* Lưu ý: + Nhìn vào một đầu ống dây,nếu thấy dòng điện đi ngược chiều kim đồng hồ thì đó là cực bắc của ống dâynơi các đường sức đi ra,nếu thấy dòng điện đi theo chiều kim đồng hồ thì đó[r]
(1)Bµi tËp vÒ c¶m øng ®iÖn tõ Một dòng điện thẳng có vị trí cố định và khung dây dẫn ABCD chuyển động a) Xác định phơng, chiều dòng điện cảm ứng khung nó chuyển động: - Ra xa dßng ®iÖn - Däc theo chiÒu dßng ®iÖn - Quay xung quanh trôc quay trïng víi dßng ®iÖn b) Khi khung chuyển động xa dòng điện, chứng tá r»ng lùc tõ t¸c dông lªn khung d©y chèng l¹i chuyển động khung Nam ch©m vÜnh cöu cã thÓ quay tù xung quanh trôc quay d, mét khung kim lo¹i cã thÓ quay tự quanh trục d’ Hai trục độc lập nhng cïng chung mét gi¸ (n»m däc theo đờng thẳng) Khi quay nam ch©m xung quanh trôc d th× khung ABCD quay theo trôc d’ Gi¶i thÝch hiÖn tîng? B C I A D S B d Thanh kim lo¹i uèn theo h×nh ch÷ U lµ xABy, dựng đứng mặt phẳng hình vẽ Từ trờng có chiÒu vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng, híng ®i vµo Mét trît kim lo¹i MN lu«n b¸m vµo hai Ax vµ By a) Xác định chiều dòng điện cảm ứng xuất m¹ch kÝn ABMN b) Xác định lực từ tác dụng lên MN c) Liệu có lúc nào MN chuyển động đợc kh«ng? Nam châm vĩnh cửu đứng yên, cuộn dây lên Hãy dùng qui tắc bàn tay phải xác định chiều dòng c¶m øng ch¹y cuén d©y C A D N A B M N x y S N G d’ (2) NAM CHÂM VĨNH CỬU – NAM CHÂM ĐIỆN I Một số kiến thức - Bất kỳ nam châm nào có cực Nam (S) và Bắc (N) không thể tách rời Các cực cùng tên thì đẩy nhau, khác tên thì hút - So sánh giống và khác nam châm điện và nam châm vĩnh cửu Lưu ý: + Nếu thép tốt và dòng điện gây nhiễm từ đủ mạnh thì sau ngắt điện lõi thép còn giữ từ tính thời gian dài Khi đó thép trở thành nam châm vĩnh cửu, gọi tắt là nam châm Muốn giữ từ tính nam châm lâu không va chạm mạnh hay nung nóng Đồng thời phải nên xếp chúng cho cực nam châm hút miếng sắt lớn lấy miếng sắt hình chữ U, cho nam châm hút đầu chữ U + Nam châm điện có vai trò quan trọng ta cần có cấu nhiễm từ nhanh và khử từ nhanh theo ý muốn Trong cần cẩu dùng nam châm điện, nam châm điện treo trên cái cần cần cẩu (thay cho cái móc trên cần cẩu thường) Khi nam châm điện thả xuống sát vào vật nặng sắt người ta đóng mạch điện,vật nặng bị hút chặt vào nam châm điện Cần cẩu nâng vật đó lên cao,đặt nó vào vị trí mới.Người ta ngắt mạch điện, nam châm điện nhả vật đó Trong trường hợp này dùng nam châm điện thuận tiện và nhanh chóng dùng cái móc II Bài tập Bài a) Cho biết cách xác định vật kim loại có phải là nam châm hay không? b) Cách xác định các cực từ nam châm GỢI Ý: a) Căn vào các đặc điểm sau: + Có khả hút sắt hay bị sắt hút + Khi đặt trên mũi nhọn hay đặt nó có thể quay tự thì sau đã định hướng ổn định,nó luôn định hướng nào? (3) b) Có thể sử dụng các cách sau : + Cách 1: Căn vào kí hiệu trên nam châm: - Kí hiệu theo màu sắc - Kí hiệu chữ + Cách 2: nam châm bị các kí hiệu có thể sử dụng NC khác còn kí hiệu các cực từ,cho chúng tương tác để phát Bài Có hai kim loại luôn hút đưa đầu nào chúng lại gần Có thể kết luận gì từ tính hai kim loại này? GỢI Ý: + Chú ý: Nếu hai là nam châm thì giả sử ban đầu chúng hút nhau, sau đó đổi đầu thì