Đang tải... (xem toàn văn)
Phân loại các dạng bài tập chương cảm ứng điện từ. Các dạng có phương pháp giải, bài tập mẫu và bài tập tự giải để Học sinh rèn luyện. Đây là tài liệu bổ ích cho giáo viên và học sinh dùng để ôn tập kiến thức đã học.
Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lí 11 Chương V: Cảm ứng điện từ Dạng 1: Xác định từ thông gửi qua khung dây đặt từ trường r - Từ thông gửi qua diện tích S đặt từ trường B : Φ = B.S.cosα r + S: diện tích khung dây(m2) B + B: cảm ứng từ(T) r r r + α : góc hợp pháp tuyến n khung dây với B α n α = r ⇒| Φ max |= B.S Khi B vuông góc với khung dây α = 180 r H × nh Khi B song song với khung dây α = 90 ⇒ Φ = r Chú ý: + chiều vecto pháp tuyến dương n tùy thuộc vào ta chọn + Khi khung dây có N vòng dây Φ = N.B.S.cosα + Từ thông có đơn vị Vê be khí hiệu Wb Bài 1: Một khung dây dẫn hình chữ nhật kích thước 10 cm x 20 cm đặt từ trường có B = 0,01 T Các đường sức từ hợp với mặt phẳng khung dây góc β Tính từ thông qua khung dây a) β = 600 ? b) β = 300 ? c) β = 900 ? Hướng dẫn giải: Ta có công thức tính từ thông: Φ = B.S.cosα Mà S = 0,1.0,2 = 0,02 m2 r B a) Khi β = 600 r + Nếu chọn pháp tuyến dương hình 5.1 α = 90 - β = 90 - 60 =300 α n ⇒ Φ = 0,01.0,02.cos30 = 10-4 Wb + Nếu chọn pháp tuyến dương hình 5.2 α = 90 + β = 90 + 60 = 1500 H × nh 5.1 r ⇒ Φ = 0,01.0,02.cos150 = - 10-4 Wb B b) Khi β = 300 α r + Nếu chọn pháp tuyến dương hình 5.1 α = 90 - β = 90 - 30 = 600 n ⇒ Φ = 0,01.0,02.cos60 = 10-4 Wb H × nh 5.2 + Nếu chọn pháp tuyến dương hình 5.2 α = 90 + β = 90 + 30 = 1200 ⇒ Φ = 0,01.0,02.cos120 = -10-4 Wb c) Khi β = 900 α = 90 - β = 90 - 90 = ⇒ Φ = 0,01.0,02.cos0 = 2.10-4 Wb Bài 2: Một khung dây hình vuông cạnh cm đặt từ trường B = 0,4 mT Từ thông gửi qua khung dây 10-6 Wb Tính góc hợp vectơ cảm ứng từ pháp tuyến hình vuông? Hướng dẫn giải: α = Φ 10−6 ⇒ = Ta có công thức tính từ thông: Φ = BScosα ⇒ cos α = −3 = B.S 0, 4.10 0, 05 α = 180 r r ⇒ vec tơ cảm ứng từ B pháp tuyến hình vuông phương ⇒ vec tơ cảm ứng từ B vuông góc với hình vuông Bài 3: Một khung dây tròn đặt từ trường có cảm ứng từ B = 0,06 T cho mặt phẳng khung dây hợp với đường sức từ góc 30 Từ thông gửi qua khung dây 1,2.10-5 Wb Tính bán kính vòng dây? Hướng dẫn giải: Ta có công thức tính từ thông: Φ = BScosα Φ S Φ ⇒ S= mà S = π R ⇒ R = = B.cosα π B.cosα π :Lê Thanh Sơn, : 0905.930406 99 Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lí 11 1, 2.10−5 = 11,28.10-3 m = 11,28 mm 0, 06.cos(90 − 30).π Bài tập tự giải: r Bài 1: Cho hình vuông cạnh 10 cm đặt từ trường B vuông góc với mặt phẳng hình 15 vuông Hình tròn nội tiếp hình vuông vùng không gian chứa từ trường có B = mT π Tính từ thông gửi qua khung dây? Đáp số: Φ = ± 3,75.10-5 Wb Bài 2: Một khung dây diện tích cm2 gồm 50 vòng dây Đặt khung dây từ trường r B ; khung dây quay theo hướng từ trường từ thông cực đại gửi qua khung dây mWb Tính cảm ứng từ B từ trường đều? Đáp số: B = 0,12 T Bài 3: Một khung dây phẳng giới hạn diện tích S = cm gồm 50 vòng dây đặt từ trường có cảm ứng từ từ B = 0,1T cho mặt phẳng khung dây hợp với véctơ cảm ứng từ góc 600 Tính từ thông qua diện tích giới hạn khung dây ĐS: Φ = ± 10-4Wb = Dạng 2: Xác định suất điện động cảm ứng ∆Φ Φ − Φ1 =− Suất điện động cảm ứng: Ec = ∆t t2 − t1 | ∆Φ | Φ − Φ1 =| | Độ lớn: | Ec | = ∆t ∆t Dựa vào công thức từ thông Φ qua mạch kín: Φ = B.S.cosα ta thấy muốn cho từ thông Φ biến thiên để tạo suất điện động cảm ứng, ta làm thay đổi: + Cảm ứng từ B ⇒ ∆Φ = ∆B.S cos α ic Ec + Diện tích S ⇒ ∆Φ = B.