VL1 định hướng giải bt chương điện từ file 5

Trần Thiên Đức – ductt111@gmail.com – ductt111.com HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP ĐỊNH HƯỚNG TUẦN 10 - 11 DẠNG TOÁN: SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRÊN PHẦN TỬ CHUYỂN ĐỘNG Nhận xét: - Các toán dạng thường liên quan tới biến đổi từ thông qua đơn vị diện tích kín Quá trình biến đổi từ thông gây suất điện động cảm ứng - Mối liên hệ từ thông suất điện động: =− Hướng giải: Bước 1: Xác định phần từ dS quét phần tử chuyển động (sao cho cảm ứng từ B qua dS không đổi) Bước 2: Xác định độ từ thông theo thời gian t Bước 3: xác định suất điện động cảm ứng Bài tập minh họa: Bài 5-3: Tại tâm khung dây tròn thẳng gồm N1 = 50 vòng, vòng có bán kính R = 20 cm, người ta đặt khung dây nhỏ gồm N2 = 100 vòng, diện tích vòng S = cm2 Khung dây nhỏ quay xung quanh đường kính khung dây lớn với vận tốc không đổi ω = 300 vòng/s Tìm giá trị cực đại suất điện động khung dòng điện chạy khung lớn có cường độ I = 10 A (Giả thiết lúc đầu mặt phẳng hai khung trùng nhau) Tóm tắt: N1 = 50 vòng R = 20 cm N2 = 100 vòng S = cm2 ω = 300 vòng/s Xác định Ecmax Giải: * Nhận xét: Bài toán liên quan đến tượng cảm ứng điện từ Nguồn gây từ trường khung dây N1, khung dây N2 đặt từ trường khung dây quay từ thông qua khung dây biến thiên sinh xuất điện động cảm ứng Phương hướng toán lúc xác định từ trường gây khung dây tìm biểu thức thể thay thay đổi từ thông qua khung dây theo thời gian t Từ biểu thức từ thông dễ dàng suy biểu thức suất điện động suất điện động cực đại - Cảm ứng từ gây bởi khung dây là: = - Từ thông khung dây tròn gửi qua khung dây nhỏ là: = + = (ϕ = 0, giả thiết lúc đầu mặt phẳng hai khung trùng nhau) - Suất điện động cảm ứng khung dây là: =− DNK - 2014 = Trần Thiên Đức – ductt111@gmail.com – ductt111.com Suất điện động cực đại: * Chú ý: - Công thức cần nhớ: • • • = = Suất điện động cực đại: Hiệu điện cực đại: Từ thông cực đại: !" !# $% &'( ) = =| ≈ 3.10/ !" !# $% &'( ) |= !" !# $% &' ) !" !# $% &'( ) - Bài toán mở rộng: • Xác định từ thông cực đại • Xác định đại lượng liên quan tới đề N1, N2, I, ω toán dạng nên liệt kê công thức đánh dấu đại lượng để suy đại lượng lại Bài 5-4: Trong mặt phẳng với dòng điện thẳng dài vô hạn cường độ I = 20 A, người ta đặt hai trượt (kim loại) song song với dòng điện khoảng x0 = cm Hai trượt cách khoảng 0.5 m Trên hai trượt người ta lồng vào đoạn dây dẫn dài l Tìm hiệu điện xuất hai đầu dây dẫn cho dây dẫn tịnh tiến với vận tốc v = m/s Tóm tắt: Dây dẫn: ∞, 20 A x0 = cm l = 0.5 m v = m/s U= Giải: * Nhận xét: Phần diện tích trượt quét qua từ trường B gây dòng điện I thời gian t S = vtl xét phân bố độ lớn cảm ứng từ diện tích S ta thấy cảm ứng từ B không đổi đường song song với dòng điện