CHUYÊN đề cảm ỨNG điện từ bồi DƯỠNG học SINH GIỎI lớp 11, 12

- Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch điện tỷ lệ thuận với tốc độ biếnthiên của từ thông qua mạch. ΔΦ: là độ biến thiên từ thông trong thời gian Δt;  ec: là suất điện động cảm

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN

1 Lời giới thiệu

Vật lý là một môn học gắn liền với các hiện tượng trong đời sống và kĩ

thuật hằng ngày Nó là môn học khó và trừu tượng, cơ sở của nó là toán học Bài

tập vật lý rất đa dạng và phong phú

Bồi dưỡng học sinh giỏi nói chung và bồi dưỡng học sinh giỏi môn vật línói riêng cho các kỳ thi tuyển học sinh giỏi là vấn đề luôn được các cấp quản lý,các giáo viên trực tiếp giảng dạy quan tâm, trăn trở Đây là công việc hàng năm,khó khăn thường nhiều hơn thuận lợi, nhưng rất có ý nghĩa đối với các trườngTHPT Kết quả thi học sinh giỏi số lượng và chất lượng là một trong các tiêu chíquan trọng, phản ánh năng lực, chất lượng dạy và học của các trường, của giáoviên và học sinh

Thực trạng trình độ nhận thức của học sinh THPT chưa cao, đặc biệt làđối với học sinh vùng nông thôn, trung du phân phối thời gian cho học tập còn ít

so với lượng kiến thức của SGK và thiếu thốn sách tham khảo nên việc nhậndạng và phân loại, tổng hợp các dạng bài toán để xác định được cách giải củabài toán là hết sức khó khăn đối với phần lớn học sinh

Trong quá trình dạy học chuyên đề và bồi dưỡng HSG vật lý 11, 12 khidạy phần “Cảm ứng điện từ”, tôi nhận thấy các em đều gặp khó khăn trong khilàm bài tập phần này Đa số các em chỉ có thể làm được các bài toán cơ bản,mang tính chất vận dụng công thức trứ ít khi hiểu rõ được hiện tượng, bản chất

và làm được những bài toán mang tích chất phức tạp

Trong quá trình dạy học và bồi dưỡng học sinh khá giỏi, để giải được cácbài toán về phần này đòi hỏi các em phải có tính vận dụng cao Chính vì thế,người giáo viên phải làm thế nào để tìm ra phương pháp, phân loại bài tập tốtnhất nhằm tạo cho học sinh niềm say mê yêu thích môn học này và giúp họcsinh việc phân loại các dạng bài tập và hướng dẫn cách giải đơn giản và nhanhnhất, chính xác nhất là rất cần thiết cho hình thức thi chọn học sinh giỏi Vật líhiện nay Việc làm này rất có lợi cho học sinh trong thời gian ngắn nắm đượccác dạng bài tập, nắm được phương pháp giải và từ đó có thể phát triển hướng

tìm tòi lời giải mới cho các dạng bài tương tự Để giải quyết vấn đề trên tôi bước

vào nghiên cứu đề tài “CHUYÊN ĐỀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI LỚP 11, 12”.

2 Tên sáng kiến: “CHUYÊN ĐỀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI LỚP 11, 12”.

3 Tác giả sáng kiến:

- Họ và tên: Nguyễn Văn Tuấn.

- Địa chỉ tác giả sáng kiến: Trường THPT Đồng Đậu.

- Số điện thoại: 0965.761.978 E_mail: nguyentuan.ly@gmail.com.

4 Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến: Nguyễn Văn Tuấn

5 Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Ôn thi học sinh giỏi Vật lý lớp 11, 12 cấp tỉnh.

6 Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu: 15/8/2019

7 Mô tả bản chất của sáng kiến:

 S là tiết diện khung dây (m2);

  B; n là góc hợp bởi các đường sức từ và pháp tuyến của mặt phẳngkhung dây;

 Φ là từ thông (Wb)

2 Hiện tượng cảm ứng điện từ

- Điều kiện: Khi có sự biến thiên từ thông qua diện tích giới hạn bởi một mạch

điện kín thì trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng.

