(Sáng kiến kinh nghiệm) vận dụng hiện tượng cảm ứng điện từ trong một số bài toán phức tạp

MỤC LỤC Trang BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU SÁNG KIẾN……………… Lời giới thiệu……………………………………………………… 1.1 Lí chọn đề tài……………………………………………… 1.2 Mục đích nghiên cứu………………………………………… 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu…………………………… 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu……………………………………… 1.5 Phương pháp nghiên cứu……………………………………… 1.6 Thời gian nghiên cứu……………………………………… 1.7 Điểm kết nghiên cứu…………………………… Tên sáng kiến……………………………………………………… Tác giả sáng kiến ………………………………………………… Chủ đầu tư sáng kiến……………………………………………… Lĩnh vực áp dụng sáng kiến…………………………………… Ngày sáng kiến áp dụng lần đầu áp dụng thử………… Mô tả chất sáng kiến…………………………………………… 7.1 Kiến thức liên quan…………………………………………… 7.2 Bài tập mẫu có lời giải……………………………………… 7.3 Bài tập tự giải……………………………………………… 7.4 Khả áp dụng sáng kiến……………………………… Tài liệu tham khảo………………………………………………… Những thông tin cần bảo mật……………………………… Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến…………………… 9.1 Đối với giáo viên……………………………………………… 9.2 Đối với học sinh…………………………………………… 10 Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến theo ý kiến tác giả; tổ chức cá nhân…… 1 2 2 2 3 3 4 35 37 38 38 38 38 38 38 38 10.1 Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến theo tổ chức, cá nhân………………………………… 38 10.2 Đánh giá lợi ích thu hặc dự kiến thu áp dụng sáng kiến theo ý kiến tổ chức cá nhân…………………… 11 Danh sách tổ chức, cá nhân tham gia áp dụng thử…… 39 40 BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN LỜI GIỚI THIỆU 1.1 Lí chọn đề tài Bồi dưỡng học sinh giỏi nói chung, bồi dưỡng học sinh giỏi mơn vật lí nói riêng cho kỳ thi tuyển học sinh giỏi vấn đề cấp quản lý, giáo viên trực tiếp giảng dạy quan tâm, trăn trở Đây cơng việc hàng năm, khó khăn thường nhiều thuận lợi có ý nghĩa trường THPT Kết thi học sinh giỏi số lượng chất lượng tiêu chí quan trọng, phản ánh lực, chất lượng dạy học trường, giáo viên học sinh Thực trạng trình độ nhận thức học sinh THPT chưa cao, đặc biệt học sinh vùng nông thôn, trung du phân phối thời gian cho học tập cịn so với lượng kiến thức SGK thiếu thốn sách tham khảo nên việc nhận dạng phân loại, tổng hợp dạng toán để xác định cách giải toán khó khăn phần lớn học sinh Trong trình dạy học bồi dưỡng HSG vật lý 11, 12 dạy chương chương V: Cảm ứng điện từ, tơi nhận thấy em gặp khó khăn làm tập phần Đa số em làm tốn bản, mang tính chất vận dụng cơng thức hiểu rõ chất làm toán mang tích chất phức tạp Trong q trình dạy học học sinh giỏi, để giải tốn phần địi hỏi em phải có tính vận dụng cao Vậy làm để học sinh giải tốn tượng cảm ứng điện từ? Để giải vấn đề bước vào nghiên cứu đề tài “Vận dụng tượng cảm ứng điện từ số tốn phức tạp” Để từ giúp em học sinh có nhìn tổng qt tượng cảm ứng điện từ khơng cịn cảm thấy khó khăn gặp dạng tốn 1.2 Mục đích nghiên cứu - Bồi dưỡng cho học sinh phương pháp, kỹ giải tập Qua học sinh nâng cao khả tư duy, sáng tạo hình thành nhiều cách giải khác - Cùng chia sẻ với đồng nghiệp em học sinh kinh nghiệm ,cũng dạng tập tượng cảm ứng điện từ - Bản thân rèn luyện chuyên môn nhằm nâng cao nghiệp vụ sư phạm 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu *Đối tượng nghiên cứu - Các dạng toán tượng cảm ứng điện từ có đề thi học sinh giỏi *Phạm vi nghiên cứu - Bám sát nội dung, chương trình giáo dục phổ thơng, có mở rộng phù hợp với nội dung thi học sinh giỏi tỉnh 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu - Đề xuất, tuyển chọn toán đề thi học sinh giỏi - Đưa số nhận xét, hướng nghĩ chủ quan có hệ thống cách tiếp cận lời giải toán điển hình 1.5 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý luận - Thu thập, nghiên cứu hệ thống lại tài liệu - Phân tích, đề xuất phương án giải toán - Thực nghiệm sư phạm qua công tác ôn luyện thi học sinh giỏi lớp 12 năm học 2019 – 2020 1.6 Thời gian nghiên cứu: - Năm học: Từ tháng năm 2018 đến tháng năm 2019 - Số tiết giảng dạy : tiết (được dạy tiết học ôn thi HSG) 1.7 Điểm kết nghiên cứu - SKKN hệ thống tóm tắt nội dung nghiên cứu tốn tượng cảm ứng điện từ - SKKN đưa nhiều toán mẫu tập tương tự nhằm mục tiêu giúp học sinh rèn luyện kỹ tính tốn phát triển tư trước toán - Qua SKKN này, học sinh tích lũy hình thành kinh nghiệm cho thân để sáng tạo ,có hướng tư tốt giải toán tổng hợp, nâng cao ***************** Với mục đích, nhiệm vụ phạm vi nghiên cứu nêu trên, đề tài “Vận dụng tượng cảm ứng điện từ số toán phức tạp” đề cập đến dạng toán phức tạp đề tài nêu Mặc dù nhiệt huyết với đề tài rút từ kinh nghiệm giảng dạy thân nhiều hạn chế, mong q thầy góp ý kiến để tơi hồn thiện chun đề, phương pháp giảng dạy tốt TÊN SÁNG KIẾN “Vận dụng tượng cảm ứng điện từ số toán phức tạp” TÁC GIẢI SÁNG KIẾN - Họ tên: Phạm Văn Nam - Địa tác giả sáng kiến: Trường THPT Đồng Đậu – Yên Lạc – Vĩnh Phúc - Số điện thoại: 0989742720 E_mail: Namdd1987@gmail.com CHỦ ĐẦU TƯ TẠO RA SÁNG KIẾN - Họ tên: Phạm Văn Nam - Địa tác giả sáng kiến: Trường THPT Đồng Đậu – Yên Lạc – Vĩnh Phúc - Số điện thoại: 0989742720 E_mail: Namdd1987@gmail.com LĨNH VỰC ÁP DỤNG SÁNG KIẾN - Lĩnh vực sáng kiến: Ôn tập cho học sinh giỏi lớp 11 12 - Vấn đề mà sáng kiến giải quyết: học sinh vận dụng tượng cảm ứng điện từ số toán phức tạp NGÀY SÁNG KIẾN ĐƯỢC ÁP DỤNG LẦN ĐẦU HOẶC ÁP DỤNG THỬ Ngày 15 tháng 09 năm 2018 MÔ TẢ BẢN CHẤT SÁNG KIẾN 7.1 Kiến thức liên quan a Từ thông - Từ thông Φ qua diện tích S, giới hạn vịng dây kín phẳng C, đặt từ trường có cảm ứng từ Φ = BScos α Với α ur B đại lượng có biểu thức: (Đơn vị Wb (Vêbe)) góc hợp vectơ cảm ứng từ ur B pháp tuyến r n mặt S b Hiện tượng cảm ứng điện từ - Hiện tượng cảm ứng điện từ xuất dịng điện cảm ứng mạch kín từ thơng qua mạch biến đổi Suất điện động sinh dịng điện cảm ứng mạch điện kín suất điện động cảm ứng - Khi có biến đổi từ thông qua mặt giới hạn mạch điện kín mạch xuất điện suất điện động cảm ứng - Dòng điện cảm ứng tồn thời gian từ thông biến thiên, từ thông ngừng biến thiên dịng điện cảm ứng tắt - Định luật Lenxơ: Dịng điên cảm ứng có chiều cho từ trường sinh có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh c Suất điện động cảm ứng - Suất điện động cảm ứng suất điện động sinh dòng điện cảm ứng mạch kín, tỉ lệ với độ biến thiên từ thông qua mạch tỉ lệ nghịch với khoảng thời gian biến thiên ấy: EC = − ∆Φ ∆t (dấu trừ thể định luật Lenxơ) + Nếu mạch kín có N vịng dây EC = − N ∆Φ ∆t + Suất điện động cảm ứng xuất đoạn dây dẫn chiều dài ℓ chuyển động với vận tốc r v từ trường có cảm ứng từ ur B bằng: EC = Bvlsin α Với ur B r v vng góc với đoạn dây α góc hợp ur B r v - Sự xuất điện suất điện động cảm ứng đoạn dây tương đương với tồn nguồn điện đoạn dây Nguồn điện có suất điện động EC có hai cự dương âm xác định quy tắc bàn tay phải d Hiện tượng tự cảm - Hiện tượng tự cảm tượng cảm ứng điện từ mạch điện biến đổi dịng điện mạch gây - Suất điện động sinh tượng tự cảm gọi suất điện động tự cảm Suất điện động tự cảm xuất mạch, xảy tượng tự cảm, có biểu thức: EC = −L ∆I ∆t Trong ∆I độ biến thiên cường độ dòng điện mạch thời gian ∆t L hệ số tự cảm ( hay độ tự cảm) mạch có giá trị tùy thuộc vào hình dạng kích