I gợi ý chia miền diện tích thành dải dS song song với dòng I để cảm ứng từ B toàn diện tích dS không đổi áp dụng tích phân để giải toán - Xét phần tử diện tích dS quét đoạn dx dây thời gian t dS = vtdx (dễ thấy cảm ứng từ B diện tích dS không đổi) - Sau thời gian t, từ thông quét đoạn dx dây là: = - Từ thông quét dây là: % 78 = - Suất điện động cảm ứng suất dây là: - Hiệu điện hai đầu dây là: =− % = 234 =− 234 4= 5 +9 23 +9 = −4,7.10/= 23 U = |Ec| = 4,7.10-5 V DNK - 2014 Trần Thiên Đức – ductt111@gmail.com – ductt111.com * Chú ý: - Công thức cần nhớ: • Suất điện động gây vuông góc với dòng điện chuyển động song song với dòng điện: +9 =− =− 23 • Từ thông quét vuông góc với dòng điện chuyển động song song với dòng điện: % 78 = % 234 4= +9 23 Bài 5-7: Một kim loại dài l = 1.2 m quay từ trường có cảm ứng từ B = 10-3 T với vận tốc không đổi ω = 120 vòng/phút Trục quay vuông góc với thanh, song song với đường sức từ trường cách đầu đoạn l1 = 25 cm Tìm hiệu điện xuất hai đầu Tóm tắt: l = 1.2 m l1 = 25 cm B = 10-3 T ω = 120 vòng/phút >?//Δ Xác định U12 Giải: * Nhận xét: Có thể phân chia thành hai phần để tính diện tích phần quét thời gian t Trên phần xuất suất điện cảm ứng hiệu điện (nếu xét độ lớn) trị tuyệt đối suất điện động cảm ứng - Khi quay bán kính l1, thời gian t quét góc ωt diện tích ứng với hình dẻ quạt = = = = 2 - Từ thông mà phần ứng với chiều dài l1 thời gian dt là: = - Hiệu điện đầu tâm trục quay là: = | | = B− B = - Tương tự phần ứng với chiều dài l – l1 lại 9−9 =| |= - Hiệu điện hai đầu là: * Chú ý: DNK - 2014 =1 −1 = − 299 = 5,3.10/D Trần Thiên Đức – ductt111@gmail.com – ductt111.com - Công thức cần nhớ: • Hiệu điện xuất hai đầu kim loại quay quanh trục vuông góc với l cách đầu đoạn l1: −9 Bài 5-9: Một đĩa kim loại bán kính R = 25 cm quay quanh trục với vận tốc góc ω = 1000 vòng/phút Tìm hiệu điện xuất tâm đĩa điểm mép đĩa hai trường hợp: a Khi từ trường b Khi đặt đĩa từ trường có cảm ứng từ B = 10-2 T đường sức từ vuông góc với đĩa Tóm tắt: R = 25 cm ω = 1000 vòng/phút B = 10-2 T Giải: * Nhận xét: Khi đĩa quay mà từ trường tác dụng lực li tâm electron di chuyển mép đĩa gây lên hiệu điện tâm đĩa mép đĩa hiệu điện nhỏ (gần 0) Khi từ trường, ta tưởng tượng đĩa tròn vô số kim loại nhỏ xuyên tâm quét qua từ trường xuất hiệu điện tâm hiệu điện tâm điểm mép đĩa * Câu a: Khi từ trường - Do electron chuyển động mép đĩa nên tâm đĩa tích điện dương Khi hệ ổn định, tâm mép đĩa xuất hiệu điện U - Lực tác dụng lên electron gồm lực điện (gây điện trường tâm đĩa mép đĩa) lực quán tính ly tâm Khi hệ ổn định lực điện lực quán tính ly tâm cân G H E F=G H→ F= E - Sử dụng mối liên hệ U E ta có: ) G H G 1=6 H= ≈ 2.10/J E 2E * Câu b: Khi có từ trường B = 10-2 T - Khi có từ trường đặt vào