Công thức và bài tập chương cảm ứng điện từ

Chương “cảm ứng điện từ” CHƯƠNG V: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ DẠNG 1: XÁC ĐỊNH CHIỀU DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG I PHƯƠNG PHÁP - Xác định chiều vectơ cảm ứng từ xuyên qua khung dây - Xét từ thông qua khung dây: Φ = BS cos α tăng hay giảm + Nếu ϕ tăng, Bc ngược chiều B + Nếu ϕ giảm, Bc chiều B - Sau xác định chiều Bc, chiều iC xác định theo quy tắc nắm bàn tay phải quy tắc mặt nam , bắc II BÀI TẬP Câu hỏi 1: Hình vẽ sau xác định chiều dòng điện cảm ứng cho nam châm dịch chuyển lại gần xa vòng dây kín: A S v N Icư B S N Icư v v C S N Icư D v S N Icư= Câu hỏi 2: Hình vẽ sau xác định chiều dòng điện cảm ứng cho vòng dây dịch chuyển lại gần xa nam châm: 00 A N S v Icư B N C N S v v v Icư D N S S Icư Icư= Câu hỏi 3: Hình vẽ sau xác định chiều dòng điện cảm ứng nam châm đặt thẳng đứng tâm vòng dây bàn bị đổ: v A N v S B Icư N S N v C S Icư v D Icư S N Icư =0 Câu hỏi 4: Hình vẽ sau xác định chiều dòng điện cảm ứng cho nam châm vòng dây dịch chuyển, với v1 > v2: v2 v2 v2 v2 A S N v1 Icư B S N v1 Icư C v1 S N Icư D Câu 5: Xác định chiều dòng điện cảm ứng vòng dây nhìn vào mặt trường hợp cho nam châm rơi thẳng đứng xuyên qua tâm vòng dây giữ cố định hình vẽ: A Lúc đầu dòng điện kim đồng hồ, nam châm xuyên qua đổi chiều ngược kim đồng hồ - - v1 S N N S v Icư= Chương “cảm ứng điện từ” B Lúc đầu dòng điện ngược kim đồng hồ, nam châm xuyên qua đổi chiều kim đồng hồ C khơng có dòng điện cảm ứng vòng dây D Dòng điện cảm ứng kim đồng hồ Câu 6: Hình vẽ sau xác định chiều dòng điện cảm ứng cho vòng dây tịnh tiến với vận tốc từ trường đều: B A B v Icư v v B v Icư C D Icư Icư = B B Câu 7: Hình vẽ sau xác định chiều dòng điện cảm ứng cho vòng dây tịnh tiến với vận tốc từ trường đều: B A v v B v B v D B C Icư Icư B Icư = Icư Câu 8: Hình vẽ sau xác định chiều dòng điện cảm ứng: A I1 Icư v B I1 Icư v B giảm R tăng Icư A C D Icư vòng dây cố định Câu 9: Hình vẽ sau xác định chiều dòng điện cảm ứng: A A Icư A Icư C B Icư A R giảm R tăng R giảm Câu 10: Tương tác khung dây ống dây hình vẽ bên cho khung dây dịch chuyển xa ống dây là: A đẩy B hút C Ban đầu hút nhau, đến gần đẩy D khơng tương tác Icư=0 A D R tăng v Câu 11: Cho dòng điện thẳng cường độ I khơng đổi Khung dây dẫn hình chữ nhật MNPQ đặt sát dòng điện thẳng, cạnh MQ trùng với dòng điện thẳng hình vẽ Hỏi khung dây có dòng điện cảm ứng: A khung quay quanh cạnh MQ B khung quay quanh cạnh MN C khung quay quanh cạnh PQ D khung quay quanh cạnh NP - - A I M N Q P Chương “cảm ứng điện từ” DẠNG 2: TÍNH TỪ THƠNG, SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG VÀ CƯỜNG ĐỘ DỊNG ĐIỆN CẢM ỨNG I PHƯƠNG PHÁP Theo đònh luật Len-xơ hệ SI suất điện động cảm ứng viết dạng : ec = − ∆Φ ∆t Trường hợp mạch điện khung dây có N vòng dây ec = − N Nếu B biến thiên ∆φ = Scosα∆( B ) Nếu S biến thiên ∆φ = Bcosα∆( S ) Nếu α biến thiên ∆φ = BS ∆ (cosα ) Nếu đề bắt tính dòng cảm ứng ic=ec/R ∆Φ ∆t II BÀI TẬP Bài 1: Một hình vng cạnh 5cm đặt từ trường có cảm ứng từ B=8.10-4T.Từ thơng qua hình vng 10-6Wb.Tính góc hợp véc tơ cảm ứng từ với mặt phẳng hình vng ĐS: α =300 r Bài 2: Một khung dây hình tròn diện tích S=15cm2 gồm N=10 vòng dây,đặt từ trường có B r hợp với véc tơ pháp tuyến n mặt phẳng khung dây góc α =300 hình vẽ B=0,04T.Tính độ biến thiên từ thông qua khung dây khi: a.Tịnh tiến khung dây vùng từ trường b.Quay khung dây quanh đường kính MN góc 1800 c.Quay khung dây quanh đường kính MN góc 3600 ĐS:a ∆φ =0, b ∆φ =-10,4.10-4Wb, c ∆φ =0 Bài 3: Một mạch kín hình vng,cạnh 10cm,đặt vng góc với từ trường có độ lớn thay đổi theo thời gian Tính tốc độ biến thiên từ trường,biết cường độ dòng điện cảm ứng i=2A điện trở mạch r=5 Ω ĐS:103T/s Bài 4: Một cuộn dây dẫn dẹt hình tròn, gồm N = 100 vòng, vòng có bán kính R = 10cm, mét  dài dây dẫn có điện trở R0 = 0,5Ω Cuộn dây đặt từ trường có vectơ cảm ứng từ B vng góc với mặt phẳng vòng dây có độ lớn B = 10 -2T giảm đến thời gian ∆t = 10-2s Tính cường độ dòng điện xuất cuộn dây BR ĐS: I = = 0,1A 2R ∆t Bài 5: Một khung dây dẫn hình vng,cạnh a=10cm,đặt cố định từ trường có véc tơ cảm ứng r r từ B vng góc với mặt phẳng khung.Trong khoảng thời gian ∆t = 0, 05 s,cho độ lớn B tăng từ đến 0,5T.Xác định độ lớn suất điện động cảm ứng xuất khung ĐS:0,1 V Bài 6: Một dây đồng điện trở R=3 Ω uốn thành hình vng cạnh a=40cm,hai đầu dây đồng nối với hai cực nguồn điện có suất điện động ξ =6V,điện trở không đáng kể.Mạch điện đặt r r từ trường có B hướng với véc tơ pháp tuyến n mặt phẳng hình vng hình vẽ Cảm ứng từ tăng theo thời gian theo quy luật B=15t(T).Xác định độ lớn chiều dòng điện mạch ĐS:I=1,2A,ngược chiều kim đồng hồ - - Chương “cảm ứng điện từ” Bài 7: Một khung dây dẫn có 2000 vòng đặt từ trường cho đường sức từ vng góc với mặt phẳng khung.Diện tích mặt phẳng vòng 2dm2.Cảm ứng từ từ trường giảm từ giá trị 0,5T đến 0,2T thời gian 0,1s.Tính suất điện động cảm ứng vòng dây tồn khung dây? ĐS: ec=6.10-2V,ectk=120V Bài 8: Một khung dây tròn,phẳng,gồm 1200 vòng,đường kính vòng d=10cm,quay từ trường quanh trục qua tâm nằm mặt phẳng khung dây.