Bài 2 từ TRƯỜNG và cảm ỨNG điện từ

BÀI 2: TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Mục tiêu  Kiến thức + Nắm khái niệm cảm ứng từ, từ trường + Xác định cảm ứng từ sinh dòng điện thẳng, dòng điện tròn dòng điện chạy ống dây + Nêu biểu thức xác định lực từ, lực Lorentz + Nắm định luật Fa – – để xác định suất điện động cảm ứng + Hiểu tượng tự cảm  Kĩ + Vận dụng lí thuyết để xác định từ trường dòng điện sinh điểm + Xác định suất điện động cảm ứng suất điện động tự cảm Trang HỆ THỐNG HÓA KIẾN THỨC TỪ HỌC Từ trường cảm ứng từ: B  F ; T  IL o Dòng điện ống: B  4.107 N I  4.107 n.L L o Dòng điện tròn: B  2.107 I R o Dòng điện thẳng: B  2.107 I r Lực từ: o Lực AMPE ( tác dụng lên đoạn dây mang dòng điện): F  IBLsin  o Lực LO – REN – XƠ ( tác dụng lên hạt mang điện chuyển động) Cảm ứng điện từ o Từ thông:   NBS cos  o Suất điện động cảm ứng: ec   o Tự cảm: ec  L  t I N 2S ; L  107 4  4.107 n V t I Trang II CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Từ trường lực Lo – ren – xơ Phương pháp giải Nắm công thức tính từ trường Ví dụ Một vịng dây có bán kính dịng điện thẳng, dịng điện trịn ống R  10 dây I1  10 A dây dẫn thẳng Đặc biệt, Nguyên lý chồng chất: “Tại mang dòng điện I  A điểm M có cảm ứng từ B1 ;B ;B cảm ứng từ tổng hợp M là: cm, mang dịng điện hình vẽ Xác định chiều I khoảng cách d từ tâm O vòng đến dây dẫn thẳng để cảm B  B1  B   B N ” ứng từ tổng hợp O + Khi B1 ngược chiều B A 2,55 cm, hướng sang trái  B M  B1  B B 2,55 cm, hướng sang phải C 5,1 cm, hướng sang trái + Khi B1 chiều B D 5,1 cm, hướng sang phải  B N  B1  B Hướng dẫn giải + Khi B1 hợp với B góc  - Nếu   90 : BM  B12  B22 - Nếu  bất kì: B2M  B12  B22  2B1B2 cos  - Biểu thức lực Lo-ren-xơ: f  q vB sin  Từ trường tổng hợp tâm O vòng dây: BO  B1  B2   B1  B2 * Từ (*)  B1  B , B1 hướng vào nên B hướng Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải xác định chiều I hướng sang trái Từ (*) suy B1  B  2.107 10  2.107  d  0,0255 m  2,55 cm 0,1 d Chọn A Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Cho dây dẫn thẳng dài vô hạn chạy chiều, đặt vng góc với mặt phẳng hình vẽ điểm A B cách cm chân không Dịng điện qua dây dẫn có cường độ I1  10A I2  20A Xác định cảm Trang ứng từ tổng hợp I1 I gây C cách A 10 cm, cách B cm Hướng dẫn giải Áp dụng quy tắc nắm tay phải ta xác định B1 có: + điểm đặt C + Phương:  AC, I1 + Chiều: hướng lên hình vẽ + Độ lớn: B1  2.107 I1 10  2.107  2.105 T AC 0,1 B có: + Điểm đặt C + Phương:  BC, I2 + Chiều: theo qui tắc nắm tay phải + Độ lớn: B  2.107 I2 20  2.107  8.10 5 T BC 0,05 Nhận thấy, cảm ứng từ tổng hợp C phương chiều với B1 ,B , độ lớn: BC  B1  B2  104 T Ví dụ 2: Một hạt mang điện 3,2.1019 C tăng tốc hiệu điện 1000 V cho bay vào từ trường theo phương vuông góc với đường sức từ Tính lực Lorenxơ tác dụng lên biết m  6,67.1027 kg,B  T , vận tốc hạt trước tăng tốc nhỏ A 3, 4.1013 N B 1,93.1013 N C 3,21.1013 N D 1,2.1013 N Hướng dẫn giải Vận tốc hạt sau tăng tốc 2qU 2.3,2.1019.1000 mv  qU  v    301761 m / s m 6,67.1027  Lực Lo-ren-xơ tác dụng lên hạt F  qvB  3,2.1019.301761.2  1,93.1013 Chọn B Dạng 2: Cảm ứng điện từ Phương pháp giải Nắm công thức quan trọng cảm ứng điện từ   - Từ thông qua diện tích S khung dây đặt từ trường:   NBS cos n,B + Suất điện động cảm ứng khung: ec    t Trang + Hệ số tự cảm ống dây: L  4.107 N2 S I + Từ thông tự cảm qua ống dây có dịng điện i chạy qua:   Li + Suất điện động tự cảm: ec  L i t Lưu ý: Dòng điện cảm ứng khung dây dẫn sinh biến thiên từ thơng có chiều cho từ trường