thước mạch, có đơn vị henri (H) - Từ thơng tự cảm qua mạch có dịng điện I: - Độ tự cảm ống dây dài là: L = 4π10−7 Φ = LI N 2S l - Năng lượng từ trường ống dây dẫn có độ tự cảm L có dịng điện I chạy qua: W= LI 7.2 BÀI TẬP MẪU VÀ CÓ LỜI GIẢI Câu 1: Trên hai cạnh AB CD khung dây dẫn hình vng cạnh a = 0,5m, điện trở tổng cộng R = Ω , người ta mắc hai + u r B nguồn điện E1 = 10V, E2 = 8V; điện trở hai nguồn khơng hình vẽ bên Mạch điện đặt từ trường có vectơ cảm ứng từ ur B vng góc với mặt khung dây hướng sau hình vẽ, độ lớn B tăng theo thời gian theo quy luật B A E1 E2 D C B = 16t Tính cường độ dòng điện mạch? Hướng dẫn giải - Vì cảm ứng từ tăng B nên từ thơng qua mạch tăng mạch suất suất điện động cảm ứng EC, dịng điện cảm ứng sinh có chiều cho từ trường sinh ngược chiều với từ trường ngồi ur B đó, dịng điên cảm ứng có chiều DCBAD - Độ lớn suất điện động cảm ứng là: EC = ∆Φ ∆ (16t.S) = = 16S = 4V ∆t ∆t - Cường độ dịng điện mạch có chiều DCBAD có độ lớn: I= E C + E − E1 = 0,5A R u r B Câu 2: HSG Vĩnh Phúc năm 2011 – 2012: Hai ray có điện trở khơng đáng kể ghép song song với nhau, cách khoảng l R mặt phẳng nằm ngang Hai đầu hai l r v nối với điện trở R Một kim loại có chiều dài l, khối lượng m, điện trở r, đặt vng góc tiếp xúc với hai Hệ thống đặt từ trường ur B có phương thẳng đứng hình vẽ bên Kéo cho chuyển động với vận tốc v a Tìm cường độ dịng điện qua hiệu điện hai đầu b Tìm lực kéo hệ số ma sát với ray μ Ban đầu đứng yên Bỏ qua điện trở ma sát với ray Thay điện trở R tụ điện C tích điện đến hiệu điện U Thả cho tự do, tụ phóng điện làm chuyển động nhanh dần Sau thời gian, tốc độ đạt đến giá trị ổn định v gh Tìm vgh? Coi lượng hệ bảo toàn Hướng dẫn giải - Suất điện động cảm ứng: E = Blv a - Cường độ dòng điện: I= Blv R+r BlvR - Hiệu điện hai đầu thanh: U=I.R= R + r - Lực từ cản trở chuyển động: Ft = B.l.I = - Lực kéo: F = Ft + Fms = B2 l v R+r B2 l v R+r + μmg Khi chuyển động ổn định gia tốc → cường độ dòng điện mạch → hiệu điện tụ suất điện động cảm ứng: U = E = Blvgh Bảo toàn lượng: 1 CU 02 = CU + mvgh 2 - Ta suy được: vgh = U0 hay 1 2 CU 02 = CB2 l v gh + mv gh 2 C CB l + m 2 u r ⊕B Câu 3: Một khung dây dẫn hình trịn đồng tâm O đặt từ trường B = 0,005T, đường sức từ vng góc với mặt phẳng khung dây Thanh kim loại OM dài ℓ = C A O M D 50cm, quay quanh điểm O đầu M luôn tiếp xúc với khung dây Điểm C khung dây nối với đầu O kim loại qua ampe kế Chiều quay kim loại OM chiều đường sức từ hình vẽ bên a Hãy chiều dòng điện cảm ứng qua dây dẫn C1M C2M? b Sợi dây dẫn làm khung làm khung có tiết diện có điện trở R = 0,05 Ω Hỏi kim loại OM quay từ điểm đến điểm số ampe kế thay đổi theo nào? Hỏi số ampe kế đầu M qua điểm D? Cho biết OM quay với tốc độ góc vịng/giây Hướng dẫn giải a - Khi kim loại quay kim loại đóng vai trò u r nguồn điện - Theo quy tắc bàn tay phải ta xác định đầu O cực âm, đầu M cực dương nguồn điện i1 C A D O ∆α M’ Do dịng điện i1, i2 có chiều hình vẽ i2 bên M ⊕B M b - Giả sử OM quay góc nhỏ ∆α diện tích hình MOM’ (như hình vẽ) Vì Khi OM quét ∆α nhỏ nên cung tròn MM’ nhỏ Do ta coi hình MOM’ hình tam giác Diện tích hình tam giác là: 1 S = l(l∆α) = l ∆α 2 - Từ thông mà quét tương ứng với diện tích là: Φ = BScos α = - Độ lớn suất điện động cảm ứng xuất điện OM là: ec = ∆Φ ∆α = Bl ∆t ∆t Bl ∆α - Vì OM quay nên - Gọi cung C1M β ∆α =ω ∆t ec = Do Bl ω 2π − β cung C2M - Gọi điện trở cung C1M C2M R1 R2 Khi ta có R1 = R R β;R = (2π − β) 2π 2π - Khi cường độ dịng điện tương ứng là: - Cường độ dòng điện qua Ampe kế là: i1 = ec R1 i = i1 + i = - Khi đầu M kim loại gần điểm β ;i = ec R1 + ec R2 ec