Ở vị trí ban đầu,mặt phẳng khung dây vng góc với đường sức từ,ở vị trí cuối,mặt phẳng khung dây song song với đường sức từ.Thời gian quay 0,1s.Cảm ứng từ trường B=0,005T.Tính suất điện động xuất cuộn dây ĐS:ec=0,471V Bài 9: Tại tâm vòng dây tròn phẳng gồm N = 50 vòng, vòng có bán kính r1 = 20 cm, người ta đặt khung dây nhỏ gồm N2 = 100 vòng, vòng có diện tích cm Khung dây nhỏ quay xung quanh đường kính khung dây lớn với vận tốc không đổi ω = 300 vòng/giây Tìm suất điện động cực đại khung dòng khung lớn có cường độ I = 10 A ĐS: 4,7.10-3 Bài 10: Một khung dây kín phẳng hình vng ABCD có cạnh a=10cm gồmN=250 vòng Khung chuyển động thẳng tiến lại khoảng không gian có từ trường Trong chuyển động cạnh AB AC nằm hai đường thẳng song song hình vẽ.Tính cường độ dòng điện chạy khung khoảng thời gian từ cạnh CB khung bắt đầu gặp từ trường đến khung vừa vặn nằm hẳn từ trường Chỉ rõ chiều dòng điện khung Cho biết điện trở khung Ω Vận tốc khung v=1,5m/s cảm ứng từ từ trường B=0,005T ĐS: I=0.0625 A, dòng điện cảm ứng ngược chiều kim đồng hồ Bài 11: Một khung dây hình chữ nhật có cạnh : a = 10 cm; b = 20 cm gồm 50 vòng dây quay từ trường có cảm ứng từ B = 0,5 T Trục quay khung nằm vng góc với đường sức từ Lúc đầu mặt phẳng khung vng góc với vectơ cảm ứng từ Khung quay với tốc độ góc ω = 100π (rad / s) Tính suất điện động trung bình khung dây thời gian quay 150 kể từ vị trí ban đầu ĐS: 20,5 V DẠNG 3: SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRONG MỘT ĐOẠN DÂY DẪN CHUYỂN ĐỘNG Qui tắc bàn tay phải Đặt bàn tay phải hứng đường sức từ, ngón choãi 90 hướng theo chiều chuyển động đoạn dây, đoan dây dẫn đóng vai trò nguồn điện, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chiều từ cực âm sang cực dương nguồn điện Biểu thức suất điện động cảm ứng đoạn dây: Khi đoạn dây dẫn chuyển động cắt đường sức từ độ lớn suất điện động đoạn dây là: ε = Blv Nếu v B vuông góc với đoạn dây, đồng thời v hợp với B góc α độ lớn suất điện động suất đoạn dây là: ε = Blvsin α - - Chương “cảm ứng điện từ” BÀI TẬP (Áp dụng quy tắc bàn tay phải định cực sđ đ chiều dòng cảm ứng đoạn dây) Câu 1: Đặt khung dây dẫn ABCD cạnh dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua hình vẽ Thanh AB trượt hai DE CF Điện trở R không đổi bỏ qua điện trở AB song song với dòng điện thẳng chuyển động thẳng với vận tốc vng góc với AB Dòng điện cảm ứng có: D A chiều từ A đến B, độ lớn không đổi A I B chiều từ B đến A, độ lớn không đổi R C chiều từ A đến B, độ lớn thay đổi C E v B F D chiều từ B đến A, độ lớn thay đổi Câu 2: Hình vẽ xác định chiều dòng điện cảm ứng đoạn dây dẫn chuyển động từ trường: A B Icư v B B B Icư = v v C v D B Icư Icư Câu Hình vẽ xác định chiều dòng điện cảm ứng đoạn dây dẫn chuyển động từ trường: v B B B A v Icư Icư v D C v Icư Icư B B Câu 4: Hình vẽ xác định chiều dòng điện cảm ứng đoạn dây dẫn chuyển động từ trường, biết dây dẫn vng góc với mặt phẳng hình vẽ: B A B B v B v Icư v B v D C Icư Icư Icư Câu 5: Hình vẽ xác định chiều dòng điện cảm ứng đoạn dây dẫn chuyển động từ trường, biết dây