SKKN: Chuyên đề cảm ứng điện từ bồi dưỡng học sinh giỏi lớp 11, 12

Mục tiêu của đề tài là tìm ra phương pháp, phân loại bài tập tốt nhất nhằm tạo cho học sinh niềm say mê yêu thích môn học này và giúp học sinh việc phân loại các dạng bài tập và hướng dẫn cách giải đơn giản và nhanh nhất, chính xác nhất là rất cần thiết cho hình thức thi chọn học sinh giỏi Vật lí hiện nay.

BÁO CÁO KẾT QUẢ  NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN 1. Lời giới thiệu Vật lý là một mơn học gắn liền với các hiện tượng trong đời sống và kĩ  thuật hằng ngày. Nó là mơn học khó và trừu tượng, cơ sở của nó là tốn học   Bài tập vật lý rất đa dạng và phong phú Bồi dưỡng học sinh giỏi nói chung và bồi dưỡng học sinh giỏi mơn vật  lí nói riêng cho các kỳ  thi tuyển học sinh giỏi là vấn đề  ln được các cấp   quản lý, các giáo viên trực tiếp giảng dạy quan tâm, trăn trở. Đây là cơng việc   hàng năm, khó khăn thường nhiều hơn thuận lợi, nhưng rất có ý nghĩa đối với   các trường THPT. Kết quả  thi học sinh giỏi số lượng và chất lượng là một  trong các tiêu chí quan trọng, phản ánh năng lực, chất lượng dạy và học của   các trường, của giáo viên và học sinh Thực trạng trình độ nhận thức của học sinh THPT chưa cao, đặc biệt là  đối với học sinh vùng nơng thơn, trung du phân phối thời gian cho học tập cịn  ít so với lượng kiến thức của SGK và thiếu thốn sách tham khảo nên việc  nhận dạng và phân loại, tổng hợp các dạng bài tốn để  xác định được cách  giải của bài tốn là hết sức khó khăn đối với phần lớn học sinh Trong q trình dạy học chun đề và bồi dưỡng HSG vật lý 11, 12 khi  dạy phần “Cảm  ứng điện từ”, tơi nhận thấy các em đều gặp khó khăn trong  khi làm bài tập phần này. Đa số  các em chỉ  có thể  làm được các bài tốn  cơ  bản, mang tính chất vận dụng cơng thức trứ  ít khi hiểu rõ được hiện tượng,   bản chất và làm được những bài tốn mang tích chất phức tạp Trong q trình dạy học và bồi dưỡng học sinh khá giỏi, để  giải được   các bài tốn về  phần này địi 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 tốt nhất nhằm tạo cho học sinh niềm say mê u thích mơn học này và  giúp học sinh việc phân loại các dạng bài tập và hướng dẫn cách giải đơn  giản và nhanh nhất, chính xác nhất là rất cần thiết cho hình thức thi chọn học   sinh giỏi Vật lí hiện nay. Việc làm này rất có lợi cho học sinh trong thời gian   ngắn nắm được các dạng bài tập, nắm được phương pháp giải và từ  đó có  thể phát triển hướng tìm tịi lời giải mới cho các dạng bài tương tự. Để giải  quyết vấn đề trên tơi bước vào nghiên cứu đề tài  “CHUN 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. Mơ tả bản chất của sáng kiến: I ­ MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ LÝ THUYẾT 1. Từ thơng Φ  qua diện tích S đặt trong từ trường đều  B  được tính bởi  cơng thức B.S cos Trong đó: B là cảm ứng từ của từ trường (T); S là tiết diện khung dây (m2); B; n   là góc hợp bởi các đường sức từ  và pháp tuyến của  mặt phẳng khung dây; Φ là từ thơng (Wb) 2. Hiện tượng cảm ứng điện từ ­ Điều kiện: Khi có  sự  biến thiên từ  thơng  qua diện tích giới hạn bởi một  mạch điện kín thì trong mạch xuất hiện dịng điện cảm ứng ­ Định luật Len­xơ: Dịng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh  ra chống lại sự biến thiên của từ thơng sinh ra nó 3. Định luật