∆S cos α r r + Góc α B pháp tuyến n thay đổi ⇒ ∆Φ = B.S (cos α − cos α1 ) ∆Φ Khi khung dây có N vòng dây Ec = - N ∆t a+b a −b sin Chú ý: + cos a − cos b = −2sin 2 + Suất điện động cảm ứng tồn thời gian xảy biến thiên từ thông Bài 1: Một khung dây phẳng diện tích 20 cm2, gồm 10 vòng đặt từ trường Véctơ cảm ứng từ làm thành với mặt phẳng khung dây góc 300 có độ lớn 0,2 mT Người ta làm cho từ trường giảm đến thời gian 0,01 s Tính suất điện động cảm ứng xuất khung dây thời gian từ trường biến đổi? r Hướng dẫn giải: B Ta có từ thông gửi qua khung dây Φ = B.S.cosα r α n Khi từ trường biến thiên(giảm) ∆Φ = S ( B2 − B1 ).cosα Giả sử pháp tuyến dương hình 5.1 α = 90 - 30 = 600 Khi suất điện động cảm ứng xuất khung dây thời gian H × nh 5.1 biến thiên từ trường ∆Φ S ( B2 − B1 ).cosα 20.10−4 (0 − 0, 2.10 −3 ).cos60 = 10 | | | Ec | = N| | = N ∆t ∆t 0, 01 = 0,2.10-3 V = 0,2 mV Bài 2: Một khung dây dẫn hình chữ nhật có diện tích 200 cm 2, ban đầu vị trí song song với đường sức từ từ trường có độ lớn B = 0,01 T Khung quay thời :Lê Thanh Sơn, : 0905.930406 100 Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lí 11 gian ∆t = 0,04 s đến vị trí vuông góc với đường sức từ Xác định suất điện động cảm ứng xuất khung? Hướng dẫn giải: Ta có từ thông gửi qua khung dây Φ = B.S.cosα Khi khung dây quay góc α thay đổi nên từ thông thay đổi ⇒ độ biến thiên từ thông ∆Φ = Φ − Φ1 Ta có lúc đầu khung dây song song với đường cảm ứng từ: Φ1 = B.S cos90 = Khi khung dây vuông góc với đường cảm ứng từ: Φ = B.S cos(90-90)= B.S = 0,01.200.10-4 = 2.10-4 Wb Suất điện động cảm ứng xuất khung dây thời gian khung dây quay: ∆Φ Φ − Φ1 2.10−4 − | Ec |=| |=| |= = 5.10-3 V = mV ∆t ∆t 0, 04 Bài 3: Một khung dây dẫn phẳng, diện tích 50 cm2 gồm 20 vòng đặt từ trường Véctơ cảm ứng từ hợp với mặt phẳng khung dây góc 300 có độ lớn 4.10-4 T Tính suất điện động cảm ứng xuất khung thời gian từ trường biến đổi Xét trường hợp sau: a) Khung dây chuyển động tịnh tiến từ trường khoảng thời gian 0,1 s ? b) Từ trường giảm đặn đến không thời gian 0,01 s ? c) Tăng từ trường lên gấp lần 0,02 s ? d) Quay khung quanh trục đối xứng với tốc độ góc rad/s ? Hướng dẫn giải: Ta có từ thông gửi qua khung dây Φ = B.S.cosα a) Khi khung dây chuyển động tịnh tiến từ trường từ thông gửi qua khung dây không thay đổi nên suất điện động cảm ứng xuất khung ⇒ Ec = b) Khi từ trường giảm ∆Φ = S ( B2 − B1 ).cosα Khi suất điện động cảm ứng xuất khung dây thời gian biến thiên từ trường ∆Φ S ( B2 − B1 ).cosα 50.10−4 (0 − 4.10−4 ).cos(90 − 30) = 20 | | | Ec | = N| | = N ∆t ∆t 0, 01 = 2.10-3 V = mV c) Khi từ trường tăng lên gấp đôi ban đầu ∆Φ = S ( B2 − B1 ).cosα = S (2 B1 − B1 ).cosα = B1.S cosα Khi suất điện động cảm ứng xuất khung dây thời gian biến thiên từ trường ∆Φ B S cosα 50.10−4.4.10−4.cos(90 − 30) = 20 | = 1.10-3 V = mV | Ec | = N| | = N ∆t ∆t 0, 02 d) Khi khung dây quay quanh trục α thay đổi ∆α ∆α )sin(α1 + ) ∆Φ = B.S (cos α − cos α1 ) = B.S [ cos(α1 + ∆α ) − cos α1 ] = BS sin( 2 ∆α ∆α ⇒ ∆Φ = BS sin α1.∆α Vì ∆t nhỏ nên ∆α nhỏ sin = 2 | ∆Φ | N B.S sin α1.∆α ∆α = = N B.S sin α1 = N B.S sin α1.ω Khi | Ec |= N ∆t ∆t ∆t = 20.4.10-4.50.10-4.sin60.1 = 3,46.10-5 V Bài 4: Một ống dây có chiều dài 31,4 cm ống có 1000 vòng, diện tích vòng 10 cm2, cho dòng điện 2A qua ống dây :Lê Thanh Sơn, : 0905.930406 101 Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lí 11 a) Tính từ thông gửi qua vòng? b) Tính suất điện động vòng dây ngắt dòng điện thời gian ∆ t = 0,1s? Hướng dẫn giải: Cảm ứng từ lòng ống dây có dòng điện chạy qua ống dây: N B = 4π 10−7.n.I = 4π 10−7.I L r ta có B vuông góc với mặt phẳng vòng dây N −7 a) Từ thông gửi qua vòng dây ống: Φ = B.S.cosα = 4π 10 I S.cos α L + Nếu ta chọn pháp tuyến khung dây chiều với đường cảm ứng từ 1000 N −7 10.10−4.cos0 = 8.10-6 Wb Φ = 4π 10−7.I S.cos0 = 4π 10 −2 31, 4.10 L + Nếu ta chọn pháp tuyến khung dây ngược chiều với đường cảm ứng từ 1000 N −7 10.10−4.cos180 = - 8.10-6 Wb Φ = 4π 10−7.I S.cos180 = 4π 10 −2 31, 4.10 L b) Khi ngắt dòng điện từ trường giảm nên từ thông gửi qua vòng dây giảm nên vòng dây xuất suất điện động cảm ứng: ∆Φ Φ − Φ1 − Φ1 Φ1 ±8.10−6 | Ec |=| |=| |=| |=| |=| | = 8.10-5 V ∆t ∆t ∆t ∆t 0,1 Bài tập tự giải: Bài 1: Một khung dây phẳng diện tích 10 cm 2, gồm 20 vòng đặt từ trường Véctơ cảm ứng từ làm thành với mặt phẳng khung dây góc 30 có độ lớn 2.10-4 T Người ta làm cho từ trường giảm đến thời gian 0,01 s Tính suất điện động cảm ứng xuất khung dây thời gian từ trường biến đổi? Đáp số: | Ec | = 0,2 mV Bài 2: Một khung dây dẫn hình chữ nhật có diện tích 100 cm 2, ban đầu