chúng nào? => Để kết luận hai kim loại trên Bài Có hai kim loại giống hệt A và B, đã bị nhiễm từ (có tác dụng nam châm), không bị nhiễm từ Nếu không dùng vật nào khác, làm nào để phân biệt kim loại nào đã nhiễm từ? GỢI Ý: +) Đối với nam châm châm thẳng,từ trường đầu cực từ và điểm gần nam châm nào, bám vào đặc điểm này đưa cách xác định kim loại đã bị nhiễm từ: - Lần lượt đưa đầu A đến gần điểm B (lần 1),rồi lại đưa đầu B lại gần điểm A (lần 2) + Nếu (lần 1) lực hút mạnh so với (lần 2) => đưa kết luận gì? + Nếu (lần 2) lực hút manh so với (lần 1) => đưa kết luận gì? Bài (4) Khi sử dụng cần cẩu dùng nam châm điện, có trường hợp đã ngắt mạch điện mà nam châm không nhả vật thép ra, vì nó chưa bị khử từ hết Khi đó người công nhân điều khiển cần cẩu phải xử lí nào? Vì lại làm thế? GỢI Ý: Lõi sắt non đã từ tính còn dư lại phần trên mặt thép Chỉ cần đổi chiều nối dây dẫn nam châm điện với nguồn điện vừa kéo nhẹ cần cẩu, vừa đóng mạch điện thời gian ngắn ngắt mạch nam châm điện nhả vật thép Khi người công nhân làm thì dòng điện lần này ngược với dòng điện lần trước, cực nam châm tiếp xúc với vật thép mang tên ngược với lúc nó hút vật đó để cẩu lên Nam châm đẩy vật thép và nhả nó Phải làm nhanh và ngắt mạch ngay, vì để lâu thì nam châm và vật thép bị nhiễm từ ngược với lúc trước và hút lại Bài a) Đưa kim nam châm nhẹ tới gần nam châm nặng cái nào hút (hoặc đẩy) cái nào? b) Trên trái đất có nơi nào mà từ đó theo bất kì phương nào là theo phương nam? GỢI Ý: a) Thanh nam châm hút (đẩy) kim nam châm và ngược lại Nhưng vì nam châm nặng đứng yên? Còn kim nam châm thì lực hút (đẩy) nam châm làm nó chuyển động b) Nơi đó là hai địa cực trái đất, em hãy địa cực nào? Chủ đề 6: QUY TẮC BÀN TAY TRÁI, QUY TẮC NẮM TAY PHẢI I Một số kiến thức * Quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái hứng các đường cảm ứng từ, chiều dòng điện từ cổ tay đến ngón tay, ngón tay cái choãi 900 chiều lực từ tác dụng lên dây dẫn (5) * Quy tắc nắm bàn tay phải: Nắm bài tay phải đặt cho bốn ngón tay hướng theo chiều dòng điện chạy qua các vòng dây, ngón tay cái choãi chiều đường sức từ lòng ống dây * Lưu ý: + Nhìn vào đầu ống dây,nếu thấy dòng điện ngược chiều kim đồng hồ thì đó là cực bắc ống dây(nơi các đường sức ra),nếu thấy dòng điện theo chiều kim đồng hồ thì đó là cực nam ống dây (nơi các đường sức từ vào) + Sự khác biệt sau đây điện trường và từ trường.Một vật nhiễm điện đặt điện trường chịu lực điện tác dụng.Trái lại,một dây dẫn có dòng điện đặt từ trường có thể không chịu lực từ nào tác dụng(khi dây dẫn song song với các đường sức từ) F + Phương đường sức từ và dòng điện có thể tạo I S thành góc bất kì.Phương lực từ vuông N góc với phương dòng điện và phương đường sức từ,nghĩa là nó vuông góc với mặt phẳng chứa đoạn dây dẫn Hình12.1 và đường sức từ hình 12.1 + Chú ý các kí hiệu có sử dụng để làm bài tập vận dụng qui tắc bàn tay trái: - Dòng điện có phương vuông góc với mặt phẳng tờ giấy từ sau trước: I - Dòng điện có phương vuông góc với mặt phẳng tờ giấy từ trước sau: I - Lực từ có phương vuông góc với mặt phẳng tờ giấy hướng từ sau trước: F - Lực từ có phương vuông góc với mặt phẳng tờ giấy hướng từ trước sau: F - Đường sức từ có phương vuông góc với - Đường sức từ có phương vuông góc mặt phẳng tờ giấy hướng từ sau với mặt phẳng tờ giấy hướng từ trước: trước sau: (6) II Bài tập Bài Xác định chiều lực từ tác dụng lên các dây dẫn có dòng điện chiều dòng điện hình Hình 12.3 sau: N I S S + I I S N a) S N c) d) Hình12.3 N F I N b) S F N + S e) f) Bài Xác định tên các cực từ nam châm các hình sau.