tâm mép đĩa xuất suất điện động cảm ứng (suất điện động suất điện động có đầu đặt tâm đĩa đầu mép đĩa) công thức tính suất điện động là: = H - Do giá trị suất điện động cảm ứng lớn nhiều so với giá trị hiệu điện gây lực quán tính ly tâm nên bỏ qua ảnh hưởng lực ly tâm trường hợp hiệu điện tâm mép đĩa là: 1=| |= H ≈ 3,3.10/ * Chú ý: • Công thức suất điện động tâm đĩa mép công thức tính suất điện động kim loại có chiều dài bán kính quay quanh tâm đĩa: DNK - 2014 = −1 = Trần Thiên Đức – ductt111@gmail.com – ductt111.com H Bài 5-10: Một cuộn dây dẫn gồm N = 100 vòng quay từ trường với vận tốc không đổi ω = vòng/s, Cảm ứng từ B = 0,1 T Tiết diện ngang ống dây S = 100 cm2 Trục quay vuông góc với trục ống dây vuông góc với đường sức từ trường Tìm suất điện động xuất cuộn dây giá trị cực đại Tóm tắt: N = 100 vòng ω = vòng/s B = 0,1 T S = 100 cm2 Xác định , Giải: * Nhận xét: Đây toán cuộn dây có N vòng nên công thức liên quan tới từ thông, suất điện động nhân thêm N - Từ thông qua cuộn dây là: = + - Suất điện động cuộn dây là: =− =− - Suất điện động cực đại cuộn dây là: = ≈ 3,14 =− Bài 5-12: Để đo cảm ứng từ hai cực nam châm điện người ta đặt vào cuộn dây N = 50 vòng, diện tích tiết diện ngang vòng S = cm2 Trục cuộn dây song song với đường sức từ trường Cuộn dây nối kín với điện kế xung kích (dùng để đo điện lượng phóng qua khung dây điện kế) Điện trở điện kế R = 2.103 Ω Điện trở cuộn dây N nhỏ so với điện trở điện kế Tìm cảm ứng từ hai cực nam châm biết rút nhanh cuộn dây N khỏi nam châm khung dây điện kế lệch góc α ứng với n = 50 vạch thước chia điện kế Cho biết vạch ứng với điện lượng phóng qua khung dây điện kế Q = 2.10-8 C Tóm tắt: N = 50 vòng S = cm2 R = 2.103 Ω n = 50 vạch Q = 2.10-8 C Xác định cảm ứng B Giải: * Nhận xét: Đây toán ứng dụng tượng cảm ứng điện từ để xác định từ trường nam châm Về toán liên quan tới suất điện động cảm ứng Do suất điện động cảm ứng phụ thuộc vào biến thiên từ thông, mà từ thông lại có mối liên hệ với cảm ứng từ B nên thông qua giá trị suất điện động cảm ứng thu ta hoàn toàn xác định độ lớn cảm ứng từ B (ở cảm ứng từ B nam châm) - Gọi ∆t thời gian đưa cuộn dây khỏi từ trường nam châm (hoặc đưa nam châm khỏi cuộn dây hình vẽ) Suất điện động cảm ứng trung bình xuất ống dây là: DNK - 2014 Trần Thiên Đức – ductt111@gmail.com – ductt111.com LLL = B - Điện lượng phóng qua điện kế bằng: - Cảm ứng từ B nam châm là: ∆ B= Δ Δ N = Δ = = N = LLL O Δ = = 0,2 P DẠNG TOÁN: HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM Nhận xét: - Đây toán liên quan tới tượng tự cảm cần hiểu tượng tự cảm Như ta biết tượng cảm ứng điện từ xảy từ thông qua diện tích gới hạn mạch biến đổi không phụ thuộc vào nguồn gây biến thiên Hiện tượng tự cảm tượng cảm ứng điện từ nguồn gây biến thiên từ thông dòng điện mạch biến đổi theo thời gian dòng điện tự cảm Trong mạch kín có dòng điện biến đổi theo thời gian mạch xuất hiện tượng tự cảm - Ta quan sát tượng tự cảm mạch RL có nhiều tập liên quan tới mạch RL cần nắm đặc điểm mạch RL: • Cấu tạo gồm có điện trở R mắc nối tiếp với cuộn dây có độ tự cảm L • Khảo sát biến thiên dòng điện i mạch RL đóng mạch ngắt mạch • TH1: Đóng mạch (K nối vào vị trí 1) Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch thời điểm t ta có: Q + QR = →Q−S = T U X = ) − E /V R W = ) gọi số thời gian tự cảm • T t = τ i = 0.63) TH2: Mở khóa K Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch thời điểm t ta có: Khi t = τ T i = 0,37 ) QR = → +S =0 → = Q ) E /X R khảo sát mạch RL cần phải quan tâm xem trường hợp đóng khóa hay mở khóa K để sử dụng công thức tương ứng - Hệ số tự cảm ống dây hình trụ thẳng dài vô hạn: S= (N tổng số vòng dây, l S chiều dài tiết diện ngang ống dây) - Năng lượng từ trường ống dây điện: DNK - 2014 Trần Thiên Đức – ductt111@gmail.com – ductt111.com - Mật độ lượng từ trường: Y= S Y = Z= - Sức điện động tự cảm: \R = − - Độ tự cảm: = [ = −S S= Bài tập minh họa: Bài 5-14: Cho mạch điện hình vẽ Trong ống dây có độ tự cảm L = H, điện trở R = 200 Ω mắc song song với điện trở R1 = 1000 Ω Hiệu điện U = 120 V; K khóa điện (tại thời điểm ban đầu K trạng thái đóng) Tìm hiệu điện điểm A B sau mở khóa K thời gian W = 0,001 s Tóm tắt: L=6H R = 200 Ω R1 = 1000 Ω U = 120 V W = 0,001 s Giải: * Nhận xét: Đây toán liên quan tới sức điện động tự cảm - Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch ta có: 1]^ = \R − = Ta có: −S _& _R = + → _& & =− )7)" X →9 −9 - Hiệu điện hai điểm A B sau thời gian W là: * Chú ý: - Công thức cần nhớ: • Đối với mạch RL: = = U`U" R V E/ = =− )7)" X )7)" R X → = U`U" R V E/ với = a ) 1E / (khi mở khóa) Bài 5-16: Tìm độ tự cảm ống dây thẳng gồm N = 400 vòng dài l = 20 cm, diện tích tiết diện ngang S = cm2 hai trường hợp: a Ống dây lõi sắt b Ống dây có lõi sắt Biết độ từ thẩm lõi sắt điều kiện cho µ = 400 Tóm tắt: N = 400 vòng l = 20 cm S = cm2 µ = 400 DNK - 2014 Trần Thiên Đức – ductt111@gmail.com – ductt111.com Giải: * Nhận xét: Đây toán liên quan đến độ tự cảm ống dây Độ tự cảm phụ thuộc vào độ từ thẩm bên lõi ống dây lý mà độ tự cảm lõi sắt có lõi sắt cuộn dây khác Để giải toán loại ta phải xác định từ thông φ sau áp dụng công thức S = tìm độ tự cảm ống dây - Từ thông ống dây là: = - Độ tự cảm ống dây là: - TH1: ống dây lõi sắt = S= µ=1 S = µ = 400 - TH2: có lõi sắt = = b & để 9 ≈ 9.10/d [ S = S = 0,36 [ Bài 5-17: Một ống dây có đường kính D = cm, độ tự cảm L = 0,001 H, quấn loại dây dẫn có đường kính d = 0,6 mm Các vòng quấn sát quấn lớp Tính số vòng ống dây Tóm tắt: D = cm L = 0,001 H