vị trí song song với đường sức từ từ trường có độ lớn B = 0,02 T Khung quay thời gian ∆t = 40 s đến vị trí vuông góc với đường sức từ Khung dây có điện trở 20 m Ω a) Xác định suất điện động cảm ứng xuất khung? b) Tính dòng điện chạy qua khung dây? Đáp số: a)| Ec | = 5.10-6 V b) I = 0,25 mA Bài 3: Một khung dây có 1000 vòng đặt từ trường cho đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung Diện tích mặt phẳng giới hạn vòng dm Cảm ứng từ từ trường giảm từ 0,5 T đến 0,2 T thời gian 0,1 s Tính suất điện động cảm ứng xuất vòng dây khung dây? Đáp số: | Ec | = 60 V Dạng 3: Xác định dòng điện cảm ứng mạch điện kín đoạn dây Xác định chiều dòng điện cảm ứng mạch kín :Lê Thanh Sơn, : 0905.930406 102 Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lí 11 Từ thông Φ gửi qua mạch kín: Φ = B.S.cosα, ta thấy muốn cho từ thông Φ biến thiên ta làm thay đổi: + Cảm ứng từ B + Diện tích S r r + Góc α B pháp tuyến n thay đổi a) Khi từ thông gửi qua mạch kín tăng mạch kín xuất dòng điện cảm ứng có r chiều cho từ trường dòng điện cảm ứng sinh BC ngược chiều với từ trường ban r r đầu B ⇒ vận dụng quy tắc nắm tay phải cho ngón hướng theo BC suy chiều dòng điện cảm ứng IC b) Khi từ thông gửi qua mạch kín giảm mạch kín xuất dòng điện cảm ứng có r chiều cho từ trường dòng điện cảm ứng sinh BC chiều với từ trường ban đầu r r B ⇒ vận dụng quy tắc nắm tay phải cho ngón hướng theo BC suy chiều dòng điện cảm ứng IC ∆Φ | Độ lớn suất điện động cảm ứng | Ec |=| ∆t |E | Dòng điện cảm ứng chạy mạch kín: I C = c ; R: điện trở mạch kín R Xác định suất điện động cảm ứng trong đoạn dây r Khi đoạn dây MN = l chuyển động cắt đường cảm ứng từ từ trường B với tốc r độ v hai đầu đoạn dây xuất suất điện động cảm ứng: Ec = B l v.sinα + l : chiều dài đoạn dây: m + v: tốc độ chuyển động đoạn dây: m/s r r + α : góc hợp từ trường B v r Khi đoạn dây xem nguồn điện có suất điện động Ec B Các cực nguồn Ec xác định quy tắc bàn tay phải: ”Đặt bàn tay r v phải hứng đường sức từ, ngón choải theo chiều chuyển động dây dẫn, chiều từ cổ tay đến ngón tay chiều qua nguồn tương Hình 5.2 đương từ cực âm sang cực dương” Chú ý: + Điện trở dây dẫn dài l (m) có điện trở suất ρ ( Ω.m )tiết diện ngang S(m2): l R = ρ S E + Định luật ôm cho mạch chứa nguồn điện Ec : I = c R+r E -E ' + Định luật ôm cho mạch chứa nguồn điện E máy thu E ' : I = R+r+r' Bài tập mẫu A Bài 1: Đưa nam châm thẳng hình vẽ 5.3 B lại gần khung dây dẫn ABCD dòng điện cảm ứng u r khung chạy theo chiều nào? Chỉ rỏ mặt bắc B mặt nam khung dây lúc đó? N S Cũng câu hỏi đưa nam châm D xa khung dây dẫn ( hay đưa khung dây dẫn xa nam châm) Hình 5.3 C Hướng dẫn giải: A IC Áp dụng quy tắc vào nam bắc ta xác định chiều cảm ứng từ nam châm B hình vẽ 5.4 * Khi nam châm lại gần khung dây: r S N BC D 103 :Lê Thanh Sơn, : 0905.930406 u r B Hình 5.4 C Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lí 11 Khi đưa nam châm lại gần khung dây ABCD số đường sức xuyên qua khung dây ABCD tăng nên từ thông gửi qua khung dây tăng nên khung dây xuất dòng điện r cảm ứng IC; dòng điện cảm ứng IC sinh từ từ trường cảm ứng BC ngược chiều với chều r từ trường nam châm B Áp dụng quy tắc nắm tay phải ta suy chiều dòng điện cảm ứng khung ABCD có chiều từ A đến B đến C đến D hình 5.4 Khi mặt cuộn dây gần nam châm mặt Nam(S); mặt mặt bắc (N) nam châm đẩy khung dây xa nam châm nam châm chuyển động lại gần khung dây * Khi nam châm xa gần khung dây: Khi đưa nam châm xa khung dây A ABCD số đường sức xuyên qua khung IC dây ABCD giảm nên từ thông gửi qua khung B dây giảm nên khung dây xuất dòng điện cảm ứng IC; dòng điện cảm ứng IC sinh r S N từ từ trường cảm ứng BC chiều với r D chều từ trường nam châm B Áp r dụng quy tắc nắm tay phải ta suy chiều BC Hình 5.5 C dòng điện cảm ứng khung ABCD có chiều từ A đến D đến C đến B hình 5.5 Khi mặt cuộn dây gần nam châm mặt Bắc(N); mặt mặt nam (S) nam châm hút khung dây theo nam châm nam châm chuyển động xa nam khung dây Bài 2: Vận dụng định luật Lenxơ - Xác định chiều dòng điện cảm ứng xuất hình vẽ bên khi: a) Tăng