Faraday về cảm ứng điện từ ­ Độ  lớn của suất điện động cảm  ứng trong mạch điện tỷ  lệ  thuận với tốc   độ biến thiên của từ thông qua mạch ­ Biểu thức:  ec t Trong đó: ΔΦ: là độ biến thiên từ thơng 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.sinα Trong đó: B là cảm ứng từ của từ trường đều (T); l là chiều dài của đoạn dây (m); 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   chỗi ra 90o  hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây, khi đó đoạn dây  dẫn đóng vai trị 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:  L I 10 N2 S l Trong đó: I là cường độ dịng điện chạy trong ống dây (A) Φ là từ thơng qua tiết diện ống dây (Wb) L là hệ số tự cảm (H) ­ Suất điện động tự cảm:  Etc L t ­ Năng lượng từ trường của ống dây:  W L.I II – PHÂN LOẠI BÀI TẬP TRONG NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG  KIẾN 1. Bài tập xác định chiều của dịng điện cảm ứng 1.1. Phương pháp giải bài tập: * Áp dụng định luật Len­xơ về chiều dịng điện cảm ứng: Gọi:  B  là cảm ứng từ của từ trường ban đầu; Bc  là cảm ứng từ của từ trường do dịng điện cảm ứng sinh ra Nếu   tăng thì cảm ứng từ  Bc  ngược chiều với chiều của cảm ứng từ  B ­ Nếu   giảm thì cảm ứng từ   Bc  cùng chiều với chiều của cảm  ứng từ  B * Các bước xác định chiều dịng điện cảm ứng: ­ ­ Xác định chiều của từ trường ban đầu  B ­ Xét từ thơng   (số đường sức từ) qua tiết diện khung dây tăng hay giảm ­ Dựa vào định luật Len­xơ để xác định chiều của  Bc ­ Áp dụng quy tắc đinh ốc để xác định chiều của dịng 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 dịng điện cảm ứng trong vịng dây.  Dưới tác dụng của lực từ, vịng dây có thể chuyển động theo chiều nào? Giải: ­ Từ trường do nam châm sinh ra đi qua vịng dây sẽ tạo ra một từ  thơng qua vịng dây ­ Khi nam châm ra xa vịng dây, số đường sức qua tiết diện vịng  dây là giảm. Do đó, từ thơng qua vịng dây có độ lớn giảm dần và  trong vịng dây xuất hiện dịng điện cảm ứng Ic ­ Áp dụng định luật Len­xơ  ta thấy: I c  sinh ra từ  trường có cảm  ứng từ   Bc   cùng chiều với  B ­ Theo quy tắc đinh ốc, ta suy ra địng điện Ic có chiều như hình vẽ ­ Dịng điện cảm  ứng Ic khiến vịng dây có tác dụng như  một nam châm mà  mặt trên là mặt Nam, mặt dưới là mặt Bắc. Do đó, vịng dây bị nam châm hút   Vậy vịng dây có thể chuyển động lên phía trên M P 1.3. Bài tập củng cố: Bài 1. Một thí nghiệm được bố trí như hình vẽ.  C A R G Hãy xác định chiều dịng điện cảm ứng trong mạch C  N Q khi con chạy biến trở đi xuống Bài 2. Một nam châm đưa lại gần vịng dây như hình  vẽ. Hỏi dịng điện cảm ứng trong vịng dây có chiều   S N  thế  nào và vịng dây sẽ  chuyển động về  phía  nào? Bài 3. Một vịng dây kim loại treo trên sợi dây mảnh  song song với mặt cắt của một cuộn dây. Cuộn dây  K được mắc vào mạch điện như  hình vẽ. Khi khóa K đóng thì trong vịng kim   loại xuất hiện dịng điện cảm  ứng có chiều như  thế  nào và vịng kim loại  chuyển động ra sao? 2. Bài tập xác định suất điện động cảm ứng và cường độ dịng điện cảm  ứng 2.1 Phương pháp giải bài tập: ­ Áp dụng cơng thức tính từ thơng:  NB.S cos  Từ đó tính ΔΦ ­ Áp dụng định luật Faraday để tính suất điện động cảm ứng ­ Kết hợp với cơng thức định luật Ohm cho tồn mạch để tìm cường độ dịng   điện cảm ứng 2.2 Ví dụ: Ví dụ  1: Một cuộn dây phẳng có 100 vịng, bán