- Định luật Len-xơ: Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh rachống lại sự biến thiên của từ thông sinh ra nó

3 Định luật Faraday về cảm ứng điện từ

2

- Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch điện tỷ lệ thuận với tốc độ biếnthiên của từ thông qua mạch.

 ΔΦ: là độ biến thiên từ thông trong thời gian Δt;

 ec: là suất điện động cảm ứng của khung dây

4 Suất điện động cảm ứng xuất hiện trên đoạn dây chuyển động trong từ trường đều

Ec = Bl.v.sinαTrong đó:

 B là cảm ứng từ của từ trường đều (T);

 v là tốc độ chuyển động của đoạn dây (m/s);

  B; v

- Quy tắc bàn tay phải: Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngón cái choãi

ra 90o hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây, khi đó đoạn dây dẫn đóngvai trò như một nguồn điện, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chỉ chiều từ cực

âm sang cực dương của nguồn điện đó

5 Tự cảm

- Độ tự cảm của một ống dây: S

l

N I

L

2

7 10

 I là cường độ dòng điện chạy trong ống dây (A)

 Φ là từ thông qua tiết diện ống dây (Wb)

II – PHÂN LOẠI BÀI TẬP TRONG NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN

1 Bài tập xác định chiều của dòng điện cảm ứng

1.1 Phương pháp giải bài tập:

* Áp dụng định luật Len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng:

Gọi: B là cảm ứng từ của từ trường ban đầu;

c

B là cảm ứng từ của từ trường do dòng điện cảm ứng sinh ra

- Nếu  tăng thì cảm ứng từ B c ngược chiều với chiều của cảm ứng từ

B

- Nếu  giảm thì cảm ứng từ B c cùng chiều với chiều của cảm ứng từ

B

* Các bước xác định chiều dòng điện cảm ứng:

- Xác định chiều của từ trường ban đầu B

- Xét từ thông  (số đường sức từ) qua tiết diện khung dây tăng hay giảm

- Dựa vào định luật Len-xơ để xác định chiều của B c

- Áp dụng quy tắc đinh ốc để xác định chiều của dòng điện cảm ứng

1.2 Ví dụ:

Ví dụ 1: Cho hệ thống như hình vẽ: Nam châm chuyển động lên phía trên theo

phương thẳng đứng, xác định chiều dòng điện cảm ứng trong vòng dây Dưới tácdụng của lực từ, vòng dây có thể chuyển động theo chiều nào?

Giải:

- Từ trường do nam châm sinh ra đi qua vòng dây sẽ tạo ra một từ

thông qua vòng dây

- Khi nam châm ra xa vòng dây, số đường sức qua tiết diện vòng dây

là giảm Do đó, từ thông qua vòng dây có độ lớn giảm dần và trong

vòng dây xuất hiện dòng điện cảm ứng Ic

- Áp dụng định luật Len-xơ ta thấy: Ic sinh ra từ trường có cảm ứng từ B c cùngchiều với B

4

- Theo quy tắc đinh ốc, ta suy ra đòng điện Ic có chiều như hình vẽ.

- Dòng điện cảm ứng Ic khiến vòng dây có tác dụng như một nam châm mà mặttrên là mặt Nam, mặt dưới là mặt Bắc Do đó, vòng dây bị nam châm hút Vậyvòng dây có thể chuyển động lên phía trên

1.3 Bài tập củng cố:

Bài 1 Một thí nghiệm được bố trí như hình vẽ

Hãy xác định chiều dòng điện cảm ứng trong mạch C

khi con chạy biến trở đi xuống

Bài 2 Một nam châm đưa lại gần vòng dây như hình

vẽ Hỏi dòng điện cảm ứng trong vòng dây có chiều

như thế nào và vòng dây sẽ chuyển động về phía nào?

Bài 3 Một vòng dây kim loại treo trên sợi dây mảnh

song song với mặt cắt của một cuộn dây Cuộn dây

được mắc vào mạch điện như hình vẽ Khi khóa K đóng thìtrong vòng kim loại xuất hiện dòng điện cảm ứng có

chiều như thế nào và vòng kim loại chuyển động ra sao?

2 Bài tập xác định suất điện động cảm ứng và cường độ dòng điện cảm ứng 2.1 Phương pháp giải bài tập:

- Áp dụng công thức tính từ thông:  NB S cos  Từ đó 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 dòngđiện cảm ứng

2.2 Ví dụ:

Ví dụ 1: Một cuộn dây phẳng có 100 vòng, bán kính mỗi vòng dây là 0,1m.