điện trở biến trở? b) Giảm điện trở biến trở? Hướng dẫn giải: r r a) Vận dụng quy tắc nắm tay phải ta xác định chiều véc tơ BC r B cảm ứng từ B hình vẽ 5.6 A Khi điện trở biến trở R tăng cường độ dòng điện chạy qua mạch Icư giảm nên từ trường dòng điện chạy qua ống dây gây vùng không gian đặt khung dây giảm nên từ thông gửi qua khung dây giảm A dó theo định luật Len xơ khung dây xuất dòng điện cảm r r ứng Ic; Ic gây từ trường cảm ứng B c chiều B nên dòng điện chạy qua khung theo chiều kim đồng hồ hình vẽ 5.6 R tăng Hình 5.6 r r b) Khi điện trở biến trở R giảm cường độ dòng điện chạy qua BC B mạch tăng nên từ trường dòng điện chạy qua ống dây gây A vùng không gian đặt khung dây tăng nên từ thông gửi qua khung dây Icư tăng dó theo định luật Len xơ khung dây xuất dòng r r điện cảm ứng Ic; Ic gây từ trường cảm ứng B c ngược chiều B nên B dòng điện chạy qua khung theo chiều ngược kim đồng hồ hình vẽ 5.7 u r B R giảm Hình 5.7 Bài 3: Một cuộn dây cứng hình tròn gồm N = 100 vòng, vòng có bán kính r = 10 cm; mét dài dây có điện trở ρ = 0,5 Ω /m Cuộn dây đặt từ trường đều, r vectơ B vuông góc với mặt phẳng chứa vòng dây có độ lớn: B = 10-3 T Người ta làm cho từ trường giảm đến thời gian ∆ t = 10-2 s a) Tính suất điện động cảm ứng xuất hai đầu cuộn dây thời gian trên? b) Tính cường độ dòng điện xuất cuộn dây đó? Hướng dẫn giải: :Lê Thanh Sơn, : 0905.930406 104 Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lí 11 a) Khi từ trường giảm từ thông gửi qua cuộn dây giảm nên cuộn dây xuất suất điện động cảm ứng ∆Φ | B − B1 | S cosα | B − B1 | π r cosα | Ec |= N | |= N = N ∆t ∆t ∆t r r Chọn n chiều với đường sức từ từ trường B | − 10−3 | π 0,12.cos0 = 0,314 V | Ec |= 100 10−2 b) Điện trở cuộn dây: R = N 2π r.ρ Khi dòng điện chạy qua cuộn dây là: | B − B1 | S cosα N | Ec | | B − B1 | π r cosα | B2 − B1 | r.cosα = ∆t IC = = = = R N 2π r.ρ 2π r.ρ ∆t 2.ρ ∆t −3 | − 10 | 0,1.cos0 = 0,01 A 2.0,5.10−2 Bài 3: Một khung dây dẫn phẳng hình vuông ABCD có D’ C’ 500 vòng Cạnh khung dây dài 10 cm Hai đầu khung nối lại với Khung chuyển động thẳng A B tiến lại khoảng không gian có từ trường hình vẽ 5.8 ; tốc độ khung 1,5 m/s; cảm ứng D C từ từ trường 0,005 T Hình 5.8 A’ B’ Trong chuyển động cạnh AB CD luôn nằm hai đường thẳng song song Tính cường độ dòng điện khoảng thời gian từ cạnh BC khung bắt đầu gặp từ trường đến khung vừa vặn nằm từ trường? Chỉ rõ chiều dòng điện khung? biết điện trở khung Ω Hướng dẫn giải: Khi khung dây ABCD chuyển động vào vùng không gian chứa từ trường A’B’C’D’ cạnh BC khung bắt đầu gặp từ trường từ thông gửi qua D’ C’ khung dây tăng nên khung dây xuất dòng điện cảm r A IC B ứng IC; dòng điện cảm ứng IC sinh từ từ trường cảm ứng BC r ngược chiều với chiều từ trường nam châm B Áp dụng D C quy tắc nắm tay phải ta suy chiều dòng điện cảm ứng A’ B’ Hình 5.9 khung ABCD có chiều từ A đến D đến C đến B hình 5.9 Ta có suất điện động cảm ứng xuất khung dây khung dây vừa nằm từ trường đều: ∆Φ | S − DS1 | B.cosα | a − | B.cosα | Ec |= N | |= N = N = N.a.B.v.cos α AB a ∆t v v Khi khung xuất suất điện động cảm ứng ta xem khung nguồn điện có điện trở R Áp dụng định luật ôm cho toàn mạch ta có cường độ dòng điện cảm ứng chạy khung |E | N a.B.v.cosα 500.0,1.5.10−3.1,5.cos0 dây ABCD I C = C = = 0,125 A = 125 mA = R R Bài 4: Một khung dây ABCD cứng gồm 10 vòng có diện tích 25 cm2 Khung dây đặt từ trường có đường sức vuông góc với mặt phẳng khung hình vẽ 5.8 Cảm ứng từ biến thiên theo thời gian hình vẽ 5.10 a) Tính tốc độ biến thiên từ thông gửi qua khung dây A B B ( mT ) 2, kể từ lúc t1 = đến lúc t2 = 0,4 s ? D C b) Xác định suất điện động cảm ứng khung dây? t (s) O 0, c) Xác định chiều dòng điện cảm ứng khung dây? Hình 5.10 :Lê Thanh Sơn, : 0905.930406 105 Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lí 11 d) Xác định cường độ dòng điện chạy khung dây biết điện trở khung dây Ω ? Hướng dẫn giải: Từ thông gửi qua khung dây: Φ = B.S.cosα Khi từ trường B giảm ∆Φ = (B2 - B1).S.cos α Tốc độ biên thiên từ thông khoảng thời gian 0,4 s: ∆Φ ( B2 − B1 ).S cosα (0 − 2, 4.10−3 ).25.10 −4.cos0 = = = - 15.10-6 Wb/s ∆t t2 − t1 0, − b) Suất điện động cảm ứng xuất khung dây có thay đổi từ thông: ∆Φ | Ec |= N | | = 10 15.10-6 = 150.10-6 V A B ∆t c) Khi cảm ứng từ B giảm từ thông gửi qua khung dây ABCD giảm nên D C khung dây xuất dòng điện cảm ứng IC; dòng điện cảm ứng IC sinh từ từ r r trường cảm ứng BC chiều với chiều từ trường ban đầu B Áp dụng quy Hình 5.11 tắc nắm tay phải ta suy chiều dòng điện cảm ứng khung ABCD có chiều từ A đến D đến C đến B hình 5.11 d) Khi khung xuất suất điện động cảm ứng ta xem khung nguồn điện có điện trở R Áp dụng định luật ôm cho toàn mạch ta có dòng điện chạy mạch |E | 150.10−6 = 37,5.10-6 A IC = C = R Bài 5: Một kim loại dài CD = 100 cm quay từ trường với vận tốc góc 20 rad/s Trục quay OO’ qua đầu song song song với đường sức từ Biết B = 0,05 T; luôn vuông góc với đường sức từ Tính suất điện động cảm ứng thanh? Hướng dẫn giải: Gọi ∆ϕ góc mà CD quét dược sau khoảng thời gian quay ∆t hình 5.12 O r Diện tích quét CD khoảng thời gian ∆t là: ⊕ ω B 2 ∆S = l ∆ϕ = l ω∆t ∆ϕ 2 Θ D C O' Từ thông quét khoảng thời gian ∆t: ∆Φ = ( l2ω∆t)B Hình 5.12 Độ lớn suất điện động cảm ứng xuất CD: ∆Φ 1 Ec = = = l2ωB = 12.20.0,05 = 0,5 V ∆t 2 E Chiều c xác định theo quy tắc bàn tay phải Bài 6: Thanh dẫn điện MN dài 60 cm chuyển động ray đặt nằm N ngang hình 5.13 Hai ray đặt từ trường có phương thẳng E, r r r v B đứng có chiều hướng từ sau trước mặt phẳng hình vẽ Biết B = 4,8 T R M Thanh chuyển bên phải với vận tốc 0,5 m/s R = 0,2 Ω ; E = 0,96 V; r = 0,1 Ω Hình 5.13 a) Tính cường độ dòng điện qua MN ? b) Xác định lực F tác dụng lên MN để chuyển động với vận tốc cho Biết điện trở ray MN nhỏ ? Hướng dẫn giải: Khi chuyển động từ trường B xuất N N E, r r E, r r r E suất điện động cảm ứng hai đầu NM hình vẽ 5.14: c v B :Lê Thanh Sơn, : 0905.930406 R B + Hình 5.14 M R M 106 Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lí 11 Ec = B l v.sin α = 4,8.0,6.0,5.sin90 = 1,44 V Vì Ec > E nên suất điện động cảm ứng hai đầu MN Ec nguồn điện E máy thu điện Khi cường độ dòng điện chạy qua NM có chiều tà N đến M có độ lớn E − E 1, 44 − 0,96 IC = C = = 1,6 A R+r 0, + 0,1 b) Để chuyển động với vận tốc cho ngoại lực tác dụng lên NM phải cân với lực tà tác dụng lên NM r Khi ngoại lực F nằm mặt phẳng hình vẽ chiều với v có độ lớn F = B.I l sin α = 4,8.1,6.0,6.sin90 = 4,608 N Bài 7: Cho ray dẫn điện đặt thẳng đứng, đầu nối với điện trở R r R = 0,5 Ω Hai đặt từ trường đều, đường sức từ vuông góc với mặt phẳng chứa chiều hình vẽ 5.15 Thanh MN có khối lượng 10 g trượt M B N theo ray Biết MN = 25 cm Điện trở MN ray nhỏ Biết B = T Ma sát MN ray nhỏ Hình 5.15 Sau buông tay MN trượt ray lâu MN chuyển động với tốc độ v Hãy tính v? (g = 10 m/s2) Hướng dẫn giải: Thanh MN chịu tác dụng trọng lực P = mg hướng xuống nên buông tay R r NM chuyển động nhanh dần xuống với tốc độ v B Fr xuất suất điện động cảm ứng Ec , Khi MN nguồn điện có suất M N + r − v IC điện động Ec nên có dòng điện chạy qua NM từ N đến M nên có lực từ tác r dụng lên MN ngược chiều với trọng lực P (hướng lên) Vì chuyển P Hình 5.16 động nhanh dần nên lực từ F tăng dần đến lực từ cân vứi trọng lực P MN chuyển động với tốc độ v hình 5.16 Khi ta có suất điện động cảm ứng hai đầu MN: Ec = B l v.sin90 = B l v E B.l v Áp dụng định luật ôm cho toàn mạch ta có dòng điện chạy qua MN I = c = R R Lực từ tác dụng lên MN: F = B.I l sin90 = B.I l Ta có chuyển động lực từ cân với trọng lực P: F = P ⇔ B.I l = m.g ⇔ B −3 m.g.R 10.10 10.0,5 B.l v B 2l 2v ⇔ l = mg = 0,8 m/s = m.g ⇒ v = 2 = R Bl 1.0, 252 R Bài 8: Một dây dẫn cứng có điện trở không đáng kể, uốn thành khung ABCD nằm mặt phẳng nằm ngang, có AB M A B CD song song với nhau, cách khoảng l=0,5m, đặt từ trường có cảm ứng từ B=0,5T hướng v C D vuông góc với mặt phẳng khung hình Một dẫn N MN có điện trở R=0,5Ω trượt không ma sát dọc theo hai Hình5.17 cạnh AB CD hình vẽ 5.17 a) Hãy tính công suất học cần thiết để kéo MN trượt với vận tốc v=2m/s dọc theo AB CD So sánh công suất với công