kính mỗi vịng dây là 0,1m   Cuộn dây được đặt trong từ trường đều, mặt phẳng cuộn dây vng góc với  các đường 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 dịng điện chạy trong cuộn dây nếu trong khoảng thời gian   0,1s: a) cảm ứng từ của từ trường tăng đều đặn lên  gấp đôi b) cảm  ứng từ  của từ  trường giảm  đều đặn  C1 B C2 đến 0 Giải: Ví dụ a) Ta có:  BS ; 2 BS BS S = πR2 = 3,14.0,12 = 0,0314 (m2)   ΔΦ = 0,2.0,0314 = 6,28.10­3 (Wb) ­ Suất điện động cảm ứng:  ec N t ­ Dịng điện chạy trong cuộn dây là:  I b) Ta có:  BS ; 2 100 6,28.10 0,1 ec r 6,28 2,1 6,28 (V) (A) BS S = πR2 = 3,14.0,12 = 0,0314 (m2)   ΔΦ = ­ 0,2.0,0314 = 6,28.10­3 (Wb) ­ Suất điện động cảm ứng:  ec N t ­ Dòng điện chạy trong cuộn dây là:  I 6,28.10 100 0,1 ec r 6,28 2,1 6,28 (V) E1 (A) Ví dụ  2: Một dây dẫn chiều dài l = 2m, điện trở  R = 4Ω  được uốn thành một hình vng. Các nguồn E1 = 10V, E2 =  8V, r1  = r2  = 0, được mắc vào các cạnh hình vng như  hình. Mạch được đặt trong một từ  trường đều   B   vng  góc với mặt phẳng hình vng và hướng ra sau hình vẽ, B  B E2 E B EC tăng theo thời gian theo quy luật B = kt, k = 16T/s. Tính   E2 cường độ dịng điện chạy trong mạch Ví dụ Giải: Do B tăng nên trong mạch sẽ  xuất hiện một suất điện động Ec; dịng  điện cảm  ứng do Ec  sinh ra phải có chiều sao cho từ  trường do nó sinh ra   ngược chiều với từ trường ngồi  B Suất điện động cảm ứng Ec được biểu diễn như hình vẽ: Ec Ec BS t t l k S B t S k t t k S 4(V ) Vì trong mạch: Ec  + E2  > E1  nên dịng điện trong mạch sẽ  có chiều  ngược kim đồng hồ. Cường độ dịng điện trong mạch có giá trị: I Ec E2 R E1 0,5 (A) Ví dụ  3: Cuộn dây kim loại (có điện trở  suất  ρ = 2.10­8Ωm), N = 1000 vịng,  đường kính d = 10cm, tiết diện dây S = 0,2mm 2 có trục song song với  B  của  từ trường đều. Tốc độ biến thiên của từ trường là 0,2T/s. Lấy π = 3,2 a) Nối hai dầu cuộn dây với tụ điện có điện dung C = 1μF. Tính điện tích của   tụ điện b) Nối hai đầu cuộn dây với nhau. Tính cường độ dịng cảm ứng và cơng suất   nhiệt 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: ec N t B.S N t B N .S t d2 B N t 0,12 1000.3,2 .0,2 1,6 (V) a) Nối hai đầu cuộn dây với tụ  điện thì hiệu điện thế  giữa hai bản tụ  bằng   suất điện động cảm ứng xuất hiện trên cuộn dây: U = e c = 1,6 (V). Điện tích  của tụ là: q = C.U = 10­6.1,6 = 1,6.10­6 (C) = 1,6 (μC) b) Nối hai đầu cuộn dây với nhau, ta được một mạch điện kín ­ Điện trở của cuộn dây là: R l S N d S 2.10 1000.3,2.0,1 32 (Ω) 0,2.10 ­ Cường độ dịng điện cảm ứng xuất hiện trên cuộn dây là: I ec R 1,6 32 0,05 (A) ­ Cơng suất nhiệt trên cuộn dây là: Q = I2.R = 0,052.32 = 0,08 (W) Ví dụ  4: Vịng dây dẫn diện tích S = 1m2 đặt trong một từ trường đều có  B   vng góc với mặt phẳng vịng dây. Hai tụ điện C1 = 1μF, C2 = 2μF được mắc  nối tiếp trong vịng dây ở vị trí xun 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 Giải: Suất điện động cảm  ứng xuất hiện trên mỗi nửa vịng dây được biểu  diễn như hình vẽ M E1 E2 S B t t S B t S k t t k S 0,3 (V) C1 - E1 N B + C2 + - Q P E2 Gọi hiệu điện thế hai đầu mỗi tụ là U1, U2 Ta có: UMQ + UQP = UMN + UNP U1 E2 U1 U E1 U E1 E2 0,6(V ) ­ Theo định luật bảo tồn điện tích, ta lại có:  Q1 = Q2   C1U1 = C2U2   U1 = 2U2 Giải hệ phương trình: U1 U U1 2U 0,6 U1 0,4 V U2 0,2 V Điện tích của mỗi