dẫn vng góc với mặt phẳng hình vẽ: B B v A Icư B Icư C v Icư B v Icư = D v B Câu 6: Hình vẽ xác định chiều dòng điện cảm ứng đoạn dây dẫn chuyển động từ trường: B A Icư v B Icư =0 B B C 00v v D Icư - - v Icư B Chương “cảm ứng điện từ” (Tính suất điện động cảm ứng) Bài 1: Một đoạn dây dẫn MN có chiều dài l=0,5m chuyển động từ trường có cảm ứng từ B=0,04T với vận tốc v=0,5m/s theo phương hợp với đường sức từ góc θ = 300 Tính suất điện động suất đoạn dây ĐS:ec=0,005V Bài Một máy bay có chiều dài cánh 25m bay theo phương ngang với tốc độ 720km/h Biết thành phần thẳng đứng cảm ứng từ trái đất B = 5.10-5T Tìm hiệu điện xuất hai đầu cánh máy bay r Bài 3: Một dẫn điện dài 1m,chuyển động từ trường có cảm ứng từ B=0,4T( B vng góc với r thanh) với vận tốc 2m/s,vng góc với làm với B góc θ = 450 a Tính suất điện động cảm ứng b Nối hai đầu với điện trở R=0,2 Ω thành mạch kín cường độ dòng điện qua điện trở bao nhiêu? ĐS:a ec=0,564V ; b I=2,82A (Dây dẫn trượt ngang từ trường đều) c.di Bài 3: Cho mạch điện hình vẽ,nguồn có ξ =1,5V,điện trở r=0,1 Ω Thanh MN r chuyển trái dài 1m có điện trở R=2,9 Ω Từ trường có B thẳng góc với MN gướng xuống với vận tốc Cảm ứng từ 0,1T.Ampe kế có điện trở khơng đáng kể 15m/s a Ampe kế MN đứng yên? b Ampe kế MN di chuyển phía phải với vận tốc v=3m/s c cho hai đầu MN tiếp xúc với hai đỡ kim loại? d Muốn Ampe kế số phải để MN di chuyển phía với vận tốc bao nhiêu? ĐS: a IA0,5A ; b.IA=0,6A ; ĐS: IA=0,08A; dòng Bài 4: Thanh dẫn MN trượt từ trường hình vẽ.Biết B=0,3T,Thanh MN dài 40cm,vận tốc 2m/s,điện kế có điện trở R=3 Ω Tính cường độ dòng điện qua điện kế điện theo chiều từ N → N’ rõ chiều dòng điện r ĐS: a) A; 0,4 b) Bài 5: Cho hệ thống hình vẽ, AB = 20 cm, khối lượng m= 10 g, B vng góc sang phải, 15 với khung dây dẫn, độ lớn 0,1 T, nguồn có suất điện động 1,2 V điện trở 0,5 Ω m/s, 4.10-3N Do lực điện từ lực ma sát, AB trượt với vận tốc 10 m/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 1,8 A phải kéo Ab c) trượt theo chiều vận tốc ? a.ChoHãy tínhđiện điệnnhư tíchhình vẽ,nguồn tụ, cườngcó độξdòng điện chạy mạch,lực từ tác lêntrởMN MN µ Fdụng Bài 6:b mạch =6V,r=0,1 có điện dungC=5 ,điện củakhi mạch Ω ,tụtrong đứng MN chuyển yên động sang phải với vận tốc 20m/s,bỏ qua lực ma sát MN khung R=2,9 Ω Điện trở MN không đáng kể,MN dài 1m: cảm ứng từ B=0,5T c Để tụ điện tích lượng điện tích Q=5,8.10-5C,thì MN phải di chuyển phía nào?và với vận tốc bao nhiêu? ĐS:a I=2A,Q=2,9.10-5C,F=1N; b.I=5,33A, Q=7,75.10-5C ,F=2,67N ; c.v=12m/s,sang phải Bài 7: Một kim loại MN dài l = 1m trượt hai ray đặt nằm ngang với vận tốc không đổi v = 2m/s Hệ thống đặt từ trường B = 1,5T có hướng hình vẽ Hai ray nối với ống dây có L = 5mH, R = 0,5Ω, tụ điện C = 