suất tỏa nhiệt MN nhận xét? b) Thanh trượt ngừng tác dụng lực Sau trượt thêm đoạn đường khối lượng m=5g ? :Lê Thanh Sơn, : 0905.930406 107 Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lí 11 Hướng dẫn giải: Khi MN chuyển động dòng điện cảm ứng xuất theo chiều M→N E Bvl = R R Khi lực từ tác dụng lên MN hướng ngược chiều với vận tốc v có độ lớn: B 2l v Ft = BIl = R Do chuyển động nên lực kéo tác dụng lên phải cân với lực từ B 2l v Vì công suất học (công lực kéo) xác định: P = Fv = Ft v = R Thay giá trị cho nhận được: P = 0,5W Cường độ dòng điện cảm ứng bằng: I = B 2l 2v R Công suất công suất học để kéo Như toàn công học sinh chuyển hoàn toàn thành nhiệt (thanh chuyển động nên động không tăng), điều phù hợp với định luật bảo toàn lượng b) Sau ngừng tác dụng lực, chịu tác dụng lực từ Độ lớn trung bình lực là: F B 2l v F= t = 2R Giả sử sau trượt thêm đoạn đường S công lực từ là: B 2l v A = FS = S 2R Động trước ngừng tác dụng lực Wđ = mv Theo định luật bảo toàn lượng đến dừng lại toàn động B 2l 2v chuyển thành công lực từ (lực cản) nên: mv = S 2R mvR Từ suy ra: S = 2 = 0,08(m) = 8cm B l Bài tập tự giải: Bài 1: Đoạn dây dẫn MN có chiều dài m chuyển động từ trường có cảm ứng từ 0,02 T, với vận tốc 0,5 m/s theo phương hợp với từ trường góc 30 Tính suất điện động xuất đoạn dây? Đáp số: mV Bài 2: Một dẫn điện dài 50 cm, chuyển động từ trường có cảm ứng từ vuông góc với có độ lớn 0,4 T Véc tơ vận tốc vuông góc với thanh, có độ lớn m/s hợp với véctơ cảm ứng từ góc 450 a) Tính suất điện động cảm ứng xuất thanh? b) Nếu nối hai đầu với điện trở R = 0,5Ω thành mạch kín cường độ dòng điện qua điện trở bao nhiêu? Đáp số: a) 0,2 V b) 0,4 A Bài 3: Một dẫn điện dài 25 cm chuyển động từ trường đều, cảm ứng từ 8.10 T Véctơ vận tốc vuông góc với thanh, vuông góc với véctơ cảm ứng từ có độ lớn m/s Tính suất điện động cảm ứng thanh? Đáp số: mV Bài 4: Một máy bay bay ngang với vận tốc 1080 km/h từ trường Trái Đất có thành phần thẳng đứng 1,5.10-5 T Xác định hiệu điện hai đầu cánh máy bay dài 40 m? Công suất tỏa nhiệt MN: Pn = I R = :Lê Thanh Sơn, : 0905.930406 108 Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lí 11 Đáp số: 0,18 V M' C M Bài 5: Một mạch điện mắc hình vẽ 5.18 Đặt vuông góc với từ trường có cảm ứng từ B = 0,4 T Đoạn dây dẫn CD dài 100 cm, mang điện trở R = 3,8 Ω ; trượt E + Br R đoạn MM’, NN’ phía trái, luôn song song với nó, với r vận tốc v = m/s Cho biết E = 1,5V, r = 0,2 Ω D N' N Hình 5.18 a) Tính suất điện động cảm ứng hai đầu đoạn CD ? b) Tính cường độ dòng điện qua điện trở R ? Đáp số: a) 1,2 V b) 0,675 A Bài 6: Một sợi dây dẫn có đường kính tiết diện mm uốn thành vòng tròn có bán kính 20 cm đặt vào từ trường cho mặt phẳng vòng dây vuông góc với đường sức từ Biết dây có điện trở suất ρ = 2,5.10−6 Ωm Cho cảm ứng từ B giảm từ 0,02 T không khoảng thời gian 0,02 s a) Tính suất điện động cảm ứng hai đầu vòng dây ? b) Tính cường độ dòng điện cảm ứng mạch ? Đáp số: a) 125,7 mV b) 125,7 mA Dạng 4: Xác định suất điện động tự cảm - Hiện tượng tự cảm 1) Độ tự cảm: Từ thông tự cảm hay từ thông riêng mạch: Φ = Li N Cảm ứng từ bên lòng ống dây: B = 4π.10-7µ i l Từ thông qua ống dây: Φ = N.B.S Φ N N2 Từ suy độ tự cảm ống dây: L = = 4π.10-7µ S = 4π.10-7µ ( ) V (µ: độ từ i l l thẩm lỏi sắt) ∆i ∆i 2) Suất điện động tự cảm: Etc = - L ; | Etc | = L| | ∆t ∆t 3) Năng lượng tích lũy ống dây tự cảm Ống dây có độ tự cảm L có dòng điện i chạy qua tích lũy lượng: WL= Li2 4) Năng lượng từ trường Năng lượng tích lũy cuộn cảm lượng từ trường: 1 N2 W = Li2 = 4π.10-7µ S.i2 2 l = 107B2V 8π W Mật độ lượng từ trường: w = = 107B2 V 8π Bài 1: Một ống dây có độ tự cảm 0,5 H, điện trở Ω Muốn tích luỹ lượng từ trường 100 J ống dây phải cho dòng điện có cường độ chạy qua ống dây đó? Khi công suất nhiệt ống bao nhiêu? Hướng dẫn giải: Năng lượng từ trường ống dây: W = LI 2.100 2.W ⇒ I= = = 20 A 0,5 L :Lê Thanh Sơn, : 0905.930406 109 Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lí 11 Vậy công suất tỏa nhiệt ống dây : P = R.I2 = 2.