tụ: Q1 = Q2 = 0,4 (μC) 2.3. Bài tập củng cố: B Bài Bài 1. Vịng dây trịn 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   dịng   điện   cảm   ứng     vòng       thời   gian   Δt   =   0,01s,   từ  trường: a) Giảm đều từ B xuống đến khơng b) Tăng đều từ khơng lên B Bài 2. Trong hình vẽ Oc là một thanh cách điện có thể quay quanh trục đi qua   O và vng 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  b c a góc ω (theo chiều kim đồng hồ) người ta đặt vào  hệ  một từ  trường đều, vecto cảm  ứng từ   B   có  hướng   vng   góc   với   mặt   phẳng   hình   vẽ   và  α O Bài 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 vịng, diện tích mỗi vịng S = 300cm2 có trục song  song với  B  của từ trường đều, B = 0,2T. Quay đều cuộn dây để sau Δt = 0,5s,   trục của nó vng góc với  B  Tính suất điện động cảm ứng trung bình trong  cuộn dây Bài 4. Vịng dây đồng (ρ = 1,75.10­8Ωm) đường kính d = 20cm, tiết diện S0 =  5mm2 đặt vng góc với  B  của từ trường đều. Tính độ biến thiên ΔB/Δt của  cảm ứng từ khi dịng điện cảm ứng trong vịng dây I = 2A Bài 5. Cuộn dây N = 1000 vịng, diện tích mỗi vịng S = 20cm2 có trục song  song với  B  của từ trường đều. Tính độ  biến thiên ΔB của cảm ứng từ  trong  thời gian Δt = 10­2s khi có suất điện động cảm ứng Ec = 10V trong cuộn dây Bài 6. Vịng dây dẫn diện tích S = 100cm2, điện trở R = 0,01Ω quay đều trong  từ trường đều B = 0,05T, trục quay là một đường kính của vịng dây và vng   10 Câu 14:  Một hệ thống dây dẫn đặt nằm ngang như hình  O vẽ. Thanh Hz ln trượt trên các cạnh Ox, Oy và ln  αα vng góc với đường phân giác OH, Hz tiếp xúc với Ox  và Oy tại M và N. Góc xOy = 2α (như hình vẽ bên). Vận  M H ur B N tốc chuyển động của thanh Hz khơng đổi và bằng v. Các  dây dẫn đều cùng làm bằng một chất, cùng tiết diện và  x y có điện trở  bằng r cho mỗi đơn vị  dài. Bỏ  qua điện trở  tiếp xúc tại M, N. Hệ thống đặt trong một từ trường đều thẳng đứng, có cảm   ứng từ  B. Khi thanh Hz trượt trên Ox, Oy, hãy xác định chiều và cường độ  dịng điện cảm ứng chạy qua MN? Hướng dẫn giải ­ Suất điện động cảm ứng xuất hiện trên thanh MN: Ec = Blv ­ Điện trở của tồn mạch: R = (2OM + MN)r Với  sin α = MN MN l � OM = =  (  l  = MN) 2OM 2sin α 2sin α � l � �1 � + l� r = l� + 1� r �sin α � �sin α � ­ Suy ra điện trở của toàn mạch là:  R = � ­   Cường   độ   dòng   điện   chạy     dây   dẫn   MN   là:  I= Ec Bvsin α = R (1 + sin α)r (-) ­ Theo quy tắc bàn tay phải ta xác định được chiều dịng   điện cảm ứng qua thanh MN có chiều từ M đến N ur B (+ ) k k M N Câu 15: Một thanh kim loại MN chiều dài  ℓ, khối lượng  m, được treo nằm ngang trên 2 lò xo giống nhau, hệ số đàn hồi mỗi lò xo đều  ur bằng k. Hệ được đặt trong một từ  trường đều  B  hướng vng góc với mặt  phẳng hình vẽ. Khi thanh đang đứng cân bằng, người ta phóng vào thanh một  dịng điện có cường độ I trong thời gian t rất ngắn. Hỏi thanh MN có thể  rời  34 khỏi vị  trí cân bằng của nó một đoạn A lớn nhất là bao nhiêu? ( Bỏ  qua sự  dịch chuyển của thanh AB trong thời gian t) Hướng dẫn giải ­ Độ  dãn x0 của mỗi lị xo khi thanh MN  ở vị trí cân bằng được xác định bởi   cơng thức:  mg = 2kx � x = mg 2k ­ Trong thời gian phóng điện, thanh chịu tác dụng của lực từ  F = BIℓ.   