R2 = π2 e c Rβ(2π − β) nhỏ, gần điểm 2π − β nhỏ, i lớn Do tính chất đối xứng khung dây nên ta suy luận đầu M tiến lại gần D i giảm dần, xa D i tăng dần Vậy M đến điểm D i cực tiểu Khi i ct = 4π e c = Rπ β= π ec R = Do ta có: 2Bl ω = 0,63A R Câu 4: Một ống dây dài 40cm, đường kính 4cm có 400 vịng dây quấn sát Ống dây mang dòng điện cường độ I = 1A a Hãy tính cảm ứng từ lượng tù trường ống dây? b Tính từ thơng qua ống dây? c ngắt ống dây khỏi nguồn điện Hãy tính suất điện động cảm ứng ống dây Coi từ thông qua ống dây giảm từ giá trị ban đầu đến 0A khoảng thời gian 0,01s Hướng dẫn giải a - Cảm ứng từ bên ống dây là: B = 4π.10 −7 nI = 4π.10−7 - Năng lượng từ trường ống dây bằng: 10 N I = 0,00126T l Câu 20*: Ống dây có độ tự cảm L = 0,01H nối vào mạch E, r R hình bên Cho biết E = 1,6V; r = 1Ω; R = 7Ω Khóa K nắt , lúc t = 0s đóng khóa K K L Tính cường độ dịng điện mạch đóng K? Sau khoảng thời gian cường độ dịng điện mạch 0,2A? Hướng dẫn giải - Khi đóng K, mạch có tượng tự cảm Suất động tự cảm Định luật Ơm cho tồn mạch: E−L −L ∆i ∆t ∆i = (R + r)I ∆t Trước đóng K (t> ⇒ ∆i >> ∆t(R + r) L R+r L - Đại lượng mạch: τ= E L ∆i − =I R + r R + r ∆t τ= L R+r nghĩa i không biến thiên Lúc phải , có thứ nguyên thời gian gọi số thời gian L 0,01 = = 1, 25.10−3 (s) R+r - Điều kiện: ∆i >> 1, 25.10−3 (s) Câu 21: Một cuộn dây dài ℓ = 20cm, gồm 200 vòng dây, L1 đường kính d = 2cm, tiết diện dây S0 = 0,1mm2, điện trở 28 K R1 E suất ρ = 1,72.10−8 Ωm Mắc cuộn dây vào nguồn điện khơng đổi có suất điện động E = 10V hình vẽ bên, điện trở R = 5Ω; điện trở nguồn, dây nối khóa K khơng đáng kể Ban đầu khóa K vị trí Sau dịng điện ống dây ổn định, người ta đảo nhanh khóa K từ vị trí sang vị trí Tìm nhiệt lượng tỏa điển trở R1? Hướng dẫn giải - Điện trở độ tự cảm cuộn dây: R =ρ l0 Nπd =ρ = 2,16Ω S0 S0 L = µ0 N S πd = µ0 N = 0,079mH l l - Áp dụng kiến thức bổ xung ta tìm cường độ dịng điện chạy qua R khóa K vị trí 2: - Với I0 = ε R ∞ ∫ Q = R1i dt = i = I0 e − R + R1 t L Từ tìm nhiệt lượng tỏa điện trở R1: R1LE = 0,59mJ 2R (R1 + R) - Chú ý: Có thể tìm kết phương pháp áp dụng định luật bảo toàn lượng R Câu 22: Hai cuộn dây siêu dẫn (có điện trở 0) mắc song song, có độ tự cảm L1 L2 nối qua điện trở R với nguồn điện có suất điện động E, điện trở r (như hình vẽ bên) Đóng K Tìm cường độ dịng L1 L2 K E, r điện ổn định cuộn dây cường độ dịng điện mạch chính? Bỏ qua hỗ cảm cuộn dây Hướng dẫn giải - Tại thời điểm bất kì, hiệu điện hai đầu A, B hai cuộn dây Ngày sau đóng K cuộn dây có xuất suất điện động tự cảm: 29 E tc1 = −L ∆I1 ∆I ;E tc2 = − L ∆t ∆t - Vì cuộn dây siêu dẫn (có điện trở khơng) nên theo định luật Ôm ta có: L ∆I1 ∆I = L ⇒ L1∆I1 = L ∆I ∆t ∆t (1) - Ở thời điểm ban đầu, chưa đóng K, dịng điện bằng Do cường độ dòng điện ổn định hai cuộn dây I1, I2 theo (1) ta có: L1I1 = L I (2) - Mặt khác áp dụng định luật Ơm cho tồn mạch: - ngồi ta có: E = I(R + r) I = I1 + I - Từ (2), (3), (4) ta tìm được: (3) (4) I= L2 L1 E E E ;I1 = ;I = R+r L1 + L R + r L1 + L R + r Câu 23**: Trong mạch hình vẽ bên cuộn dây có độ K1 K2 cảm L1 L2( điện trở khơng đáng kể), pin có suất điện động E điện trở r Ban đầu hai khóa mở Người ta đóng K1 dịng L1 đạt giá trị I0 đóng khóa K2 Tính L1 E, r L2 giá trị cuối I I2 ( Khi ổn định) dòng i1 i2 chạy qua hai cuộn dây Xét trường hợp đồng thời đóng hai khóa, tính I1 I2 Hướng dẫn giải - Dòng i1 tăng từ đến I0 (lúc t = t0) Lúc t > t0 ta có dịng i1(t) i2(t) chạy ngược chiều mạch ngồi (hình 5.25) Vì dịng tăng nên cuộn có suất điện động tự cảm: − L1 di1 dt −L2 di dt dụng định luật Kiếc xốp cho đoạn mạch ta có: - Suy ra: L1 L1i1 (t) − L 2i1 (t) = st - Cho t = t0 ta có: L1I0 = const suy ra: L1i1 (t) − L 2i (t) = L1I0 30 ngược chiều Áp di1 di − L2 = dt dt - Khi t lớn i1 i2 có giá trị ổn định I1 I2, nên ta có: L1I1 − L I = L1I0 (1) E r (2) Với - Từ (1) (2) tìm được: I1 = I1 + I = L1I0 LI L2 E L1E + ;I = − 10 L1 + L r(L1 + L ) r(L1 + L ) L1 + L - Nếu đồng thời đóng hai khóa có nghĩa I0 = 0, nên ta có: I1 = L2 E L1E ; I2 = r(L1 + L ) r(L1 + L ) Câu 24: Một vịng trịn chất dẫn điện bán kính a, đặt từ trường có cảm ứng từ ω1 ka v z B= R ϕ vng góc với mặt phẳng vịng Có hai kim loại quay quanh u r B O a ⊕ ω2 trục qua tâm O vịng với tốc độ góc ω , ω2 (ω1 > ω2) tiếp xúc với vịng trịn (hình vẽ bên); vịng trịn làm từ kim loại đồng chất có điện trỏ suất ρ đoen vị chiều dài Xác định cương độ dịng điện qua mạch góc hai π Cho tiếp xúc điện vòng tốt Hướng dẫn giải - Khi quay cắt đường sức từ, xuất suất điện động cảm ứng: e1 = ω1a B e2 = ω2 a B - Biểu diễn nguồn trog mạch ta sơ đị hình 5.53 Điện trở thanh: r1 = r2 = ρa Điện trở phần đường tròn: - Theo định luật Ơm ta có: E1 − E = I(r1 + r2 ) + I 31 R 1R R1 + R R1 = πρa R2 = 3πρa - Từ ta có: I= 8(E1 − E ) 4aB(ω1 − ω2 ) = (16 + 3π)ρa (16 + 3π)ρ Câu 25: (HSG LỚP 12 TỈNH VĨNH PHÚC NĂM 2018) Hai M N dẫn điện dài có điện trở khơng đáng kể đặt thẳng đứng cách 10cm từ trường đều, cảm ứng từ ur B B=0,2T có hướng hình bên Người ta đặt gác lên hai đầu hai dẫn kim loại MN dài 10cm có khối lượng 2g điện trở 0,5Ω Phía MN, kim loại CD có điện trở 0,5Ω trượt dọc theo hai dẫn C D tiếp xúc với hai dẫn hai đầu C D a Kéo CD chuyển động thẳng xuống với vận tốc v= 5m/s Tính cường độ dịng điện mạch lực từ tác dụng lên MN b Phải kéo CD chuyển động với tốc độ nhỏ theo chiều để MN bị đẩy rời khỏi hai đỡ? Hướng dẫn giải a - Suất điện động cảm ứng CD: E = B.l.v =0,1V - Cường độ dòng điện chạy từ N đến M : I = E/R = 0,1 A - Lực từ tác dụng lên MN: F = B.I.l = 0,002(N) b - Để MN bị đẩy rơi lực từ phải hướng lên nên dịng điện phải chạy từ M đến N Do CD phải chuyển động lên - Mặt khác, ta phải có: Suy vmin = 50m/s F ≥ P ⇒ B(Blv/R)l ≥ mg Câu 26**: Trên mặt bàn nằm ngang nhẵn có khung Bz x O dây dẫn hình chữ nhật cạnh a b, khối lượng m Khung đặt từ trường vng góc với mặt bàn a phụ thuộc vào tọa độ x theo định luật: Bz = B0 ( – αx), y 32 v0 b B0 α số (hình bên) Khung dây chuyển động theo hướng trục Ox với vận tốc đầu v0 Bỏ qua độ tự cảm khung dây Điện trở khung dây R Hãy tính khoảng cách xa ℓ mà khung dây đạt tới (so với vị trí ban đầu) Hướng dẫn giải - Ở thời điểm ban đầu khung có vận tốc v Khi chuyển động, khung xuất hieẹn dịng điện cảm ứng có lực tác dụng làm cho vận tốc khung thay đổi - Ta có: v= dx dt - Khi khung chuyển động đoạn dây 12 34 xuất suất điện động cảm ứng (hình 5.540 ta có: E12 = avB E 34 = avBx (ở Bx Bx+b cảm ứng từ x x+b) - Cường độ dòng điện mạch là: I= E α.a.b.B0 = v R R - Lực điện từ tác dụng lên đoạn dây 12 34 khung dây là:  α.a b.B0 F = aIB = v.Bx + b  12 x+b  R   F = a.I.B = α.a b.B0 v.B x x  34 R - Hợp lực tác dụng lên khung dây là: F = F12 − F34 = α.a b.B0 α a b B02 v(Bx + b − Bx ) = − R R - Theo định luật II Newtơn ta có: F = ma = m α a b B02 v α a b B02 α a b B02 dv =− ⇒ dv = − vdt = − dx dt R mR mR - Khi khung dừng lại vận tốc giảm từ v0 đến 0, cịn x tăng từ đến ℓ Ta có: l mR dx = − (αabB0 ) ∫ mRv v0 ∫ dv ⇒ l = (αabB ) 33 Câu 27**: Trong mặt phẳng với dây dẫn thẳng I dài vơ hạn mang dịng điện I = 40A người ta đặt hai kim loại song song với dây dẫn, cách dây dẫn đoạn x0 = 1cm cách ℓ = 0,5cm (hình bên) Một đoạn dây dẫn AB dài A ℓ B r v x0 ℓ đặt tiếp xúc điẹn với Tìm hiệu điện xuất hai đầu dây AB