Cuộn dây được đặt trong từ trường đều, mặt phẳng cuộn dây vuông góc với cácđường cảm ứng từ Lúc đầu cảm ứng từ của từ trường có giá trị 0,2T Cuộn dây

có điện trở là r = 2,1Ω Tìm suất điện động cảm ứng trung bình trong cuộn dây

và dòng điện chạy trong cuộn dây nếu trong khoảng thời gian 0,1s:

a) cảm ứng từ của từ trường tăng đều đặn lên

10 28 , 6 100

- Dòng điện chạy trong cuộn dây là: 3

1 , 2

28 , 6

10 28 , 6 100

- Dòng điện chạy trong cuộn dây là: 3

1 , 2

28 , 6

Ví dụ 2: Một dây dẫn chiều dài l = 2m, điện trở R = 4Ω được

uốn thành một hình vuông Các nguồn E1 = 10V, E2 = 8V, r1 =r2 = 0, được mắc vào các cạnh hình vuông như hình Mạch

được đặt trong một từ trường đều B vuông góc với mặt

phẳng hình vuông và hướng ra sau hình vẽ, B tăng theo thời

gian theo quy luật B = kt, k = 16T/s Tính cường độ dòng

điện chạy trong mạch

Do B tăng nên trong mạch sẽ xuất hiện một suất điện động Ec; dòng điệncảm ứng do Ec sinh ra phải có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra ngược chiềuvới từ trường ngoài B.

Suất điện động cảm ứng Ec được biểu diễn như hình vẽ:

) ( 4 4

.

2

V l

k

E

S k t

t k S t

B S t

BS t

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 = 0,2mm2 có trục song song với B của từtrường đều Tốc độ biến thiên của từ trường là 0,2T/s Lấy πR = 3,2

a) Nối hai dầu cuộn dây với tụ điện có điện dung C = 1μF Tính điện tích của tụF Tính điện tích của tụđiện

b) Nối hai đầu cuộn dây với nhau Tính cường độ dòng cảm ứng và công suấtnhiệt trong 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 hiện trên cuộn dây là:

6 , 1 2 , 0 4

1 , 0 2 , 3 1000

4

.

.

2 2

B N t

S B N t N

a) Nối hai đầu cuộn dây với tụ điện thì hiệu điện thế giữa hai bản tụ bằng suấtđiện động cảm ứng xuất hiện trên cuộn dây: U = ec = 1,6 (V) Điện tích của tụlà:

q = C.U = 10-6.1,6 = 1,6.10-6 (C) = 1,6 (μF Tính điện tích của tụC)

b) Nối hai đầu cuộn dây với nhau, ta được một mạch điện kín.

- Điện trở của cuộn dây là:

32 10

2 , 0

1 , 0 2 , 3 1000 10 2

l

- Cường độ dòng điện cảm ứng xuất hiện trên cuộn dây là:

05 , 0 32

6 , 1

Ví dụ 4: Vòng dây dẫn diện tích S = 1m2 đặt trong một từ trường đều có B

vuông góc với mặt phẳng vòng dây Hai tụ điện C1 = 1μF Tính điện tích của tụF, C2 = 2μF Tính điện tích của tụF được mắcnối tiếp trong vòng dây ở vị trí xuyên tâm đối Cho B thay đổi theo thời gian B =

kt, k = 0,6T/s Tính hiệu điện thế và điện tích của mỗi tụ

2 2

S B t

E

Gọi hiệu điện thế hai đầu mỗi tụ là U1, U2

Ta có: UMQ + UQP = UMN + UNP

) ( 6 , 0

2 1 2

1

2 1 2

1

V E

E

U

U

U E E

- Theo định luật bảo toàn điện tích, ta lại có:

Q1 = Q2  C1U1 = C2U2  U1 = 2U2

V U

Điện tích của mỗi tụ: Q1 = Q2 = 0,4 (μF Tính điện tích của tụC)

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 như

hình Xác định suất điện động cảm ứng, độ lớn và

chiều dòng điện cảm ứng trong vòng nếu trong thời

gian Δt = 0,01s, từ trường:

a) Giảm đều từ B xuống đến không

b) Tăng đều từ không lên B

Bài 2 Trong hình vẽ Oc là một thanh cách điện có thể quay quanh trục đi qua O

và vuông góc với mặt phẳng của hình vẽ Tại đầu c

của thanh đó có gắn một thanh kim loại mảnh ab

Cho biết ac = cb, ab = Oc = R và α = 60º Khi hệ

nói trên quay đều quanh O với tốc độ góc ω (theo

chiều kim đồng hồ) người ta đặt vào hệ một từ

trường đều, vecto cảm ứng từ B có hướng vuông

góc với mặt phẳng hình vẽ và hướng ra phía sau

Hãy tìm biểu thức của hiệu điện thế U giữa hai đầu a và b

Bài 3 Cuộn dây có N = 100 vòng, diện tích mỗi vòng S = 300cm2 có trục songsong với B của từ trường đều, B = 0,2T Quay đều cuộn dây để sau Δt = 0,5s,trục của nó vuông góc với B Tính suất điện động cảm ứng trung bình trongcuộn dây

Bài 4 Vòng dây đồng (ρ = 1,75.10-8Ωm) đường kính d = 20cm, tiết diện S0 =5mm2 đặt vuông góc với B của từ trường đều Tính độ biến thiên ΔB/Δt củacảm ứng từ khi dòng điện cảm ứng trong vòng dây I = 2A

Bài 5 Cuộn dây N = 1000 vòng, diện tích mỗi vòng S = 20cm2 có trục songsong với B của từ trường đều Tính độ biến thiên ΔB của cảm ứng từ trong thờigian Δt = 10-2s khi có suất điện động cảm ứng Ec = 10V trong cuộn dây

O α

Bài 2

Bài 6 Vòng dây dẫn diện tích S = 100cm2, điện trở R = 0,01Ω quay đều trong từtrường đều B = 0,05T, trục quay là một đường kính của vòng dây và vuông gócvới B Tìm cường độ trung bình trong vòng và điện lượng qua tiết diện vòngdây nếu trong thời gian Δt = 0,5s, góc  n; B thay đổi từ 60º đến 90º.

Bài 7 Trên hai cạnh AB và CD của một khung dây dẫn hình vuông

cạnh a = 0,5m, điện trở tổng cộng R = 4, người ta mắc hai nguồn

điện E1 = 10V, E2 = 8V; điện trở trong của hai nguồn bằng không

như hình vẽ bên Mạch điện được đặt trong một từ trường đều có

- Độ lớn của suất điện động cảm ứng là: EC = (16t.S) 16S 4V

3.1 Phương pháp giải bài tập:

- Áp dụng công thức về suất điện động tạo bởi đoạn dây chuyển động trong từtrường

- Kết hợp với công thức của các định luật về dòng điện không đổi để tính các đạilượng điện

ur

B

- Kết hợp với các định luật Newton để tính các đại lượng cơ học.

3.2 Ví dụ:

Ví dụ 1: Dây dẫn chiều dài l = 20cm chuyển động với vận tốc v = 18km/h theo

phương vuông góc với các đường sức từ của một từ trường đều có cảm ứng từ

B = 0,5T Tính từ thông qua diện tích mà dây quét trong thời gian Δt = 1s vàsuất điện động xuất hiện ở hai đầu dây

5 , 0

Ví dụ 2: Một đoạn dây dẫn thẳng AB, chiều dài l = 20cm được treo nằm ngang

bằng hai dây dẫn mảnh nhẹ thẳng đứng, chiều dài L = 40cm Hệ thống được đặttrong một từ trường đều thẳng đứng, B = 0,1T Kéo lệch AB để dây treo hợp vớiphương thẳng đứng một góc α0 = 60o rồi buông tay Tìm biểu thức suất điệnđộng cảm ứng xuất hiện trong thanh AB khi dây treo lệch một góc α so vớiphương thẳng đứng Bỏ qua lực cản không khí Từ đó suy ra suất điện động cảmứng cực đại

Giải:

- Chọn gốc thế năng tại vị trí đoạn dây AB khi dây treo có phương thẳng đứng

- Theo định luật bảo toàn cơ năng, ta có:

W = W0

0 2

2

1

mgh mv

2

1 cos

mgL

I

A M

α

β L

v

l B

B vuông góc khung dây, hướng từ trên xuống,

B = 0,1 T Điện trở ampe kế và hai thanh ray

không đáng kể Thanh MN có thể trượt trên hai

đường ray

a) Tìm số chỉ của me kế và lực điện từ đặt

lên MN khi MN được giữ đứng yên

b) Tìm số chỉ của ampe kế và lực điện từ đặt lên MN khi MN chuyển độngđều sang phải với v = 3 m/s

c) Muốn ampe kế chỉ 0, MN phải chuyển động về hướng nào với vận tốcbao nhiêu?

Giải:

a) Khi thanh MN được giữ đứng yên:

- Số chỉ của ampe kế bằng cường độ dòng điện qua

đoạn dây MN:

5 , 0 1 , 0 9 , 2

5 , 1

E, r

B

05 , 0 90 sin

3 , 0 5 , 1

E E

- Lực từ tác dụng lên đoạn dây MN:

06 , 0 90 sin

I l B o

Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn MN có chiều như hình vẽ

c) Để ampe kế chỉ số 0, trên thanh MN phải xuất

hiện một suất điện động cảm ứng Ec xung đối với E,

có độ lớn Ec = E

- Trên hình vẽ, theo quy tắc bàn tay phải, ta xác định

được: thanh MN phải chuyển động sang trái

E

Ví dụ 4: Cho hệ thống như hình, thanh dẫn AB = l khối

lượng m trượt thẳng đứng trên hai ray, B nằm ngang

Do trọng lực và lực điện từ, AB trượt đều với vận tốc v

a) Tính v, chiều và độ lớn dòng điện cảm ứng IC

Ví dụ 4

N

M A

b) Khi các ray hợp với mặt ngang góc α, AB sẽ trượt với vận tốc bao nhiêu? IC

là bao nhiêu?

Giải:

a) Khi hệ thống được đặt thẳng đứng như hình vẽ:

- Ban đầu, do tác dụng của trọng lực P , thanh AB sẽ

trượt xuống Lúc đó, từ thông qua mạch ABCD tăng,

xuất hiện một suất điện động cảm ứng Ec và dòng điện

cảm ứng có cường độ Ic Thanh AB có dòng điện Ic đi

qua sẽ chịu tác dụng của lực từ F của từ trường đều B

- Để chống lại sự biến thiên từ thông qua mạch, lực từ F sẽ có chiều hướng lên

- Khi thanh AB rơi, vận tốc v tăng dần, Ec, Ic và F cũng tăng dần Đến một lúcnào đó, F = P, thì thanh MN sẽ bắt đầu rơi đều

- Dùng quy tắc bàn tay phải, ta xác định được chiều dòng điện cảm ứng Ic trênthanh AB từ B đến A

R

v l B R

E

c

.





- Khi thanh AB chuyển động đều:

mg R

v l B mg l B I P

b) Khi các thanh ray được đặt nghiêng góc α so với mặt phẳng ngang:

- Khi các ray hợp với mặt ngang góc α, hiện tượng xảy ra tương tự như trên, chỉkhác hướng vận tốc của thanh AB

v l B R

.

v l

B





sin '.

' 2 2

l B



Ví dụ 5: Một thanh kim loại MN nằm ngang có khối lượng m có thể trượt không

ma sát dọc theo hai thanh ray song song, các thanh ray hợp với phương mặtphẳng ngang một góc α Đầu dưới của hai ray nối với một tụ điện C (hình vẽ)

Hệ thống đặt trong một từ trường thẳng đứng hướng lên Khoảng cách giữa hai

ray là l Bỏ qua điện trở của mạch Tính gia tốc chuyển động của thanh MN.

B

Khi đó, tụ được tích điện: q = C.u = C.e c = B.C.l.v.cosα.