(20)2 = 800 W Bài 2: Trong lúc đóng khoá k mạch điện kín, dòng điện biến thiên 50 A/s suất điện động xuất ống dây 0,2 V Biết ống dây có 500 vòng có dòng điện 5A chạy qua ống dây tính: a) Từ thông gửi qua ống dây qua vòng dây? b) Năng lượng từ trường ống dây? Hướng dẫn giải: Etc ∆I 0, ⇒ L = ∆I = a) Suất điện động tự cảm: Etc = L = 4.10-3 H = mH ∆t 50 ∆t Từ trường ống dây: Φ = L.I = 4.10-3.5 = 0,02 Wb Φ 0, 02 = Từ thông gửi qua vòng dây: Φ 1= = 4.10-5 Wb N 500 4.10−3.52 b) Năng lượng từ trường: W = LI = = 0,05 J = 50 mJ 2 Bài 3: Ống dây điện hình trụ đặt không khí, chiều dài 20 cm, gồm có 1000 vòng, diện tích vòng S = 1000 cm2 a) Tính độ tự cảm L ống dây? b) Dòng điện qua ống dây tăng từ đến 5A 0,1 s Tính suất điện động tự cảm xuất ống dây? c) Khi cường độ dòng điện qua ống dây đạt tới giá trị I = 5A lượng tích luỹ ống dây bao nhiêu? Hướng dẫn giải: Φ 10002 -7 N -7 a) Hệ số tự cảm ống dây: L = = 4π.10 S = 4π.10 1000.10-4 = 0,628 H i 0, L 5−0 ∆i I −I b) Suất điện động tự cảm hai đầu ống dây: | Etc | = L| | = L| | = 0,628.| = 31,4 V 0,1 ∆t ∆t 1 c) Năng lượng tích lũy ống dây W = L.I = 0,628.52 = 7,85 J 2 Bài 4: Một ống dây dẫn hình trụ dài gồm 1000 vòng dây quấn sát có lớp dây, vòng có đường kính 2r = 10 cm; dây dẫn có diện tích tiết diện S1 = 0,4 mm2, điện trở suất ρ =1,75.10 - Ω m Ống dây đặt từ trường đều, vectơ Br song song với trục ∆B hình trụ, có độ lớn tăng theo thời gian = 10 - T/s ∆t a) Tính điện trở ống dây? b) Tính hệ số tự cảm ống dây? c) Nếu nối hai đầu ống dây vào tụ điện C = 100 µ F, tính lượng tụ điện? d) Nếu nối đoản mạch hai đầu ống dây, tính công suất toả nhiệt ống dây? Hướng dẫn giải: Tiết vòng dây ống dây: S = π r S Đường kính dây dẫn: d = π :Lê Thanh Sơn, : 0905.930406 110 Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lí 11 Chiều dài ống dây L = N.d Chiều dài sợi dây dẫn: l = N.2 π r Khi từ trường biến thiên hai đầu ống dây xuất suất điện động cảm ứng: ∆Φ ∆B.S cosα ∆B Ec = N =N =N π r = 1000.10-2 π (5.10-2)2 = 0,025 π = 0,0785 V ∆t ∆t ∆t a) Điện trở ống dây: −2 l N 2π r −8 1000.2π 5.10 ρ = ρ R= = 1, 75.10 = 4,375 π = 13,74 Ω S1 S1 0, 4.10−6 b) Hệ số tự cảm ống dây: N2 N π Φ N L= = 4π.10-7 S = 4π.10-7 S1 π r2 =2 π 2.10-7.r2 N (2 ) S1 i L π = π 2.10-7.(5.10-2)2 1000 π = 0,0138 H = 13,8 mH 0, 4.10−6 c) Năng lượng tụ nối tụ với ống dây: 1 2 WC = C.U = C Ec = 10-4.0,07852 = 0,309.10-6 J = 0,308 µ J 2 d) Khi nối đoản mạch ống dây dòng điện chạy qua ống dây là: I = Ec R Công suất tỏa nhiệt ống dây Ec 0, 07852 Ec P = R.I = R ( ) = = = 448,9.10-6 W = 448,9 µ W 13, 74 R R Bài tập tự giải: Bài 1: Một cuộn tự cảm có L = H nối với nguồn điện có suất điện động V, điện trở không đáng kể, điện trở cuộn dây không đáng kể Hỏi sau thời gian kể từ lúc nối vào nguồn điện, cường độ dòng điện qua cuộn dây tăng đến giá trị 5A? giả sử cường độ dòng điện tăng theo thời gian Đáp số: 2,5 s Bài 2: Trong mạch kín có độ tự cảm 0,5 mH, suất điện động tự cảm 0,25 V tốc độ biến thiên dòng điện bao nhiêu? Đáp số: 500 A/s Bài 3: Một cuộn tự cảm có L = 50 mH mắc nối tiếp với điện trở R = 20 Ω, nối vào nguồn điện có suất điện động 90 V, có điện trở không đáng kể Xác định tốc độ biến thiên cường độ dòng điện I tại: a) Thời điểm ban đầu ứng với I = 0? b) Thời điểm mà I = 2A? Đáp số: a) 1800 A/s, b) 800 A/s Bài 4: Một ống dây dài 40cm, bán kính tiết diện 2cm, gồm 1500 vòng dây Cho dòng điện có cường độ 5A qua ống dây (lấy π2 = 10) a) Tính hệ số tự cảm ống dây? b) Tính lượng từ trường ống dây ? Đáp số: a) L = mH b) W = 112,5 mJ Bài 5: Một ống dây hình trụ lõi dài 20 cm gồm có 1000 vòng dây, diện tích vòng dây 20 cm2 a) Tính độ tự cảm ống dây? b) Dòng điện cuộn dây tăng từ đến A 0,2 s Tính suất điện động tự cảm xuất ống dây? c) Tính lượng tích luỹ ống dây dòng điện đạt giá trị i = 5A? Đáp số: a) L = 12,5 mH b) 0,314 V c) W = 156,25 mJ :Lê Thanh Sơn, : 0905.930406 111 Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lí 11 :Lê Thanh Sơn, : 0905.930406 112 [...]