Sau  thời   gian  t,   thanh  đạt   vận   tốc  v     xác   định  bởi  định   luật   II   Niu   tơn:  F=m v BIl t �v= t m ­ Vì ta bỏ  qua dịch chuyển của thanh trong thời gian t, nên cũng bỏ  qua tác   dụng của dịng điện cảm ứng trong thời gian này ­ Thanh sẽ đi xuống tới vị trí thấp nhất, cách vị trí cân bằng một đoạn A ­ Ta quy ước vị trí thấp nhất đó là mơc thế năng trọng trường. Ta tính A nhờ  định luật     bảo   toàn   1 �mg � �mg m � mv + k � �+ mgA = k � + A �� A = v 2 �2k � �2k 2k � BIl t 2mk ­ Thay v vào biểu thức của A ta được:  A =   lượng:  ­ Nếu phóng điện theo chiều ngược lại, thanh dịch chuyển lên phía trên một   đoạn như vậy Câu 16*: Một vịng dây dẫn đường kính d được đặt trong từ  trường đều có  ur cảm  ứng từ   B  song song với trục đi qua tâm O của vịng dây. Hai thanh kim  loại mảnh có một đầu gắn với truc đi qua tâm O của vịng dây và vng góc  với tiếp xúc điện với nhau tạo O.  1. Ban đầu hai thanh sát vào nhau, sau đó một thanh đứng n và một thanh kia   quay quanh O với tốc độ góc ω. Tính cường độ dịng điện qua hai thanh ray và  35 qua vịng dây sau thời gian t. Cho biết điện trở  của mỗi đơn vị  dài của thanh   kim loại và vịng dây là r 2. Bây giờ cho cả hai thanh quay với tốc độ góc ω1 và ω2 (  ω1> ω2 ). Tìm diệu  điện thế  giữa hai đầu mỗi thanh. Xét hai trường hợp: Hai thanh quay cùng  chiều và hai thanh quay ngược chiều nhau? Hướng dẫn giải ­ Trước hết ta tính suất điện động xuất hiện trên thanh kim loại quay trong   mặt   phẳng   vng   góc   với   từ   trường   theo   công   thức   (     tính   độ   lớn):  Ec = ∆Φ ∆S =B ∆t ∆t ­ Với ΔS là diện tích mà thanh qt được trong thời gian Δt. Kí hiệu ω là vận   tốc góc của thanh và ℓ là chiều dài của thanh. Trong khoảng thời gian Δt thanh   quay được một góc Δφ = ω.Δt và qt được một diện tích:  ∆S = πl 2π ­ Từ đó ta suy ra:  E c = BR 2 ω = ∆ϕ = l2 ω.∆t Bd ω  (OB = R = d/2) ­ Hai đoạn mạch BCA (chiều dài BCA = ℓ1) và BDA (chiều dài BDA = ℓ2 với  ℓ1 + ℓ2 = 2πR) mắc song song với nhau, có các dịng điện I1 và I2 chạy qua. Kí  hiệu   I     dòng   điện   chạy   qua   hai   thanh,   áp   dụng   định   luật   Ơm   ta   có:  U AB = I1 ( l 1r) = I ( l r) U AB = E c − I2Rr I = I1 + I  ­ Với ℓ1 = Rωt; ℓ2 = 2πR ­ ℓ1 = 2πR ­ Rωt; R = d/2 ­ Từ đó ta tìm được:  I= Bωd ωt � ωt � ; I1 = � 1− I; I = I � 2π � ωt � ��2π 4� + ωt − r � 2π � � 2 36 ­   Ở   hai     có   xuất     hai   suất   điện   động   cảm   ứng:  E c1 = Bω1R Bω2 R ;E c2 = 2π 2π a ­ Hai nguồn nguồn điện tương đương  E c  và  E c  mắc xung đối; bộ  nguồn có  suất điện động là:  E b = E c − E c2 = BR Bd (ω1 − ω2 ) = (ω1 − ω2 ) 2π ­ Lập luận tương tự như phần 1, ta có: I= Bω0 d ωt � ω0 t � ;I1 = � 1− I; I = I � 2π   � � � 2π � 4� + ω0 t − r � 2π � � ω02 t ­ Hiệu điện thế mỗi thanh là:  U1 = E c ( Với  ω0 = ω1 − ω2 ) �dr � �dr � − I� � ; U1 = E c2 − I � � �2 � �2 � b.  Kết quả tương tự như câu a nhưng  ω0 = ω1 + ω2 Câu 17*: Một khung dây dẫn hình vng cạnh a, có khối lượng m và điện trở  R, ban đầu nằm trong mặt phẳng thẳng đứng xOy ( Các cạnh song song với  ur trục Ox và Oz), trong một từ trường có vec tơ cảm ứng từ  B  hướng theo trục  Oy vng góc vơi Oxz và có độ lớn B biến thiên theo tọa độ z (trục Oz hướng   thẳng đứng xuống dưới) theo quy luật B = B 0 – kz ( B0 và k là các hằng số).  