- Thanh MN chuyển động có gia tốc nên suất điện động cảm ứng trên thanh MNthay đổi theo thời gian, tức là điện tích của tụ có sự thay đổi Như vậy trong

Ví dụ 5

mạch xuất hiện dòng chuyển dời các điện tích giữa hai bản tụ, tức là xuất hiệndòng điện Cường độ dòng điện trong mạch:





 cos cos cos

.

a BCl t

v l

BC t

v l C

P 

Chiếu các vectơ lên trục Ox, ta được:

mg.sinα – B.I.l.cosα = m.a

2 2 2

cos

sin

cos sin

.

l B C m

mg a

ma a

l C B mg

Câu 1: HSG Vĩnh Phúc năm 2011 – 2012: Hai thanh ray

có điện trở không đáng kể được ghép song song với nhau,

cách nhau một khoảng l trên mặt phẳng nằm ngang Hai đầu của hai thanh đượcnối với nhau bằng điện trở R Một thanh kim loại có chiều dài cũng bằng l, khối

lượng m, điện trở r, đặt vuông góc và tiếp xúc với hai thanh Hệ thống đặt trongmột từ trường đều B ur

có phương thẳng đứng như hình vẽ bên

1 Kéo cho thanh chuyển động đều với vận tốc v

a Tìm cường độ dòng điện qua thanh và hiệu điện thế giữa hai đầu thanh

b Tìm lực kéo nếu hệ số ma sát giữa thanh với ray là μF Tính điện tích của tụ

2 Ban đầu thanh đứng yên Bỏ qua điện trở của thanh và ma sát giữa thanh vớiray Thay điện trở R bằng một tụ điện C đã được tích điện đến hiệu điện thế U0.Thả cho thanh tự do, khi tụ phóng điện sẽ làm thanh chuyển động nhanh dần.Sau một thời gian, tốc độ của thanh sẽ đạt đến một giá trị ổn định vgh Tìm vgh?Coi năng lượng hệ được bảo toàn

2 Khi thanh chuyển động ổn định thì gia tốc của nó bằng 0

 cường độ dòng điện trong mạch bằng 0

 hiệu điện thế trên tụ bằng suất điện động cảm ứng: U = E = Blvgh

Bảo toàn năng lượng:

17

M 1

  B

Câu 2: Một khung dây dẫn hình tròn đồng tâm O đặt trong từ trường đều B =

0,005T, đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung dây Thanh kim loại OMdài ℓ = 50cm, quay quanh điểm O và đầu M của thanh luôn luôn tiếp xúc vớikhung dây Điểm C của khung dây được nối với đầu O của thanh kim loại quamột ampe kế Chiều quay của thanh kim loại OM và chiều của đường sức từ nhưhình vẽ bên

a Hãy chỉ ra chiều dòng điện cảm ứng qua các dây dẫn C1M và C2M?

b Sợi dây dẫn làm khung làm khung có tiết diện như nhau và có điện trở

R = 0,05 Hỏi khi thanh kim loại OM quay từ điểm 1 đến điểm 2 thì số chỉ củaampe kế thay đổi theo thế nào? Hỏi số chỉ của ampe kế khi đầu M của thanh điqua điểm D? Cho biết thanh OM quay đều với tốc độ góc là 2 vòng/giây

Hướng dẫn giải

a

- Khi thanh kim loại quay thì thanh kim loại

đóng vai trò như một nguồn điện

- Theo quy tắc bàn tay phải ta xác định được

đầu O của thanh là cực âm, đầu M là cực dương

của nguồn điện đó Do đó các dòng điện i1, i2 có

chiều như đã chỉ trên hình vẽ bên

b

- Giả sử thanh OM quay được một góc nhỏ là  Khi đó thanh OM đã quétđược một diện tích bằng hình MOM’ (như hình vẽ) Vì  nhỏ nên cung trònMM’ cũng nhỏ Do đó ta có thể coi hình MOM’ là hình tam giác Diện tích củahình tam giác này là: 1 1 2

M

D C

2 1

- Độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất điện trong thanh OM là:

2 c

- Gọi cung C1M là  thì cung C2M là 2  

- Gọi điện trở của cung C1M và C2M lần lượt là R1 và R2 Khi đó ta có

- Khi đầu M của thanh kim loại gần điểm 1 thì  rất nhỏ, gần điểm 2 thì 2  

cũng rất nhỏ, khi đó i rất lớn Do tính chất đối xứng của khung dây nên ta có thểsuy luận ra rằng khi đầu M tiến lại gần D thì i giảm dần, ra xa D thì i tăng dần.Vậy khi M đến đúng điểm D thì i cực tiểu Khi đó   Do đó ta có:

Câu 3: Một ống dây dài 40cm, đường kính 4cm có 400 vòng dây quấn sát nhau.

