π 10 −7 l l N 2S 10002 = 4π 10− 2.10− = 8.10− (H) l 0,1π Ví dụ 2: Tính lượng từ trường xôlênôit có độ tự cảm L = 0,008H dòng điện cường độ I = 2A qua Giải: Năng lượng từ trường: W= LI = 0,008.22 = 0,016 (J) 2 II.4.3 Bài tập củng cố: Bài Tính độ tự cảm ống dây biết sau thời gian Δt = 0,01s dòng điện mạch tăng từ 1A đến 2,5A suất điện động tự cảm 30V Bài Ống dây có chiều dài l = 31,4cm, gồm N = 1000 vòng, diện tích vòng dây S = 10cm2, có dòng I = 2A qua a) Tính từ thông qua vòng dây 19 b) Tính suất điện động tự cảm xôlênôit ngắt dòng điện thời gian Δt = 0,1s Từ suy độ tự cảm cuộn dây c) Giải lại toán xôlênôit có lõi, độ từ thẩm lõi μ = 500 Bài Trong mạch điện có độ tự cảm L = 0,6H, có dòng điện cường độ giảm đặn từ I = 0,2A đến khoảng thời gian 0,2 phút Tính suất điện động tự cảm mạch khoảng thời gian có dòng điện mạch Bài Cho ống dây có độ tự cảm L = 0,05H Cường độ dòng điện I ống dây biến thiên đặn theo thời gian theo biểu thức: I = 0,04.(5 – t), trng I tính A, t tính s Tính suất điện động tự cảm xuất ống dây Bài Một ống dây dài 50cm, có 2000 vòng dây Diện tích mặt cắt ống dây 25cm2 Tính độ tự cảm ống dây Giả thiết từ trường ống dây từ trường Bài Cho ống dây dài 60cm, đường kính 3cm, có 2500 vòng dây a) Tính độ tự cảm ống dây b) Cho biết khoảng thời gian 0,01s cường độ dòng điện chạy qua ống dây tăng đặn từ 1,5A đến 3A Tính suất điện động cảm ứng xuất ống dây Bài Cho ống dây dài, có độ tự cảm L = 0,5H, điện trở R = 2Ω Khi cho dòng điện có cường độ I chạy qua ống dây lượng từ trường ống dây W = 100J a) Tính cường độ dòng điện I b) Tính công suất nhiệt PHẦN III KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN III.1 Kết thực đề tài Trong trình dạy học sinh khối 11 phần kiến thức thử nghiệm với hai lớp học sinh đánh giá tương đương nhiều mặt trước 20 dạy ( kiến thức, tư duy, điều kiện học tập, số lượng…) Lớp thứ (11C 12) dạy kiến thức không phân dạng bài, không hệ thống hóa mà đưa tập sau tóm tắt toàn nội dung chương mô tượng tóm tắt Lớp thứ hai (11C 3) dạy theo phương pháp với tập phân loại rõ ràng, tượng mô cụ thể toán Kết nhận thấy sau: - Lớp 11C12: Trong thời gian học nhiều học sinh nói tượng khó hiểu, gặp tập tỏ lung túng tượng xảy nào, làm tập áp dụng trực tiếp công thức - Lớp 11C3: Thực thấy hứng thú giải nhanh tập, suy đoán tượng xảy đọc toán Kết kiểm tra với đối tượng kiến thức hai lớp thể qua bảng sau: Lớp 11C12 ( Sĩ số: 41 học sinh ) G SL % 4.9 K SL % 12.2 SL 15 TB % 36.6 SL 13 TB % 31.7 Yếu % 24.4 SL 10 SL Kém % 21.9 Lớp 11C3 ( Sĩ số: 41 học sinh ) G SL K % 21.9 SL 18 % 43.9 SL Yếu % 2.5 SL Kém % Sau lấy số liệu khảo sát, tiến hành thêm bước hệ thống hóa lại kiến thức theo phương pháp nêu lớp 11C 12, kết cho thấy có thấy có tiến rõ rệt học sinh lớp Với kiểm tra sau, tỷ lệ học sinh khá, giỏi tăng lên rõ rệt thể bảng Lớp 11C12 ( Sĩ số: 41 học sinh – sau hệ thống hóa lại dạng tập theo phương pháp sáng kiến ) G K TB 21 Yếu Kém SL % 17.1 SL 20 % 48.8 SL 11 % 26.8 SL % 7.3 SL % III.2 Kết luận chung Việc phân dạng tập cụ thể tương ứng với vấn đề lý thuyết việc làm quan trọng giúp học sinh nhanh tiến tạo hứng thú say mê học tập môn Vật lý Những vấn đề lý thuyết trìu tượng lại đòi hỏi hệ thống tập rành mạch, thông qua tập học sinh hiểu sâu sắc vấn đề