Truyền cho khung với vận tốc ban đầu v0  theo phương ngang Ox và khung  chuyển động trong mặt phẳng xOy. Người ta thấy sau một thời gian khung   đạt được vận tốc khơng đổi bằng v. Hãy tính v0 xem như  từ  thơng gửi qua  khung được tính theo cơng thức Φ = a2B. Với B là cảm ứng từ tại tâm O của  khung.  Hướng dẫn giải 37 ­ Ở thời điểm t khi tâm O của khung có tọa độ z. Từ thơng gửi qua khung dây  bằng:  Φ = a B = a (B0 + kz) ­ Suất điện động cảm  ứng suất hiện trong khung (do vị trí khung, tức là tọa   độ z biến đổi theo thời gian) là:  E c = − ∆Φ ∆z = −a k = −a kv z ∆t ∆t r ­ Với vz là thành phần của vận tốc  v  của khung theo phương Oz. Dịng điện  cảm  ứng xuất hiện trong khung có cường độ:  I = E c a kv z = R R  và có chiều như  trên hình vẽ  ( áp dụng định luật Len – xơ). Xét lực từ  tác dụng lên khung ta   uur uur thấy: Các lực từ  F2  và  F4  tác dụng lên các cạnh BC và AD triệt tiêu nhau. Còn   ur ur các lực điện từ  tác dụng lên các cạnh AB và CD là   F1     F3   thì có hướng  r ngược       hợp   lực   điện   từ   F   tác   dụng   lên   khung   có   độ   lớn:  F = F3 − F1 = (B3 − B1 )Ia = k 2a vz R r  và hướng thẳng đứng lên trên. Ngoài lực điện từ  F   ur khung cịn chịu tác dụng của trọng lực  P  Do đó hợp lực tác dụng lên khung  ur r bằng  P ­ F , có độ  lớn P – F. Hợp lực này hướng xng dưới, làm cho khung   chuyển động xuống dưới. Sau một thời gian khung đạt được vận tốc khơng  đổi v, khi đó:  P = F � mg = k 2a vz mgR � vz = R k a r uur uur ­ Độ lớn của vận tốc v là:  v = v0 + vz Suy ra:  v0 = v − v z2 = v − m 2g R k 4a8 v = v02 + v z2 ­ Chú ý: Cũng có thể tính được v bằng cách áp dụng định luật bảo tồn năng  lượng. Cụ  thể  là khi khung đã đạt đến vận tốc khơng đổi v. Tức là vz cũng  khơng đổi thì động năng của khung dây khơng đổi nữa; khi đó độ  biến thiên  38 của thế  năng (trọng trường) bằng nhiệt lượng do dịng điện I tỏa ra trên R   Tức là mgv z ∆t = RI ∆t Thay vào đó:  I = E c a kv z = R R  ta cũng tìm được kết quả như ở trên Câu 18*: Một đĩa kim loại hình trịn, bán kính R, bề dày d (d> ∆t(R + r) L R+r L 42 ­ Đại lượng  τ = của mạch:  τ = L R+r , có thứ nguyên là thời gian được gọi là hằng số thời gian  L 0,01 = = 1, 25.10−3 (s) R+r ­ Điều kiện:  ∆i >> 1, 25.10−3 (s) Ví dụ  4:  Một cuộn dây dài  ℓ  = 20cm, gồm 200 vịng  L1 dây, đường kính d = 2cm, và tiết diện của dây S 0  =  0,1mm ,   điện   trở   suất   ρ = 1,72.10−8 Ωm   Mắc   cuộn   dây  K R1 E vào một nguồn điện khơng đổi có suất điện động E =  10V như  trên hình vẽ  bên, điện trở  R1 = 5Ω; điện trở  trong của nguồn, của dây nối và khóa K khơng đáng kể. Ban đầu khóa K ở vị  trí 1. Sau khi dịng điện trong ống dây đã ổn định, người ta đảo rất nhanh khóa   K từ vị trí 1 sang vị trí 2. Tìm nhiệt lượng tỏa ra trên điển trở R1? Hướng dẫn giải ­ Điện trở và độ tự cảm của cuộn dây: R =ρ l0 Nπd =ρ = 2,16Ω  và  L = µ0 N S = µ0 N πd = 0,079mH S0 S0 l l ­ Áp dụng kiến thức bổ  xung ta tìm được cường độ  dịng điện chạy qua R1  khi khóa K ở vị trí 2:  i = I0e − ­ Với  I0 = ε R Q = R1i dt = R + R1 t L  Từ đó tìm được nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R1:  R1LE = 0,59mJ 2R (R1 + R) ­ Chú ý: Có thể  tìm được kết quả  này bằng phương pháp áp dụng định luật   bảo tồn năng lượng R Ví dụ 5: Hai cuộn dây siêu dẫn (có điện trở bằng  0) mắc song song, có độ  tự  cảm là L1  và L2  nối  L1 L2 43 K E, r qua điện trở R với nguồn