Ống dây mang dòng điện cường độ I = 1A

a Hãy tính cảm ứng từ và năng lượng tù trường trong ống dây?

b Tính từ thông qua ống dây?

c bây giờ ngắt ống dây khỏi nguồn điện Hãy tính suất điện động cảmứng trong ống dây Coi rằng từ thông qua ống dây giảm đều từ giá trị ban đầuđến 0A trong khoảng thời gian 0,01s

Hướng dẫn giải

a

- Cảm ứng từ bên trong ống dây là: 7 7 N

Câu 4: Một dây dẫn cứng có điện trở rất nhỏ, được uốn thành khung phẳng

ABCD nằm trong mặt phẳng nằm ngang, cạnh AB

và CD đủ dài, song song nhau, cách nhau một

khoảng l = 50 cm Khung được đặt trong một từ

trường đều có cảm ứng từ B = 0,5 T, đường sức từ

hướng vuông góc với mặt phẳng của khung như hình vẽ bên Thanh kim loại

MN có điện trở R= 0,5  có thể trượt không ma sát dọc theo hai cạnh AB và

CD

1 Hãy tính công suất cơ cần thiết để kéo thanh MN trượt đều với tốc độ v=2

m/s dọc theo các thanh AB và CD So sánh công suất này với công suất tỏa nhiệttrên thanh MN

2 Thanh MN đang trượt đều thì ngừng tác dụng lực Sau đó thanh còn có thể

trượt thêm được đoạn đường bao nhiêu nếu khối lượng của thanh là m = 5 g?

- Cường độ dòng điện cảm ứng bằng: .

R

Bvl R

I E 

- Khi đó lực từ tác dụng lên thanh MN sẽ hướng ngược chiều với v r

và có độlớn:

.

2 2

R

v l B BIl

R

v l B v F Fv

- Thay các giá trị đã cho ta được: P  0 W,5

- Công suất tỏa nhiệt trên thanh MN:

2 2 2 2

R

v l B R I

P n  

- Vậy công suất cơ bằng công suất tỏa nhiệt trên MN

- Sau khi ngừng tác dụng lực, thanh chỉ còn chịu tác dụng của lực từ Độ lớn

trung bình của lực này là: .

2 2

2 2

R

v l B F

- Giả sử sau đó thanh trượt được thêm đoạn đường S thì công của lực từ này là:

2

2 2

S R

v l B S F

- Theo định luật bảo toàn NL, đến khi thanh dừng lại thì toàn bộ động năng này

được chuyển thành công của lực từ (lực cản) nên: .

2 2

R

v l B

mv 

Từ đó suy ra: 2 2 0 , 08 (m) 8cm.

l B

mvR

Câu 5: Hai dây dẫn thẳng song song, điện trở

không đáng kể, đặt trong mặt phẳng nằm ngang,

một đầu nối vào nguồn điện E 0 ( E 0 = 3 V, r 0 = 1,5 Ω),), đầu kia nối với điện trở R

= 1Ω), thông qua một khóa K Một thanh kim loại MN có chiều dài l = 20 cm,

điện trở r = 1 Ω),, chuyển động dọc theo hai dây dẫn nói trên với vận tốc không đổi v = 20 m/s và luôn vuông góc với hai dây dẫn này Mạch điện đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ hướng thẳng đứng và độ lớn B = 0,5T như hình vẽ

bên

1 Khóa K mở

a) Tính cường độ dòng điện qua thanh MN, và U MN ?

b) Cho khối lượng của thanh là m = 30 g, hệ số ma sát giữa thanh với hai dây là μ = 0,1 Tìm lực kéo nằm ngang cần tác dụng lên thanh MN để làm cho

nó chuyển động đều với vận tốc như trên?

2 Khóa K đóng Tìm hiệu điện thế giữa hai điểm MN.

Suy ra: UMN = - E0 + I.r0 = -2,4V

1.b Lực kéo nằm ngang cần tác dụng lên thanh để làm cho nó chuyển động đều

Fk = BIl + μF Tính điện tích của tụmg = 0,07 N

M

B