d = 0,6 mm Giải: * Nhận xét: Bài toán liên quan đến tượng tự cảm Độ tự cảm có mối liên hệ với từ thông mà từ thông có mối liên hệ với số vòng dây ta xác định số vòng dây thông qua độ tự cảm - Ta có công thức tính hệ số tự cảm: S= - Số vòng dây tính đơn vị độ dài: - Thay =3 f# d = _ ta có: = = _ (1 m) g S → = = 380 5ò j g Bài 5-23: Một ống dây thẳng dài l = 50 cm, diện tích tiết diện ngang S = cm2, độ tự cảm L = 2.10-7 H Tìm cường độ dòng điện chạy ống dây để mật độ lượng từ trường w = 10-3 J/m3 Tóm tắt: l = 50 cm S = cm2 L = 2.10-7 H w = 10-3 J/m3 Giải: * Nhận xét: Bài toán cho l S ống dây xác định thể tích ống dây, kết hợp với biểu thức DNK - 2014 S= = Trần Thiên Đức – ductt111@gmail.com – ductt111.com lượng từ trường mật độ lượng từ trường ta thu mối liên hệ I đại lượng lại - Mật độ lượng từ trường: Y 1S Z= = - Cường độ dòng điện cuộn dây là: =k 9Z = 1 l S Bài 5-24: Trên thành trục bìa cứng dài l = 50 cm, đường kính D = 3cm, người ta quấn hai lớp dây đồng có đường kính d = mm Nối cuộn dây thu với nguồn điện có suất điện động ε = 1,4 V Hỏi a Sau thời gian t đảo khóa từ vị trí sang vị trí 2, dòng điện cuộn dây giảm 1000 lần b Nhiệt lượng Jun tỏa ống dây (sau đảo khóa) c Năng lượng từ trường ống dây trước đảo khóa Cho điện trở suất đồng ρđồng = 1,7.10-8 Ω.m Tóm tắt: l = 50 cm D = 3cm d = mm ε = 1,4 V I/I0 = 1/1000 Xác định: t, Q, W Giải: * Nhận xét: Do cuộn dây có điện trở R nên coi mạch toán tương tương với mạch RL Khi K vị trí mạch có dòng điện I0 chuyển sang vị trí dòng điện mạch RL không giảm giảm theo hàm e mũ (do tượng tự cảm) sử dụng công thức trường hợp khóa từ U trạng thái đóng chuyển sang trạng thái mở: = E /V R từ công thức ta thấy cần phải xác định hai đại lượng quan trọng điện trở R độ tự cảm L cuộn dây - Xác định điện trở R: • Công thức tính điện trở là: o o o =3 _# d Tổng số vòng dây: = mđồpq = 8% '% ố 9ớt Gậ độ 5ò j = = 1000 5ò j _ Chiều dài dây là: = g (thực lớp thứ đường kính vòng dây D + 2d D >> d nên ta coi hai lớp có đường kính vòng dây) điện trở cuộn dây là: : = mđồpq !{f |# { } = mđồpq - Xác định độ tự cảm: • Công thức tính độ tự cảm ống dây hình trụ: DNK - 2014 ℎ ềy d!f _# = mđồpq ~8f _• ≈ 2 Ω Trần Thiên Đức – ductt111@gmail.com – ductt111.com S= = - Cường độ dòng điện thời điểm t là: = - Nhiệt lượng tỏa ống dây là: … O=6 … ) =6 E/ X R 49 g = U E /V R → & &% U 39g ≈ 1,78.10/D [ X & = E /V R → = − ln ƒ „ ≈ 6,2.10/D ) & … ) 1 = †− S E / X R ‡B = S 2 % \ = S ƒ „ = 4,36.10/d ˆ - Năng lượng từ trường trước đảo khóa lượng tỏa ống dây: W = Q (định luật bảo toàn lượng) * Chú ý: - Các công thức cần nhớ: • • • • Công thức tính độ tự cảm ống dây hình trụ: S = … Nhiệt lượng tỏa ống dây: O = ‰ Mật độ vòng dây: =_ Độ tự cảm ống dây hình trụ: S = DNK - 2014 !# ' !# ' 10