2µF Tính lượng điện trường tụ điện: A 9.10-6 J B 8.10-6 J C 7.10-6 J D 6.10-6 J - - M L,R v B N C Chương “cảm ứng điện từ” (Dây dẫn chuyển động theo phương thẳng đứng) Bài 8: khung dây dẫn ABCD hình vng, cạnh a = 20 cm, gồm 10 vòng dây, đặt vùng khơng gian MNPQ có từ trường với kích cỡ phương, chiều từ trường hình vẽ Cảm ứng từ có độ lớn B = 0,05 T a Tính từ thơng gởi qua khung dây b.Cho khung dây tịnh tiến phía bên phải với tốc độ v = 10 m/s Xác định thời gian tồn suất điện động cảm ứng khung; tính độ lớn suất điện động cảm ứng trung bình xuất khung (trong thời gian trên) c Xác định chiều độ lớn dòng điện cảm ứng xuất khung dây Cho biết mật độ điện trở dây λ = 0,05 Ω/m ĐS: a Φ = 0, 02Wb ;b e c = 1V ;c ic = 2,5A Bài 8: Thanh đồng AB có khối lượng m=20g trượt không ma sát hai đồng đặt song song thẳng đứng cách đoạn l = 20cm, đầu hai nối với điện trở R= 0,1Ω hai đặt từ trường có B vng góc với mp chứa hai thanh.Cho AB rơi với Vo= a)Thanh AB chuyển động nào? Biết cảm ứng từ B = 0,5T b) Xác định dòng điện cảm ứng qua AB ĐS:a ; b DẠNG 4: HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM DÒNG ĐIỆN FU-CO HIỆN TƯNG TỰ CẢM I Dòng điện FU-CO Đònh nghóa: Dòng điện cảm ứng sinh khối vật dẫn vật dẫn chuyển động từ trường (hay đặt từ trường) biến đổi theo thời gian dòng điện FU-CO Tác dụng dòng điện FU-CO a Một vài ứng dụng dòng điện FU-CO - Gây lực để hãm chuyển động thiết bi máy móc hay dụng cụ - Dùng phanh điện từ xe có tải trọng lớn - Nhiều ứng dụng Công tơ điện b Một vài ví dụ trường hợp dòng điện FU-CO có hại - Làm nóng máy móc, thiết bò - Làm giảm công suất động II Hiện tượng tự cảm: Đònh nghóa Hiện tượng cảm ứng điện từ mạch điện biến đổi dòng điện mạch gây Suất điện động tự cảm: a Hệ số tự cảm: L = 4π.10-7n2.V L: Hệ số tự cảm (Henry: H) V: Thể tích ống dây (m3) ∆i b Suất điện động tự cảm: etc = −L ∆t II,BÀI TẬP - - Chương “cảm ứng điện từ” Bài Một ống dây dài 50cm, có 1000 vòng dây Diện tích tiết diện ống 20cm Tính độ tự cảm ống dây Giả thiết từ trường ống dây từ trường ĐS: L ≈ 5.10-3H Bài Một ống dây dài 50cm có 2500 vòng dây.Đường kính ống dây 2cm.Cho dòng điện biến đổi theo thời gian chạy qua ống dây.Sau thời gian 0,01s dòng điện tăng từ đến 1,5A.Tính suất điện động tự cảm ống dây ĐS:etc=0,74V Một dòng điện ống dây phụ thuộc vào thời gian theo cơng thức i=0,4(5-t),i tính A,t tính s.