điện có suất điện động E, điện trở trong r (như hình  vẽ bên). Đóng K. Tìm cường độ  dịng điện ổn định trong các cuộn dây đó và  cường độ dịng điện trong mạch chính? Bỏ qua sự hỗ cảm giữa các cuộn dây Hướng dẫn giải ­ Tại thời điểm bất kì, hiệu điện thế giữa hai đầu A, B của hai cuộn dây như  nhau. Ngày sau khi đóng K trong các cuộn dây có xuất hiện các suất điện  động tự cảm:  E tc1 = −L ∆I1 ∆I ;E tc2 = − L ∆t ∆t ­ Vì các cuộn dây là siêu dẫn (có điện trở bằng khơng) nên theo định luật Ơm  ta có:  L ∆I1 ∆I = L � L1∆I1 = L ∆I ∆t ∆t (1) ­  Ở thời điểm ban đầu, khi chưa đóng K, các dịng điện bằng bằng 0. Do đó  khi cường độ dịng điện ổn định trong hai cuộn dây và bằng I 1, I2 thì theo (1)  ta sẽ có: (2) L1I1 = L I ­ Mặt khác áp dụng định luật Ơm cho tồn mạch:  E = I(R + r)  (3) ­ Ngồi ra ta cũng có:  I = I1 + I (4) E L2 L1 E E ;I = L1 + L R + r + L2 R + r ­ Từ (2), (3), và (4) ta tìm được:  I = R + r ;I1 = L Ví dụ  6**:  Trong mạch   hình vẽ  bên các cuộn  K1 K2 dây có độ  cảm L1 và L2( điện trở  khơng đáng kể),  pin có suất điện động E và điện trở  trong r. Ban   đầu hai khóa mở. Người ta đóng K1 và khi dịng L1  L1 E, r L2 đạt giá trị I0 thì đóng khóa K2. Tính các giá trị cuối  44 cùng I1 và I2 ( Khi đã ổn định) của các dịng i1 và i2 chạy qua hai cuộn dây. Xét  trường hợp đồng thời đóng hai khóa, tính I1 và I2.  Hướng dẫn giải ­ Dịng i1 tăng từ 0 đến I0 (lúc t = t0). Lúc t > t0 ta có các dịng i1(t) và i2(t) chạy  ngược chiều nhau trong mạch ngồi (hình 5.25). Vì các dịng tăng nên trong  các cuộn có các suất điện động tự  cảm:  −L1 di1 dt  và  −L2 di dt  cũng ngược chiều  nhau. Áp dụng định luật Kiếc xốp cho đoạn mạch ngồi ta có:  L1 di1 di − L2 = dt dt ­ Suy ra:  L1i1 (t) − L2i1 (t) = st ­ Cho t = t0 ta có: L1I0 = const suy ra:  L1i1 (t) − L2i (t) = L1I0 ­ Khi t đã rất lớn rồi thì i1 và i2 có các giá trị ổn định I1 và I2, nên ta có:  L1I1 − L I = L1I0 (1) E r (2)  Với  I1 + I = L1I0 L1I0 L2 E L1E + ;I = − r(L1 + L ) r(L1 + L ) L1 + L + L2 ­ Từ (1) và (2) tìm được:  I1 = L ­ Nếu đồng thời đóng cả hai khóa thì có nghĩa là I0 = 0, nên ta có:  I1 = L2E L1E ;I = r(L1 + L ) r(L1 + L ) 4.3. Bài tập củng cố: Bài 1. Tính độ  tự  cảm của  ống dây biết sau thời gian Δt = 0,01s dịng điện   trong mạch tăng đều từ 1A đến 2,5A và suất điện động tự cảm là 30V Bài 2.  Ống dây có chiều dài  l = 31,4cm, gồm N = 1000 vịng, diện tích mỗi  vịng dây    S = 10cm2, có dịng I = 2A đi qua a) Tính từ thơng qua mỗi vịng dây 45 b) Tính suất điện động tự  cảm trong xơlênơit khi ngắt dịng điện trong thời  gian      Δt = 0,1s. Từ đó suy ra độ tự cảm của cuộn dây c) Giải lại bài tốn khi xơlênơit có lõi, độ từ thẩm của lõi là μ = 500 Bài 3. Trong một mạch điện có độ tự cảm L = 0,6H, có dịng 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 trong khoảng thời gian có dịng điện trong mạch Bài 4. Cho một ống dây có độ tự cảm L = 0,05H. Cường độ dịng điện I trong   ống dây biến thiên đều đặn theo thời gian theo biểu thức: I = 0,04.