(hình 12.4) ? ? Hình 12.4 III Luyện tập F ? F + I ? ? I I I ? + F ? ? Bài Một học sinh cho rằng, thí nghiệm phát từ trường dòng điện, dây dân AB bố trí song song với kim nam châm a) Theo em phương án này có hợp lí không? b) Có số pin để lâu ngày và đoạn dây dẫn Nếu không có bóng đèn pin để thử, hãy nêu phương án đơn giản dùng kim nam châm để kiểm tra pin còn điện hay không? Đs: a) Hợp lí b) Nối dây dẫn với hai cực pin đưa kim nam châm lại gần để kiểm tra…=> đưa kết luận Bài (7) a) Giả sử có dây dẫn đặt hộp kín Nếu không mở hộp có cách nào phát dây dẫn có dòng điện chạy qua hay không? b) Một học sinh đã dùng nam châm và xốp mỏng để xác định phương hướng Hỏi học sinh đó dựa trên nguyên tắc nào và làm nào? Đs: a) Hs tự trả lời b) Nguyên tắc: + Xung quanh trái đất có từ trường, từ trường trái đất luôn làm kim nam châm định hướng Bắc – Nam + Cách làm: Đặt nam châm lên miếng xốp thả nhẹ trên mặt nước, sau thời gian ngắn nam châm định hướng Bắc – Nam Bài Một dây dẫn uốn thành hình tròn và đính trên tờ bìa hình 12.5 Hãy vẽ mũi tên phương và chiều các đường sức từ các điểm A, O, B trên tờ bìa và giải thích cách vẽ em? GỢI Ý: + Chiều dòng điện chạy dây dẫn là chiều mũi tên I hình B O 12.5 b + Dây dẫn uốn thành hình tròn có thể coi ống dây có A vòng dây Áp dụng quy tắc nắm tay phải, ta thấy mặt bắc ống dây này hướng Hình 12.5 phía sau tờ bìa Các đường sức từ khỏi ống dây từ phía sau mặt tờ bìa và vào ống dây qua phía trước mặt bìa + Tại điểm A trên tờ bìa, đường sức từ là đường cong khép kín từ mặt sau ống dây, qua A lại vào ống dây mặt trước Phương và chiều nó A mũi tên S1 + Tại O là tâm điểm đường tròn, đường sức từ là đường thẳng xuất phát từ O và thẳng vô cực phía sau mặt bìa Phương và chiều nó O mũi tên So (8) + Tại B, đường sức từ là đường cong khép kín từ B phía sau mặt bìa, vòng phía trước mặt bìa để trở B Phương và chiều nó B mũi tên SB B A Bài Mũi tên trên hình 12.6 chiều chuyển _ F đoạn dây dẫn AC trên hai ray dẫn + AB và CD Đường sức từ vuông góc với mặt ABCD Em hãy vẽ chiều đường sức từ? động D C điện phẳng Hình 12.6 GỢI Ý: Dựa vào thông tin mở rộng phần: ( Quy tắc bàn tay trái, quy tắc nắm tay phải) để vẽ kí hiệu chiều đường sức từ Đs : Đường sức từ vuông góc với mặt phẳng ABCD và phía tờ giấy Bài Vẽ mũi tên hướng lực tác dụng lên dây dẫn có dòng điện chạy qua ( hình 12.7 a,b) Cho biết dây dẫn chuyển động nào? I I + a) b) Hình 12.7Đs: a) Từ phải sang trái; b) Từ trái sang phải Bài Z C D Y I N O B A X Hình 12.8 Em hãy xác định chiều đường sức từ cho các lực tác dụng lên các cạnh khung dây làm khung dây quay theo chiều kim đồng hồ (hình 12.8) N (9) Theo em có thể ứng dụng khung dây vào việc gì? GỢI Ý: + Đường sức từ song song với mặt phẳng khung dây, ngược