mà sinh có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh Ví dụ: Một khung dây dẫn hình trịn có diện tích 200 cm , gồm 50 vịng dây quay với tốc độ góc   50 (rad/s) từ trường có cảm ứng từ B  0,05T Trục quay  khung nằm vng góc với đường sức từ Ở thời điểm ban đầu  t   , vectơ pháp tuyến khung dây trùng với vectơ cảm ứng từ a Tính từ thơng xun qua khung dây lúc t  b Tính suất điện động cảm ứng trung bình xuất khung dây thời gian quay 60 kể từ vị trí ban đầu Hướng dẫn giải - Từ thơng qua N vịng dây   NBS.cos  Thay số   5.102 Wb - Suất điện động cảm ứng có độ lớn ecu   t   NBS.cos60  NBS.cos0  2,5.10 2 Wb t thời gian chuyển động trịn quay góc 60  t    s  150 Thay số etb  3,75 V Ví dụ mẫu Ví dụ 1: Từ thơng ban đầu qua khung dây kín 0  2Wb , cho từ thông biến thiên đặn, sau thời gian t  0,5s từ thơng tăng gấp ba lần Suất điện động cảm ứng qua khung có độ lớn A V B V C 12 V D V Hướng dẫn giải: Áp dụng công thức: ec   3,2    8V t 0,5 Chọn B Ví dụ 2: Ống dây điện hình trụ có lõi chân khơng, chiều dài  0,2 m , có N = 1000 vịng, diện tích vịng S  0,01m2 a Tính độ tự cảm L ống dây Trang b Dòng điện qua cuộn cảm tăng từ đến A 0,1 s, tính độ lớn suất điện động tự cảm xuất ống dây khoảng thời gian Hướng dẫn giải a Viết công thức L  4.107 N2 S I Thay số ta L  6,28.102 H b Viết công thức e tc  L i t Thay số etc  3,14 V Bài tập tự luyện Câu 1: Hình vẽ sau xác định chiều dịng điện cảm ứng cho nam châm dịch chuyển lại gần xa vịng dây kín: A Hình A B Hình B C Hình C D Hình D Câu 2: Đặc điểm sau đường sức từ? A đường cong khép kín vô hạn hai đầu B đường thẳng song song cách từ trường C đường tròn tiếp xúc với điểm dịng điện thẳng dài vơ hạn gây D đường thẳng dòng điện tròn gây Câu 3: Đưa vịng dây dẫn trịn mang dịng điện khơng đổi lại gần nam châm thẳng hình vẽ Khi thả vịng dây bị (coi khử trọng lực lực khác, vòng chuyển động tác dụng lực từ): A lại gần nam châm B xa nam châm C đứng yên chỗ D lại gần đoạn lại xa Câu 4: Hai dây dẫn thẳng dài, mang dòng điện I1  10A I  20 A ngược chiều, cách khoảng AB  12 cm khơng khí Tìm cảm ứng từ tổng hợp M cách hai dây dẫn khoảng AM  cm BM  20 cm A 4,5.105 T B 5.106 T C 7,5.105 T D 9.105 T Câu 5: Hình vẽ bên hình ảnh phần đường sức từ từ trường vị trí nam châm thử nằm cân điểm đường sức từ Đường sức từ có chiều từ A N đến M BM > BN B N đến M BN > BM Trang C M đến N BN > BM D M đến N BM > BN Câu 6: Dùng dây đồng có chiều dài 95cm có phủ lớp sơn mỏng cách điện quấn quanh hình trụ dài 50cm, đường kính 4cm để làm ống dây Nếu cho dòng điện cường độ 0,1 A vào vịng ống dây cảm ứng từ bên ống A 15,7.105 T B 19.105 T C 21.105 T D 23.105 T Câu 7: Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dịng điện có phương A vng góc với dây dẫn song song với đường sức từ B song song với dây dẫn vng góc với đường sức từ C song song với dây dẫn đường sức từ D vng góc với dây dẫn đường sức từ Câu 8: Đơn vị sau cảm ứng từ? A T B N m.A C kg A.s2 D kg.m A.s2 Câu 9: Một kim loại có chiều dài  1m , mang dòng điện I  A, đặt từ trường có B  0, T Biết lực từ tác dụng lên dây có độ lớn F  N Tìm góc hợp dây dẫn đường sức từ A 30 B 150 C 30 150 D 60 150 Câu 10: Một electron mang điện tích q  1,6.1019 C chuyển động với vận tốc ban đầu v  107 m/s, từ trường B  0,1T , cho v hợp góc   30 so với đường sức từ Tìm lực Lo-ren-xơ tác dụng lên electron A 8.1014 N B 8.1013 N C 8.1015 N D 8.1016 N Câu 11: Lực Lo-ren-xơ tác dụng lên điện tích chuyển động khơng phụ thuộc vào A độ lớn dấu điện tích B khối lượng điện tích C độ lớn cảm ứng