Ống dây có hệ số tự cảm L=0,05H.Tính suất điện động tự cảm ống dây ĐS:etc=0,02V Tính độ tự cảm ống dây dài 30cm, đường kính 2cm, có 1000 vòng dây Cho biết khoảng thời gian 0,01s cường độ dòng điện chạy qua ống dây giảm đặn từ 1,5A đến Tính suất điện động cảm ứng ống dây ĐS: L ≈ 2,96.10-3H ≈ 3.10-3H ; e = 0,45V Cho ống dây dài,có độ tự cảm L=0,5H,điện trở R=2 Ω Khi cho dòng điện có cường độ I chạy qua ống dây thù lượng từ trường ống dây W=100J a Tính cường độ dòng điện qua ống dây? b Tính cơng suất tỏa nhiệt ĐS:a I=20A; b.P =800W Một ống dây dài  = 31,4cm có 100 vòng, diện tích vòng S = 20cm2, có dòng điện I = 2A chạy qua a) Tính từ thơng qua vòng dây b) Tính suất điện động tự cảm cuộn dây ngắt dòng điện thời gian ∆t = 0,1s Suy độ tự cảm ống dây ĐS: a) Φ = 1,6.10-5 Wb ; b) e = 0,16V ; L = 0,008H Sau thời gian ∆t = 0,01s, dòng điện mạch tăng từ 2A đến 2,5A suất điện động tự cảm 10V Tính độ tự cảm cuộn dây ĐS: L = 0,2H Bài Bài Bài Bài Bài Bài Cho mạch điện hình vẽ,cuộn cảm có điện trở Dòng điện qua L 1,2A;độ tự cảm L=0,2H,chuyển khóa K từ vị trí a sang vị trí b,tính nhiệt lượng tỏa điện trở ĐS: Q=0,144J Bài Cho mạch điện hình vẽ,L=1H, ξ =12V,r=0,điện trở biến trở R=10 Ω Điều chỉnh biến trở để 0,1s điện trở biến trở giảm Ω a Tính suất điện động tự cảm xuất ống dây khoảng thời gian nói b Tính cường độ dòng điện mạch khoảng thời gian nói ĐS:a etc=12V; b.I=0 Một kim loại dài 1m trượt hai ray nằm ngang hình vẽ.Thanh kim loại chuyển động với vận tốc v=2m/s.Hai r ray đặt từ trường B hình vẽ.Hai ray nối với ống dây tụ điện.Ống dây có hệ số tự cảm L=5mH,có điện trởR=0,5 Ω Tụ điện có điện dung C=2 µ F Cho B=1,5T Cho biết điện trở MN hai ray có giá trị khơng đáng kể a Chiều dòng điện cảm ứng qua ống dây? b Năng lượng từ trường qua ống dây? c Năng lượng điện trường tụ điện? d Điện tích mà tụ tích bao nhiêu? ĐS: a.Q → N; b Wtừ=0,09J; c Wđiện=9.10-6J; d Q=6.10-6F Dòng điện qua ống dây khơng có lõi sắt biến đổi theo thời gian.Trong thời gian 0,01s cường độ dòng điện tăng từ i1=1A Bài 10 Bài 11 - - Chương “cảm ứng điện từ” Bài 12 đến i2=2A,suất điện động tự cảm ống dây etc=20V.Hỏi hệ số tự cảm ống dây độ biến thiên lượng từ trường ống dây ĐS: L=0,2H; ∆ W=0,3J Một từ trường 0,05 T hướng lên thẳng đứng Một kim loại dài 60 cm, nhìn từ xuống, quay theo chiều kim đồng hồ mặt phẳng nằm ngang quanh đầu với tần số 100Hz a) Đầu cực dương xuất suất điện động cảm ứng hai đầu thanh? b) Hiệu điện hai đầu bao nhiêu? ĐS: b)5,65 V - - ... - A I M N Q P Chương cảm ứng điện từ DẠNG 2: TÍNH TỪ THÔNG, SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG VÀ CƯỜNG ĐỘ DỊNG ĐIỆN CẢM ỨNG I PHƯƠNG PHÁP Theo đònh luật Len-xơ hệ SI suất điện động cảm ứng viết dạng :... dòng điện mạch tăng từ 2A đến 2,5A suất điện động tự cảm 10V Tính độ tự cảm cuộn dây ĐS: L = 0,2H Bài Bài Bài Bài Bài Bài Cho mạch điện hình vẽ,cuộn cảm có điện trở Dòng điện qua L 1,2A;độ tự cảm. .. cường độ dòng điện tăng từ i1=1A Bài 10 Bài 11 - - Chương cảm ứng điện từ Bài 12 đến i2=2A,suất điện động tự cảm ống dây etc=20V.Hỏi hệ số tự cảm ống dây độ biến thiên lượng từ trường ống dây