với chiều Oy Dùng quy tắc bàn tay trái xác định lực F1 tác dụng lên cạnh DA, F2 tác dụng lên cạnh BC + Ứng dụng tạo dòng điện cảm ứng khung ĐIỀU KIỆN XUẤT HIỆN DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG MÁY BIẾN THẾ TRUYỀN TẢI ĐIỆN NĂNG ĐI XA I Một số kiến thức * Điều kiện xuất dòng điện cảm ứng cuộn dây dẫn kín là số đường sức từ xuyên qua tiết diện S cuộn dây đó biến thiên * Máy biến thế: Hiệu điện hai đầu cuộn dây máy biến tỉ lệ với số vòng dây cuộn - Công thức: U n1 = U n2 * Nhiệt lượng hao phí trên đường dây: P2 R.t Q = I2R.t = U - Công suất hao phí P = I2R = P2 R U2 - Để giảm hao phí nhiệt lượng, ta có thể giảm ( R ) tăng ( U ) * Lưu ý: Đường sức từ không có thật thiên nhiên Đó là đường cong mà ta vẽ để cụ thể hóa từ trường miền không gian nào đó Phương và chiều đường sức từ điểm nào đó không gian cho biết phương và chiều lực từ tác dụng lên cực Bắc nam châm đặt đó và cho (10) phép ta áp dụng quy tắc bàn tay trái để tìm phương và chiều lực điện từ tác dụng lên dòng điện đặt đó Dòng điện cảm ứng trì lâu dài là dòng xoay chiều Nhưng thực tế có dụng cụ điện dùng với dòng điện chiều Vậy làm nào để có dòng điện chiều cho các dụng đó hoạt động? Chúng ta đã biết số nguồn điện chiều là pin và ác quy Đó là nguồn điện gọn, nhẹ, dễ di động, sử dụng tiện lợi Tuy nhiên, chúng không thể cung cấp dòng điện mạnh và thời gian dài Muốn có dòng điện chiều vậy, sau tạo dòng điện Hình 13.1 cảm ứng xoay chiều, người ta dùng thiết bị N thích hợp để biến dòng điện xoay chiều thành dòng O chiều trước sử dụng nó Đó là máy phát điện chiều, phận chỉnh lưu mà sau này các em biết đến S P II Bài tập Bài Một vòng dây kim loại L gắn với mảnh không dẫn điện, giữ thăng trên điểm O tải trọng P, nam châm giữ cố định hình 13.1 Nếu đưa nam châm xa vòng dây L, tượng gì xảy với vòng dây L? GỢI Ý: + Khi nam châm, châm xa ống dây L, số đường sức từ xuyên qua ống dây nào? => tượng gì ống dây? + Nếu có dòng điện cảm ứng ống dây thì từ trường nó tương tác với nam châm không => tượng gì ống dây Bài Trên hình13.2: Một ống dây L nối với biến trở C và ngắt điện K Một vòng dây kim loại mảnh L ’ treo vào sợi tơ có tiết diện thẳng song song với đầu ống dây L (11) Hiện tượng gì xảy khi: a) Đóng ngắt khóa K liên tục? b) Đóng khóa K di chuyển chạy C hai phía biến trở? GỢI Ý: Khi đóng, ngắt K liên tục, di chuyển C hai phía biến trở: có tượng gì xảy với dòng điện ống dây L => Số đường sức từ xuyên qua tiết diện thẳng vòng dây L’ nào? => trạng thái L’ lúc đó? Bài B Đưa vòng dây (I) vào khu vực có từ trường C giới hạn hình chữ nhật ABCD (như hình 13.3) Hỏi vị trí nào thì vòng dây tròn xuất dòng điện cảm ứng? A GỢI Ý: (I) D Hình 13.3 Muốn biết vị trí nào thì vòng dây tròn xuất dòng điện cảm ứng cần vào: Số đường sức từ xuyên qua vòng dây kể từ vòng dây bắt đầu di chuyển, nằm trọn vẹn khoảng ABCD và nó bắt đầu ló khỏi vùng không gian có từ trường ABCD Bài Một nam châm thẳng đặt vuông góc với mặt X phẳng chứa vòng dây hình 13.4 Có xuất S Y N dòng điện cảm ứng vòng dây không : a) Giữ vòng dây đứng yên, quay nam châm quanh trục xy Hình 13.4 b) Giữ nam châm đứng yên, cho vòng dây quay quanh trục qua