... dòng điện cảm ứng trong mạch ? Đáp số: a) 125,7 mV b) 125,7 mA Dạng 4: Xác định suất điện động tự cảm - Hiện tượng tự cảm 1) Độ tự cảm: Từ thông tự cảm hay từ thông riêng của mạch: Φ = Li N Cảm ứng từ bên trong lòng ống dây: B = 4π.10-7µ i l Từ thông qua ống dây: Φ = N.B.S Φ N 2 N2 Từ đó suy ra độ tự cảm của ống dây: L = = 4π.10-7µ S = 4π.10-7µ ( ) V (µ: độ từ i l l thẩm của lỏi sắt) ∆i ∆i 2) Suất điện. .. giải: Bài 1: Một cuộn tự cảm có L = 3 H được nối với nguồn điện có suất điện động 6 V, điện trở trong không đáng kể, điện trở của cuộn dây cũng không đáng kể Hỏi sau thời gian bao lâu kể từ lúc nối vào nguồn điện, cường độ dòng điện qua cuộn dây tăng đến giá trị 5A? giả sử cường độ dòng điện tăng đều theo thời gian Đáp số: 2,5 s Bài 2: Trong một mạch kín có độ tự cảm 0,5 mH, nếu suất điện động tự cảm. .. độ dòng điện qua điện trở R ? Đáp số: a) 1,2 V b) 0,675 A Bài 6: Một sợi dây dẫn có đường kính tiết diện là 2 mm được uốn thành vòng tròn có bán kính 20 cm được đặt vào trong một từ trường đều sao cho mặt phẳng vòng dây vuông góc với các đường sức từ Biết dây có điện trở suất ρ = 2,5.10−6 Ωm Cho cảm ứng từ B giảm từ 0,02 T về không trong khoảng thời gian 0,02 s a) Tính suất điện động cảm ứng hai đầu... và phương pháp giải bài tập vật lí 11 Đáp số: 0,18 V M' C M Bài 5: Một mạch điện mắc như hình vẽ 5.18 Đặt vuông góc với một từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,4 T Đoạn dây dẫn CD dài 100 cm, mang điện trở R = 3,8 Ω ; trượt trên E + Br R đoạn MM’, NN’ về phía trái, luôn luôn song song với nó, với r vận tốc v = 3 m/s Cho biết E = 1,5V, r = 0,2 Ω D N' N Hình 5.18 a) Tính suất điện động cảm ứng. .. tự cảm: Etc = - L ; | Etc | = L| | ∆t ∆t 3) Năng lượng tích lũy trong ống dây tự cảm 1 Ống dây có độ tự cảm L có dòng điện i chạy qua sẽ tích lũy một năng lượng: WL= Li2 2 4) Năng lượng từ trường Năng lượng tích lũy trong cuộn cảm chính là năng lượng từ trường: 1 1 N2 W = Li2 = 4π.10-7µ S.i2 2 2 l 1 = 107B2V 8π W 1 Mật độ năng lượng từ trường: w = = 107B2 V 8π Bài 1: Một ống dây có độ tự cảm 0,5 H, điện. .. lúc đóng khoá k của một mạch điện kín, dòng điện biến thiên 50 A/s thì suất điện động xuất hiện trong ống dây là 0,2 V Biết ống dây có 500 vòng khi có dòng điện 5A chạy qua ống dây đó tính: a) Từ thông gửi qua ống dây và qua mỗi vòng dây? b) Năng lượng từ trường ống dây? Hướng dẫn giải: Etc ∆I 0, 2 ⇒ L = ∆I = a) Suất điện động tự cảm: Etc = L = 4.10-3 H = 4 mH ∆t 50 ∆t Từ trường ống dây: Φ = L.I =... Cho dòng điện có cường độ 5A đi qua ống dây (lấy π2 = 10) a) Tính hệ số tự cảm của ống dây? b) Tính năng lượng từ trường trong ống dây ? Đáp số: a) L = 9 mH b) W = 112 ,5 mJ Bài 5: Một ống dây hình trụ không có lõi dài 20 cm gồm có 1000 vòng dây, diện tích mỗi vòng dây là 20 cm2 a) Tính độ tự cảm của ống dây? b) Dòng điện trong cuộn dây tăng đều từ 0 đến 5 A trong 0,2 s Tính suất điện động tự cảm xuất... 4.10-3.5 = 0,02 Wb Φ 0, 02 = Từ thông gửi qua mỗi vòng dây: Φ 1= = 4.10-5 Wb N 500 1 2 4.10−3.52 b) Năng lượng từ trường: W = LI = = 0,05 J = 50 mJ 2 2 Bài 3: Ống dây điện hình trụ đặt trong không khí, chiều dài 20 cm, gồm có 1000 vòng, diện tích mỗi vòng S = 1000 cm2 a) Tính độ tự cảm L của ống dây? b) Dòng điện qua ống dây đó tăng đều từ 0 đến 5A trong 0,1 s Tính suất điện động tự cảm xuất hiện trong ống... suất điện động tự cảm bằng 0,25 V thì tốc độ biến thiên của dòng điện bằng bao nhiêu? Đáp số: 500 A/s Bài 3: Một cuộn tự cảm có L = 50 mH cùng mắc nối tiếp với một điện trở R = 20 Ω, nối vào một nguồn điện có suất điện động 90 V, có điện trở trong không đáng kể Xác định tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện I tại: a) Thời điểm ban đầu ứng với I = 0? b) Thời điểm mà I = 2A? Đáp số: a) 1800 A/s, b)... của dây dẫn: d = 2 1 π :Lê Thanh Sơn, : 0905.930406 110 Phân loại và phương pháp giải bài tập vật lí 11 Chiều dài của ống dây L = N.d Chiều dài của sợi dây dẫn: l = N.2 π r Khi từ trường biến thiên hai đầu ống dây xuất hiện suất điện động cảm ứng: ∆Φ ∆B.S cosα ∆B Ec = N =N =N π r 2 = 1000.10-2 π (5.10-2)2 = 0,025 π = 0,0785 V ∆t ∆t ∆t a) Điện trở của ống dây: −2 l N 2π r −8 1000.2π 5.10 ρ =