cho AB trượt tịnh tiến hai với vận tốc không đổi v = 3m/s Hướng dẫn giải - Vì đoạn dây AB chuyển động từ trường dòng điện I nên đoạn dây AB xuất suất điện động cảm ứng Vì mạch điện hở nên suất điện động cảm ứng từ ε0 hiệu điện U hai đầu dây Sau thời gian t kể từ lúc bắt đầu chuyển động, từ thông quét đoạn dài dx dây (đoạn cách dây dẫn mang dòng điện đoạn x) bằng: x0 +l AB là: Φ= ∫ dΦ = x0 Suy ra: U = εc = − µ0 I x +l vt ln 2π x0 dΦ = BdS = µ0 I vtdx 2πx từ thơng qt đoạn dây x +l dΦ µ I = v ln = 9,7.10 −6 V dt 2π x0 Câu 28**: Một đĩa kim loại bán kính R = 25cm quay quanh trục với vận tốc góc ω = 1000 vịng/phút Tìm hiệu điện xuất tâm đĩa điểm mép đĩa hai trường hợp sau: a Khi không đặt đĩa từ trường b Khi đĩa quay từ trường ur B vng góc với đĩa có độ lớn B = 0,01T Hướng dẫn giải - Chọn hệ quy chiếu gắn với Trái Đất a 34 - Do quán tính electron tự đĩa văng mép đĩa, kết mép đĩa tích điện âm, cịn tâm đĩa tích điện dương Khi đạt trạng thái ổn định, tâm mép đĩa có hình dạng hiệu điện U, electron chuyển động tròn với vận tốc góc ω tác dụng lực hướng tâm ( mω 2r) cân với lực điện R Công lực điện từ tâm mép đĩa bằng: ∫ −eU = − mω2 r.dr = − Suy ra: U= mω2 R 2 mω2 R = 2.10−9 V 2e b - Do có từ trường ur B nên electron cịn chịu tác dụng lực Lorenxơ có độ lớn evB, lực có chiều tùy thuộc vào chiều Lực điện từ = lực Lorenxơ ± ur B Khi đạt trạng thái ổn định ta có: mω2r = eωrB ± mω2r - Thế số hạng mω2r nhỏ so với eωrB, nên ta có: Lực điện = eωrB R - Do đó: ∫ −eU = − e ω rB.dr = − eωBR BωR ⇒U= = 0,033V 2 Câu 29: Hai khung dây tạo thành từ loại dây dẫn chuyển động vận tốc với dây dẫn đặt thẳng đứng có dịng điện chạy qua Khung hình ε1 I ε3 b ε2 ε4 vng, khung hai hình vng hình vẽ Các hình vng có kích thước Khi khoảng cách khung với ε5 a dây dẫn thẳng b = 2a (a cạnh khung) tỉ số cường độ dịng điện qua khung qua khung bao nhiêu? Hướng dẫn giải - Ta biểu diễn cảm ứng từ dạng: Bx = A x ur B dòng điện thẳng gây điểm cách dây x (trong A số) - Xét khung dây 1, suất điện động cảm ứng đoạn dây E1 E2 ta có: 35 A a.A.v Av   E1 = a.B.v = a b v = 2a =   E = a.B' v = a A v = Av b+a  - Cường độ dòng điện khung là: - Theo hình 5.23 ta có: - Từ ta suy ra: E = E1 = I1 = E1 E  Av Av  Av = = − = R 4r  ÷  4r 24r qA1v Av Av 2Av ; E4 = E2 = ;E = = b + 2a Av Av 2Av + − E + E − E1 = Av I2 = = 2R 8r 96r - Tỉ số dòng điện là: I1 =4 I2 Câu 30: Hai ray dẫn điện dài nằm song R P M song với nhau, khoảng cách hai ray ℓ = 0,4m MN PQ hai dẫn điện song r u r song với gác tiếp xúc điện lên hai v C B ⊗ ray, vng góc với hai ray (hình 1) Điện trở MN PQ r = 0,25Ω, Q điện trở R = 0,5Ω, tụ điện C = 20µF ban đầu chưa N tích điện, bỏ qua điện trở hai ray Hình điện trở chỗ tiếp xúc Tất hệ uthống đặt r từ trường có vectơ B vng góc với mặt phẳng hình vẽ, chiều vào trong, độ lớn B = 0,2T Cho MN trượt sang tái với vận tốc v = 0,5m/s, PQ trượt sang phải với vận tốc 2v a Tìm cơng suất tỏa nhiệt điện trở R? b Tìm điện tích tụ, tích điện dương mắc vào điểm nào? Hướng dẫn giải a - Suất điện động cảm ứng xuất dẫn MN PQ là: E = Bvl ; E2 = 2Bvl - Hai suất điện động mắt nối tiếp với E1 + E2 3Blv = R + 2r R + 2r  3Blv  −3 - Công suất tỏa nhiệt R là: P = I R =  ÷ R = 7, 2.10 W R + 2r   - Cường độ dòng điện mạch là: I = b 36 - Điện tích tụ C là: Q=CU MN = C ( E1 − Ir) = C ( Bvl − 3Blv r ) = 2.10 −7 C R + 2r - Cực dương nối với điểm N 7.3 BÀI TẬP TỰ GIẢI Câu 1: Một sợi dây dẫn đồng nhất, tiết diện ngang S = mm2, điện trở suất M uốn thành vòng trịn kín, bán V kính r = 25 cm Đặt vịng dây nói vào từ trường cho đường sức từ vng góc với mặt phẳng  +B N vịng dây hình vẽ bên Cảm