(5 – t), trng   đó I tính bằng A, t tính bằng s. Tính suất điện động tự  cảm xuất hiện trong   ống dây Bài 5. Một  ống dây dài 50cm, có 2000 vịng dây. Diện tích mặt cắt của  ống  dây là 25cm2. Tính độ tự cảm của ống dây đó. Giả thiết rằng từ trường trong   ống dây là từ trường đều Bài 6. Cho một ống dây dài 60cm, đường kính 3cm, có 2500 vịng dây a) Tính độ tự cảm của ống dây b) Cho biết trong khoảng thời gian 0,01s cường độ  dịng 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 dịng điện có cường độ I chạy qua ống dây thì năng lượng từ trường  trong ống dây là W = 100J a) Tính cường độ dịng điện I b) Tính cơng suất nhiệt 8. Những thơng tin cần được bảo mật: Khơng 9. Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến:  46 ­ Về giáo viên cần đầu tư thời gian nhiều tìm hiểu và soạn nhiều dạng   bài tập và phương pháp giải bài tập về chun đề cảm ứng điện từ ơn thi học   sinh giỏi Vật lý lớp 11, 12. Giáo viên phải dạy ơn thi đại học mơn lý và dạy  ơn thi học sinh giỏi lý 11, 12 cấp tỉnh ­ Về học sinh cần phải có học lực khá để giải một số bài tốn khó 10. Đánh giá lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng  sáng kiến theo ý kiến của tác giả và theo ý kiến của tổ chức, cá nhân đã  tham gia áp dụng sáng kiến lần đầu, kể  cả  áp dụng thử  (nếu có) theo   các nội dung sau: ­ Đề tài đã được thầy cơ giáo dạy vật lý lớp 12 trong nhà trường sử  dụng để hướng dẫn học sinh ơn thi học sinh giỏi lý 11, 12 cấp tỉnh và ơn thi  THPT QG kết quả đạt giải cao   ­ Đa số học sinh đều nắm chắc các dạng bài tập và phương pháp giải,  biết vận dụng tốt phương pháp vào việc giải các bài tập về chun đề cảm  ứng điện từ ơn thi học sinh giỏi Vật lý lớp 11, 12 ­ Kỹ năng giải bài tập tự luận và trắc nghiệm khách quan của học sinh  được cải thiện đáng kể, đảm bảo được độ chính xác và nhanh ­ Phát huy và rèn luyện được khả năng vận dụng kiến thức, tính tích  cực, tư duy sáng tạo của học sinh trong việc giải các bài tập vật lý hay và  khó 11. Danh sách những cá nhân đã tham gia áp dụng áp dụng sáng kiến lần  đầu: Số  Tên tổ chức/cá nhân TT Địa chỉ Phạm vi/Lĩnh vực áp dụng sáng kiến Nguyễn Thị Thu Hà THPT Đồng Đậu Ơn thi học sinh giỏi Vật lí lớp  11, 12 và ơn thi THPT QG  2019, 2020 Phạm Văn Nam  THPT Đồng Đậu Ơn thi học sinh giỏi lý lớp 11,  12 và ơn thi THPT QG 2018,  2019 47 Trần Văn Tuấn THPT Đồng Đậu Ôn thi THPT QG  2018, 2019 Trịnh Hồng Minh THPT Đồng Đậu Dạy chuyên đề Vật lý học  sinh lớp 11 năm 2019 Nguyễn Đức Thụ THPT Đồng Đậu Ôn thi THPT QG  2018 – 2019 Nguyễn Thị Luận Ôn thi THPT QG  2018 ­ 2019 Yên Lạc, ngày   tháng …. năm  2020 Thủ trưởng đơn vị (Ký tên, đóng dấu)      Yên Lạc, ngày … tháng …. năm   2020         Tác giả sáng kiến        (Ký, ghi rõ họ tên)        Nguyễn Văn Tuấn 48 ... quyết vấn? ?đề? ?trên tơi bước vào nghiên cứu? ?đề? ?tài  “CHUN ĐỀ CẢM? ?ỨNG? ? ĐIỆN TỪ BỒI DƯỠNG HỌC? ?SINH? ?GIỎI LỚP? ?11,? ?12? ?? 2. Tên sáng kiến: “CHUN ĐỀ CẢM? ?ỨNG? ?ĐIỆN TỪ BỒI DƯỠNG  HỌC? ?SINH? ?GIỎI LỚP? ?11,? ?12? ?? 3. Tác giả sáng kiến:... * Áp dụng định luật Len­xơ về chiều dòng? ?điện? ?cảm? ?ứng: Gọi:  B  là? ?cảm? ?ứng? ?từ? ?của? ?từ? ?trường ban đầu; Bc  là? ?cảm? ?ứng? ?từ? ?của? ?từ? ?trường do dịng? ?điện? ?cảm? ?ứng? ?sinh? ?ra Nếu   tăng thì? ?cảm? ?ứng? ?từ? ? Bc  ngược chiều với chiều của? ?cảm? ?ứng? ?từ? ?... bài tập và phương pháp giải bài tập về chun? ?đề? ?cảm? ?ứng? ?điện? ?từ? ?ơn thi? ?học   sinh? ?giỏi? ?Vật lý? ?lớp? ?11,? ?12.  Giáo viên phải dạy ơn thi đại? ?học? ?mơn lý và dạy  ơn thi? ?học? ?sinh? ?giỏi? ?lý? ?11,? ?12? ?cấp tỉnh ­ Về? ?học? ?sinh? ?cần phải có? ?học? ?lực khá để giải một số bài tốn khó