từ D hướng vectơ vận tốc Câu 12: Lực Lo-ren-xơ tác dụng lên điện tích điểm điện tích chuyển động A vng góc với từ trường B phương, chiều với từ trường C song song với từ trường D phương, ngược chiều với từ trường Câu 13: Một khung dây phẳng có diện tích 12 cm đặt từ trường có cảm ứng từ B  5.102 T , mặt phẳng khung dây hợp với véctơ cảm ứng từ góc 30 Tính độ lớn từ thơng qua khung A   2.105 Wb B   3.105 Wb C   4.105 Wb D   5.105 Wb Câu 14: Chọn phát biểu sai Suất điện động cảm ứng xuất khung dây kín A từ trường qua khung dây biến thiên B diện tích khung dây biến thiên C góc hợp vectơ cảm ứng từ vectơ pháp tuyến biến thiên D điện trở khung dây biến thiên Câu 15: Một cuộn dây có 400 vịng tổng điện trở  , diện tích vịng 30 cm đặt cố định từ trường đều, vectơ cảm ứng từ vng góc với mặt phẳng tiết diện cuộn dây Tốc độ biến thiên cảm ứng từ qua mạch để cường độ dòng điện mạch I  0,3 A A T/s B 0,5 T/s C T/s D T/s Trang Câu 16: Phát biểu sai? Suất điện động tự cảm có độ lớn lớn A dịng điện tăng nhanh B dòng điện giảm nhanh C dòng điện có giá trị khơng đổi D dịng điện biến thiên nhanh Câu 17: Dòng điện qua ống dây khơng có lõi sắt biến đổi theo thời gian, 0,01 s cường độ dòng điện tăng từ A đến A suất điện động tự cảm ống dây có độ lớn 20 V Tính hệ số tự cảm ống dây độ biến thiên lượng từ trường ống dây A 0,1 H 0,2 J B 0,2 H 0,3 J C 0,3 H 0,4 J D 0,2 H 0,5 J Câu 18: Một electron sau tăng tốc hiệu điện U  40 V, bay vào vùng từ trường có hai mặt biên phẳng song song, bề dày h  10 cm Vận tốc electron vng góc với cảm ứng từ B lẫn hai biên vùng Với giá trị nhỏ B cảm ứng từ electron khơng thể bay xun qua vùng đó? Cho biết tỉ số độ lớn điện tích khối lượng electron   1,76.1011 C / kg A B  2,1.103 T B B  2,1.104 T C B  2,1.105 T D B  2,1.102 T Câu 19: Một ống dây có hệ số tự cảm L, cường độ dòng điện ống dây i Biết khoảng thời gian t dòng điện biến thiên i Biểu thức suất điện động tự cảm xuất ống dây i A e tc   L t C etc  L B etc  2Li i t D etc  Li Câu 20: Chọn phát biểu sai nói lực Lorenxơ? Độ lớn lực Lorenxơ tác dụng lên hạt mang điện chuyển động với vận tốc V từ trường có vectơ cảm ứng từ B tỉ lệ với A độ lớn điện tích hạt B độ lớn vận tốc hạt C độ lớn cảm ứng từ D góc hợp v B Câu 21: Cho mạch điện có sơ đồ hình bên: L ống dây dẫn hình trụ dài 10 cm, gồm 1000 vịng dây, khơng có lõi, đặt khơng khí; điện trở R  5 ; nguồn điện có suất điện động E điện trở r  1 Biết đường kính vịng dây nhỏ so với chiều dài ống dây Bỏ qua điện trở ống dây dây nối Khi dòng điện mạch ổn định cảm ứng từ ống dây có độ lớn 2,51.102 T Giá trị E A V B 24 V C V D 12 V Câu 22: Hình kí hiệu với hướng từ trường tác dụng lực Lo-ren-xơ lên hạt điện tích q chuyển động với vận tốc quỹ đạo trịn mặt phẳng vng góc với đường sức từ A Hình B Hình C Hình D Hình ĐÁP ÁN 1–B 2–C 3–D 4–B 5–D 6–B 7–D 8–D 9–A 10 – A 11 – B 12 – C 13 – B 14 – D 15 – A 16 – C 17 – B 18 – B 19 – C 20 – D 21 – D 22 – C Trang Trang ... B 12  B 22 - Nếu  bất kì: B2M  B 12  B 22  2B1B2 cos  - Biểu thức lực Lo-ren-xơ: f  q vB sin  Từ trường tổng hợp tâm O vòng dây: BO  B1  B2   B1  B2 * Từ (*)  B1  B , B1 hướng vào... Chọn B Dạng 2: Cảm ứng điện từ Phương pháp giải Nắm công thức quan trọng cảm ứng điện từ   - Từ thơng qua diện tích S khung dây đặt từ trường:   NBS cos n,B + Suất điện động cảm ứng khung:... phương, chiều với từ trường C song song với từ trường D phương, ngược chiều với từ trường Câu 13: Một khung dây phẳng có diện tích 12 cm đặt từ trường có cảm ứng từ B  5.10? ?2 T , mặt phẳng khung