tâm O và vuông góc với mặt phẳng chứa vòng dây GỢI Ý : a) Khi nam châm quay quanh trục xy có tượng gì xảy vòng dây ? b) Tại vòng dây không có dòng điện cảm ứng ? (từ trường xuyên qua vòng dây có đặc điểm gì ?) (12) Bài Một máy biến gồm cuộn sơ cấp có 500 vòng, cuộn thứ cấp 40000 vòng a) Máy đó là máy tăng hay hạ thế? b) Đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp hiệu điện 400V Tính hiệu điện hai đầu cuộn thứ cấp? c) Điện trở đường dây truyền là 40, công suất truyền là 000 000W Tính công suất hao phí trên đường truyềndo tỏa nhiệt trên dây d) Muốn công suất hao phí giảm nửa thì phải tăng hiệu điện lên bao nhiêu? GỢI Ý: a) So sánh n1? n2 để biết máy tăng hay hạ U1 n1 U n2 b) Tính U2 từ công thức: c) Tính Php theo: R, P, U Php R.P '2 U '2 ’ U d) Tính P hp= Đs: b) 32 000V; c) 38 938W; d) 50kV Bài Một cuộn dây máy biến có 600 vòng, cuộn có 3000 vòng a) Dùng máy biến trên có thể tăng hay giảm và có thể tăng (hoặc giảm bao nhiêu lần) b) Giả sử dùng máy trên để tăng Tính hiệu điện lấy hiệu điện đặt vào là 120V GỢI Ý: a) Về nguyên tắc dùng máy biến trên để tăng hay giảm thế, tùy thuộc cách mắc các cuộn dây trên vào mạng điện Căn vào đ.k đây và công thức (*) để trả lời phần a + Theo cách gọi: n1 là cuộn sơ cấp; n2 là cuộn thứ cấp Khi n2 > n1 <=> U2 > U1 (máy tăng thế) n2 < n1 <=> U2 < U1 (máy hạ thế) (13) U1 n1 U n2 * + Từ công thức: c) Xác định n1 , n2 phần “a” và dựa vào công thức (*) tính U2 Đs: a) Có thể tăng (hay giảm) hiệu điện lần; b) 600V Bài Trong hình 13.5 mô tả loại biến dùng với các hiệu điện khác Hãy xác định số các vôn kế còn lại 220 V 110 V 110 V ? 110 V ? Hình 13.5 GỢI Ý: Xem phần hướng dẫn (Bài 2) III Luyện tập Bài Người ta muốn lắp thí nghiệm để chứng minh xuất dòng điện cảm ứng cuộn dây dẫn kín tác dụng nam châm điện Cuộn dây dẫn kín và cuộn dây nam châm điện có vị trí cố định Ngoài cách đóng và ngắt mạch điện, còn có cách nào khác để làm xuất dòng điện cảm ứng không ? GỢI Ý: + Dùng biến trở + Di chuyển lõi sắt nam châm điện: Kéo xa đẩy vào sâu lòng cuộn dây Bài Trong các thí nghiệm tượng cảm ứng điện từ mà ta đã biết, dòng điện cảm ứng xuất thời gian ngắn, tắt và xuất lại theo chiều ngược với lúc trước (14) Có cách nào để tạo dòng điện cảm ứng xuất thời gian dài mà không đổi chiều không? GỢI Ý: Tạo đầu cuộn dây từ trường mạnh lên (hoặc yếu đi) mãi mãi Nhưng thực tế không thể tạo dòng điện cảm ứng tồn lâu dài mà không đổi chiều mà có thể tạo dòng điện cảm ứng tồn lâu dài và liên tục đổi chiều Bài Dòng điện dùng các gia đình có hiệu điện dây nóng và dây nguội là 220V Nếu dòng điện đó đưa từ nhà máy điện tới các gia đình không phải với hiệu điện 220V mà với hiệu điện 6000V thì công suất hao phí truyền tải điện giảm bao nhiêu lần? Coi hai trường hợp dòng điện truyền trên cùng đường dây Đs: Giảm gần 750 lần Bài Một công suất điện P truyền tải từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ hiệu điện U1 = 6000V Công suất trên đường dây là Php Muốn truyền tải công suất điện P đó với công suất hao phí Php trước, hiệu điện U2 = 110V thì tiết diện các dây dẫn phải tăng lên bao nhiêu lần, chúng làm vật liệu trước Đs: Tăng lên gần 3000 lần (15)