lý thuyết nêu Với hệ thống tập chương Cảm ứng điện từ đem áp dụng vào giảng dạy nhận thấy học sinh tiến rõ rệt, em học sinh yếu không sai Đó mục đích mà đặt Mặc dù cố gắng chắn không tránh khỏi sai sót ý muốn, mong phê bình góp ý anh chị đồng nghiệp để đề tài hoàn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn IV - TÀI LIỆU THAM KHẢO Vật lí 11 Nhà xuất Giáo dục Sách giáo viên vật lí 11 Nhà xuất Giáo dục Sách giáo viên vật lí 11 nâng cao Nhà xuất Giáo dục Giải toán vật lý lớp 11 Tác giả Bùi Quang Hân Cơ sở vật lý Tập 3,4 Tác giả David Halliday Bài tập Vật lý nâng cao Tác giả Vũ Thanh Khiết 22 MỤC LỤC PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ I.1 Lý lựa chọn đề tài…………………………………………………… I.2 Nhiệm vụ đề tài I.3 Phương pháp nghiên cứu I.4 Cách thức nghiên cứu PHẦN II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ II.1 BÀI TẬP XÁC ĐỊNH CHIỀU CỦA DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG II.1.1 Tóm tắt lý thuyết II.1.2 Phương pháp giải tập II.1.3 Bài tập củng cố 23 II.2.BÀI TẬP XÁC ĐỊNH SUẤT ĐIỆN ĐỘNG VÀ CƯỜNG ĐỘ CỦA DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG II.2.1 Tóm tắt lý thuyết .5 II.2.2 Phương pháp giải tập II.2.3 Bài tập củng cố II.3 BÀI TẬP VỀ MẠCH ĐIỆN CÓ SUẤT ĐIỆN ĐỘNG TẠO BỞI ĐOẠN DÂY DẪN CHUYỂN ĐỘNG TRONG TỪ TRƯỜNG II.3.1 Tóm tắt lý thuyết II.3.2 Phương pháp giải tập 10 II.3.3 Bài tập củng cố 15 II.4 BÀI TẬP VỀ HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM II.4.1 Tóm tắt lý thuyết 17 II.4.2 Phương pháp giải tập 17 II.4.3 Bài tập củng cố 18 PHẦN III KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN III.1 Kết thực đề tài 19 III.2 Kết luận chung……………………………………………………… .20 IV - TÀI LIỆU THAM KHẢO 24 [...]... 3 I.4 Cách thức nghiên cứu 3 PHẦN II GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ II.1 BÀI TẬP XÁC ĐỊNH CHIỀU CỦA DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG II.1.1 Tóm tắt lý thuyết 3 II.1.2 Phương pháp giải bài tập 4 II.1.3 Bài tập củng cố 4 23 II.2.BÀI TẬP XÁC ĐỊNH SUẤT ĐIỆN ĐỘNG VÀ CƯỜNG ĐỘ CỦA DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG II.2.1 Tóm tắt lý thuyết .5 II.2.2 Phương pháp giải bài tập 5 II.2.3 Bài tập củng... xúc Cho g = 10m/s2 Bài 8 a) Tính suất điện động cảm ứng trong MN 17 B N b) Tính lực điện từ, chiều và độ lớn dòng điện cảm ứng c) Tính R II.4 BÀI TẬP VỀ HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM II.4.1 Tóm tắt lý thuyết: * Độ tự cảm của một ống dây: L= Φ N2 = 4π 10 − 7 S I l Trong đó: • I là cường độ dòng điện chạy trong ống dây (A) • Φ là từ thông qua tiết diện ống dây (Wb) • L là hệ số tự cảm (H) * Suất điện động tự cảm: ... Bài tập củng cố 8 II.3 BÀI TẬP VỀ MẠCH ĐIỆN CÓ SUẤT ĐIỆN ĐỘNG TẠO BỞI ĐOẠN DÂY DẪN CHUYỂN ĐỘNG TRONG TỪ TRƯỜNG II.3.1 Tóm tắt lý thuyết 9 II.3.2 Phương pháp giải bài tập 10 II.3.3 Bài tập củng cố 15 II.4 BÀI TẬP VỀ HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM II.4.1 Tóm tắt lý thuyết 17 II.4.2 Phương pháp giải bài tập 17 II.4.3 Bài tập củng cố 18 PHẦN III... (H) * Suất điện động tự cảm: Etc = L ∆Φ ∆t * Năng lượng từ trường của ống dây: W= 1 2 L.I 2 II.4.2 Phương pháp giải bài tập: - Áp dụng các công thức lien quan đến hiện tượng tự cảm: Độ tự cảm, suất điện động tự cảm, năng lượng từ trường - Kết hợp với các công thức của các định luật về dòng điện không đổi để thực hiện tính toán Ví dụ 1: Chứng minh rằng độ tự cảm của ống dây đặt trong không khí, không... dạng bài, không hệ thống hóa mà chỉ đưa bài tập sau khi đã tóm tắt toàn bộ nội dung của chương và mô phỏng các hiện tượng ngay trong bài tóm tắt Lớp thứ hai (11C 3) tôi dạy theo phương pháp trên với bài tập được phân loại rõ ràng, hiện tượng mô phỏng cụ thể ở từng bài toán Kết quả nhận thấy như sau: - Lớp 11C12: Trong thời gian học rất nhiều học sinh nói rằng hiện tượng này khó hiểu, gặp bài tập tỏ... dây là từ trường đều Bài 6 Cho một ống dây dài 60cm, đường kính 3cm, có 2500 vòng dây a) Tính độ tự cảm của ống dây b) Cho biết trong khoảng thời gian 0,01s cường độ dòng điện chạy qua ống dây tăng đều đặn từ 1,5A đến 3A Tính suất điện động cảm ứng xuất hiện trong ống dây Bài 7 Cho một ống dây dài, có độ tự cảm L = 0,5H, điện trở thuần R = 2Ω Khi cho dòng điện có cường độ I chạy qua ống dây thì năng. .. hiệu điện thế hai đầu tụ C2 là 0,5V Tính B Bài 5 Thanh kim loại AB = l = 20cm được B kéo trượt đều trên hai thanh ray kim loại nằm ngang như hình Các ray nối với nhau bằng B R điện trở R = 1,5Ω Vận tốc AB là v = 6m/s A Hệ thống đặt trong một từ trường đều B thẳng ứng (B = 0,4T) Bỏ qua điện trở ray và Bài 5 thanh AB Tìm cường độ dòng điện cảm ứng qua R Bài 6 Cho mạch điện trong từ trường giống như bài. .. gặp bài tập tỏ ra lung túng vì không biết hiện tượng xảy ra như thế nào, chỉ làm được những bài tập áp dụng trực tiếp công thức - Lớp 11C3: Thực sự thấy hứng thú và giải nhanh các bài tập, có thể suy đoán được các hiện tượng xảy ra khi đọc một bài toán Kết quả kiểm tra với cùng đối tượng kiến thức ở hai lớp được thể hiện qua bảng sau: Lớp 11C12 ( Sĩ số: 41 học sinh ) G SL % 4.9 2 K SL % 12.2 5 SL 15... a) Tính từ thông qua mỗi vòng dây 19 b) Tính suất điện động tự cảm trong xôlênôit khi ngắt dòng điện trong thời gian Δt = 0,1s Từ đó suy ra độ tự cảm của cuộn dây c) Giải lại bài toán khi xôlênôit có lõi, độ từ thẩm của lõi là μ = 500 Bài 3 Trong một mạch điện có độ tự cảm L = 0,6H, có dòng điện cường độ giảm đều đặn từ I = 0,2A đến 0 trong khoảng thời gian 0,2 phút Tính suất điện động tự cảm của mạch... lại các dạng bài tập theo phương pháp của sáng kiến ) G K TB 21 Yếu Kém SL 7 % 17.1 SL 20 % 48.8 SL 11 % 26.8 SL 3 % 7.3 SL 0 % 0 III.2 Kết luận chung Việc phân ra từng dạng bài tập cụ thể tương ứng với từng vấn đề lý thuyết là một việc làm rất quan trọng giúp học sinh nhanh tiến bộ và tạo hứng thú say mê học tập trong môn Vật lý Những vấn đề lý thuyết càng trìu tượng lại càng đòi hỏi hệ thống bài tập ... dòng điện cảm ứng sinh - Nếu Φ tăng cảm ứng từ Bc ngược chiều với chiều cảm ứng từ B - Nếu Φ giảm cảm ứng từ Bc chiều với chiều cảm ứng từ B * Các bước xác dịnh chiều dòng điện cảm ứng: - Xác... trường sinh chống lại biến thiên từ thông sinh II.1.2 Phương pháp giải tập: * Áp dụng định luật Len-xơ chiều dòng điện cảm ứng: Gọi: B cảm ứng từ từ trường ban đầu; Bc cảm ứng từ từ trường dòng điện. .. (Wb) * Hiện tượng cảm ứng điện từ: - Điều kiện: Khi có biến thiên từ thông qua diện tích giới hạn mạch điện kín mạch xuất dòng điện cảm ứng - Định luật Len-xơ: Dòng điện cảm ứng có chiều cho từ trường