ứng từ từ trường biến thiên theo thời gian B = kt, với t tính đơn vị giây (s) a) Tính cường độ dịng điện cảm ứng vịng dây b) Tính hiệu điện hai điểm vịng dây c) Nối vào hai điểm M, N vịng dây vơn kế (có điện trở lớn) dây dẫn thẳng có chiều dài hình vẽ Tính số vơn kế Câu 2: Trên mặt phẳng nghiêng góc α = 450 với mặt phẳng ngang có hai dây dẫn thẳng song song, điện trở không đáng kể nằm dọc theo đường dốc mặt phẳng nghiêng hình vẽ bên Đầu hai dây dẫn nối với điện trở R = 0,1Ω Một kim loại MN = l = 10 cm điện trở r = 0,1 Ω khối lượng m = 20g đặt vng góc với hai dây dẫn nói trên, trượt khơng ma sát hai dây dẫn ấy.Mạch điện đặt từ trường đều, cảm ứng từ r B có độ lớn B = 1T có hướng thẳng đứng từ lên a Thanh kim loại trượt xuống dốc.Xác định chiều dòng điện cảm ứng chạy qua R b Chứng minh lúc đầu kim loại chuyển động nhanh dần đến lúc chuyển động với vận tốc khơng đổi.Tính giá trị vận tốc khơng đổi ấy.Khi cường độ dịng điện qua R ?Cho g = 10 m/s2 37 Câu 3: Hai kim loại song song, thẳng đứng, đầu nối với C tụ C Một đoạn dây dẫn AB, độ dài ℓ, khối lượng m, tì vào hai u r ⊕B kim loại, tự trượt không ma sát xuống ln ln A B vng góc với hai kim loại Tồn hệ thống đặt từ trường có vecto cảm ứng từ ur B vng góc với mặt phẳng hai kim loại hình vẽ bên Bỏ qua điện trở mạch a Tính gia tốc a AB cho biết biến đổi lượng mạch? b Bây đặt hai kim loại nghiêng với mặt phẳng nằm ngang góc α Độ lớn chiều cảm ứng từ ur B cũ Ban đầu AB thả từ vị trí cách đầu kim loại đoạn d Tìm thời gian để AB bắt đầu rời khoir kim loại vận tốc AB đó? ĐS: a= mgsin α 2dmgsin α v= ; 2 m + CB l sin α m + CB2 l2 sin α Câu 4: Một kim loại MN, chiều dài ℓ, điện trở R, khối r v lượng m = 100g, đặt vng góc với hai ray song song nằm ngang nối với nguồn điện có suất điện động E Hệ thống đặt từ trường có cảm ứng từ ur B hướng E, r thẳng đứng xuống có độ lớn B hệ số ma sát MN ray µ Bỏ qua điện trở u r B N M ray, điện trở chỗ tiếp xúc Mô tả chuyển động MN? Giải thích MN chuyển động sang trái với gia tốc biến đổi sau lại chuyển động với vận tốc khơng đổi Tính vận tốc đó? Câu 5: Hai kim loại đặt song song thẳng đứng, điện trở không E ,r đáng kể, hai đầu khép kín nguồn điện có suất điện động E điện trở r = 0,2 Ω Một đoạn dây dẫn AB có khối lượng m = 10g, dài ℓ = 20cm, điện trở R = Ω , trượt không ma 38 A u r •B B sát theo hai kim loại (AB ln ln vng góc với từ trường ur B, có B = 0,01T a Giả xử nguồn điện có suất điện động E = 1V AB xuống Hãy xác định vận tốc AB đạt giá trị không đổi v0? b Nguồn điện phải có suất điện động để AB lên với vận tốc v0 phần a? Câu 6: Một đoạn dây dẫn thẳng AB có chiều dài ℓ = 20cm treo nằm ngang hai dân dẫn mảnh, nhẹ thẳng đứng chiều dài L = 40cm Dây đặt từ trường thẳng đứng, B = 0,1T kéo lệch dây AB để dây treo hợp với phương thẳng đứng góc α0 thả nhẹ Tìm biểu thức suất điện động cảm ứng xuất AB dây treo lệch góc α so với phương thẳng đứng suy suất điện động cực đại dây AB? Bỏ qua ma sát 7.4 KHẢ NĂNG ÁP DỤNG CỦA SÁNG KIẾN - Áp dụng buổi dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn vật lí lớp 11, 12 trường THPT Đồng Đậu Kết học sinh nắm vững kiến thức kĩ năng, có khả vận dụng vào linh hoạt giải Các em học sinh thấy hứng thú với nội dụng kiến thức tượng cảm ứng điện từ - Sáng kiến áp dụng q trình dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Vật Lí lớp 11, 12 khối trung học phổ thông nước Kết luận: Để đạt hiệu cao công tác dạy bồi dưỡng học sinh giỏi mơn Vật Lí lớp 11, 12 gây hứng thú cho học sinh học môn Vật Lí lớp 11 giáo viên phải thường xuyên nâng cao trình độ chun mơn, nghiệp vụ Để nâng cao chuyên môn, nghiệp vụ người giáo viên phải không ngừng học hỏi, tự học, tự bồi dưỡng nâng cao kiến thức trình độ hiểu biết xã hội mình, trình giảng dạy đổi phương pháp giảng dạy, kiểm tra, đánh giá, thường xuyên TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo khoa vật lí 11 nâng cao – nhà xuất giáo dục Sách giáo khoa vật lí 10 – nhà xuất giáo dục 39 Tuyển tập toán nâng cao vật lí 11 - nhà xuất đại học quốc gia Đề thi HSG tỉnh Vĩnh Phúc NHỮNG THÔNG TIN CẦN ĐƯỢC BẢO MẬT (nếu có) Khơng CÁC ĐIỀU KIỆN CẦN THIẾT ĐỂ ÁP DỤNG SÁNG KIẾN 9.1 Đối với giáo viên - Giáo viên giảng dạy mơn Vật Lí lớp 11 trường THPT toàn quốc - Thời gian thực dạy bồi dưỡng học sinh giỏi lớp 11 12 - Sách giáo khoa sách giáo viên Vật Lí lớp 11 - Một số tài liệu tham khảo khác 9.2 Đối với học sinh - Học sinh học giỏi học sinh u thích mơn Vật Lí lớp 11 trường THPT toàn quốc 10 ĐÁNH GIÁ LỢI ÍCH THU ĐƯỢC HOẶC DỰ KIẾN CĨ 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 10.1 Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến theo ý kiến tác giả - Khi áp dụng sáng kiến q trình soạn, giảng mơn Vật Lí lớp 11, để tìm tập hay, chứng minh đơn giản Tôi thấy thân phải đầu tư cho chun mơn mình, ln tìm tịi tập để lồng ghép vào giảng - Khi áp dụng sáng kiến vào giảng mơn Vật Lí q trình bồi dưỡng học sinh giỏi, trường THPT Đồng Đậu Tôi nhận thấy học sinh học tập hứng thú hơn, sôi bàn luận vấn đề có liên quan đến nội dung học, học sinh chịu khó đọc sách sưu tầm kiến thức để viết thu hoạch - Sau áp dụng sáng kiến vào việc bồi dưỡng học sinh giỏi trường THPT Đồng Đậu thấy em học sinh khơng cịn gặp khó khăn việc vận dụng kiến thức vào việc giải tập liên quan Qua thấy em tự tin hơn, u thích mơn học hơn, say mê với Vật Lí 40 - Sau áp dụng sáng kiến lợi ích thu góp cơng vào kết kì thi HSG lớp 12 năm học 2019 – 2020 trường THPT Đồng Đậu có học sinh đạt giải khuyến khích HSG cấp tỉnh 10.2 Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến theo tổ chức, cá nhân - Khi áp dụng sáng kiến trình soạn, giảng mơn vật lí lớp 11, tất giáo viên nhóm Lí trường THPT Đồng Đậu nhận thấy tăng cường kĩ năng: sưu tầm tài liệu, trau dồi kiến thức, làm việc nhóm - Khi áp dụng sáng kiến vào giảng mơn vật lí trường THPT Đồng Đậu Chúng tơi nhận thấy học sinh học tập hứng thú với chuyên đề cảm ứng điện từ em đội tuyển HSG cấp tỉnh 11 DANH SÁCH NHỮNG TỔ CHỨC, CÁ NHÂN ĐÃ THAM GIA ÁP DỤNG THỬ Số TT Tên tổ chức cá nhân Địa Phạm vi/Lĩnh vực áp dụng sáng kiến Phạm Văn Nam Giáo viên mơn Lí trường THPT Đồng Đậu Vật lí 11 Nguyễn Đức Thụ Giáo viên mơn Lí trường THPT Đồng Đậu Vật lí 11 Nguyễn Văn Tuấn Giáo viên mơn Lí trường THPT Đồng Đậu Vật lí 11 Trần Văn Tuấn Giáo viên mơn Lí trường THPT Đồng Đậu Vật lí 12 Nguyễn Thị Thu Hà Giáo viên mơn Lí trường THPT Đồng Đậu Vật lí 12 Trịnh Hồng Minh Giáo viên mơn Lí trường THPT Đồng Đậu Vật lí 12 Yên Lạc, ngày tháng năm 2020 Hiệu trưởng (Ký tên, đóng dấu) Yên Lạc, ngày 15 tháng 02 năm 2020 Tác giả sáng kiến (Ký, ghi rõ họ tên) 41 Phạm Văn Nam 42 ... vectơ cảm ứng từ ur B pháp tuyến r n mặt S b Hiện tượng cảm ứng điện từ - Hiện tượng cảm ứng điện từ xuất dòng điện cảm ứng mạch kín từ thơng qua mạch biến đổi Suất điện động sinh dòng điện cảm ứng. .. giải toán phần địi hỏi em phải có tính vận dụng cao Vậy làm để học sinh giải toán tượng cảm ứng điện từ? Để giải vấn đề bước vào nghiên cứu đề tài ? ?Vận dụng tượng cảm ứng điện từ số toán phức tạp? ??... ÁP DỤNG SÁNG KIẾN - Lĩnh vực sáng kiến: Ôn tập cho học sinh giỏi lớp 11 12 - Vấn đề mà sáng kiến giải quyết: học sinh vận dụng tượng cảm ứng điện từ số toán phức tạp NGÀY SÁNG KIẾN ĐƯỢC ÁP DỤNG