4 một sô bài tập cảm ứng điện từ trong đề thi HSG

một sô bài tập cảm ứng điện từ trong đề thi HSG lớp 11 ..........................................................................................................................................................................

TRƯỜNG THPT NGHI LỘC MỘT SỐ BÀI TẬP CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ TRONG CÁC ĐỀ THI Tháng - 2021 MỘT SỐ BÀI TẬP CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ TRONG CÁC ĐỀ THI Bài 1: Thanh kim loại CD chiều dài l = 20cm khối lượng m = 100g đặt vng góc với hai ray song song nằm ngang nối với nguồn điện (hình 1) Hệ thống đặt từ trường B hướng thẳng đứng từ xuống B = 0,2T Hệ số ma sát CD ray k = 0,1 Bỏ qua điện trở ray, điện trở nơi tiếp xúc dòng điện cảm ứng mạch Lấy g = 10m/s2 C B a) Biết CD trượt sang trái với gia tốc a = 3m/s2 Xác định chiều độ lớn dòng điện I qua CD b) Nâng hai đầu A, B ray lên để ray hợp với mặt phẳng ngang góc  = 30o Tìm hướng gia tốc chuyển động thanh, biết bắt đầu chuyển động khơng vận tốc đầu B U A Hình D Bài 2: Hai kim loại song song, thẳng đứng có điện trở khơng đáng kể, đầu nối vào điện trở R  0,5 Một đoạn dây dẫn AB, độ dài l  14cm , khối lượng m  g , điện trở r  0,5 tì vào hai kim loại tự trượt khơng ma sát xuống ln ln vng góc với hai kim loại Tồn hệ thống đặt từ trường có hướng vng góc với mặt phẳng hai kim loại có cảm ứng từ B  0, 2T Lấy g  9,8m / s R A  B Hình a) Xác định chiều dòng điện qua R b) Chứng minh lúc đầu AB chuyển động nhanh dần, sau thời gian chuyển động trở thành chuyển động Tính vận tốc chuyển động tính UAB c) Bây đặt hai kim loại nghiêng với mặt phẳng nằm ngang góc   60o Độ lớn chiều B cũ Tính vận tốc v chuyển động AB UAB Bài 3: Hai ray có điện trở không đáng kể ghép song song với nhau, cách khoảng l mặt phẳng nằm ngang Hai đầu hai 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 B có phương thẳng đứng (hình 3) R l Kéo cho chuyển động với vận tốc v a) Tìm cường độ dòng điện qua hiệu điện hai đầu Hình 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 U0 Thả cho tự do, tụ phóng điện làm chuyển động nhanh dần Sau thời gian, tốc độ đạt đến giá trị ổn định vgh Tìm vgh? Coi lượng hệ bảo toàn Trang Bài 4: Một dây dẫn cứng có điện trở nhỏ, uốn thành khung phẳng ABCD nằm mặt phẳng nằm ngang, cạnh BA CD đủ dài, song song nhau, cách khoảng l = 50 cm Khung đặt từ trường có cảm ứng từ B = 0,5 T, đường sức từ hướng vng góc với mặt phẳng khung (Hình 4) Thanh kim loại MN có điện trở R= 0,5  trượt không ma sát dọc theo hai cạnh AB CD Hình Hãy tính cơng suất cần thiết để kéo MN trượt với vận tốc v=2 m/s dọc theo AB CD So sánh công suất với công suất tỏa nhiệt MN Thanh MN trượt ngừng tác dụng lực Sau cịn trượt thêm đoạn đường khối lượng m = g? Bài 5: Hai dây dẫn thẳng song song, điện trở không đáng kể, M đặt mặt phẳng nằm ngang, đầu nối vào nguồn điện E0 ( E0 = V, r0 = 1,5 Ω), đầu nối với điện trở R E0,r0 = 1Ω thơng qua khóa K Một kim loại MN có chiều dài l = 20 cm, điện trở r = Ω, chuyển động dọc theo hai dây dẫn nói với vận tốc khơng đổi v = 20 m/s N (hình 5) ln vng góc với hai dây dẫn Mạch điện đặt từ trường có cảm ứng từ hướng thẳng đứng độ lớn B = 0,5T (hình 5) K R Khóa K mở a) Tính cường độ dịng điện qua MN, UMN ? b) Cho khối lượng m = 30 g, hệ số ma sát với hai dây μ = 0,1 Tìm lực kéo nằm ngang cần tác dụng lên để làm cho chuyển động với vận tốc trên? Khóa K đóng Tìm hiệu điện hai điểm MN Bài 6: Cho mạch điện hình Ống dây có điện trở R0 = Ω hệ số tự cảm L = μH, nguồn điện có suất điện động E = V điện trở r = 0,25 Ω, điện trở R = Ω Bỏ qua điện trở dây nối khố K Ban đầu khóa K mở a) Đóng khố K Xác định cường độ dịng điện qua ống dây, điện trở R công suất nguồn điện dòng điện mạch đạt ổn định Hình b) Khi khóa K đóng, ngắt khố K, tính nhiệt lượng Q toả điện trở R từ khóa K ngắt Bài 7: Hai vịng dây dẫn trịn có bán kính khác đặt mặt phẳng từ trường có độ lớn cảm ứng từ tăng theo thời gian theo biểu thức B = B0 + kt (B0, k số) Véc tơ cảm ứng từ hợp với pháp tuyến vòng dây góc α Biết khối lượng hai vịng dây chế tạo loại vật liệu Hãy so sánh dòng điện cảm ứng hai vòng dây Trang Bài 8: Một kim loại đồng chất, tiết diện đều, có điện trở khơng M N đáng kể, uốn thành cung tròn đường kính d Thanh dẫn MN có điện trở cho đơn vị chiều dài r, gác cung tròn F B Hình Cả hệ thống đặt mặt phẳng nằm ngang từ trường có cảm ứng từ B hướng thẳng đứng từ lên Hình Tác dụng lực F theo phương ngang lên MN cho MN chuyển động tịnh tiến với vận tốc v không đổi (vectơ v ln vng góc với MN) Bỏ qua ma sát, tượng tự cảm điện trở điểm tiếp xúc dây dẫn Coi B, v, r, d biết a) Xác định chiều cường độ dòng điện qua MN b) Tại thời điểm ban đầu t  0, MN vị trí tiếp tuyến với cung trịn Viết biểu thức lực F theo thời gian t Bài 9: O Một dây dẫn thẳng có điện trở ro ứng với đơn vị chiều dài Dây B gấp thành hai cạnh góc 2α đặt mặt phẳng ngang Một 2α chắn dây dẫn gác lên hai cạnh góc 2α nói vng góc với đường phân giác góc (Hình 9) Trong khơng gian có từ trường F với cảm ứng từ B thẳng đứng Tác dụng lên chắn lực F dọc theo đường phân giác chắn chuyển động với tốc độ v Bỏ qua Hình tượng tự cảm điện trở điểm tiếp xúc dây dẫn Xác định: 1) chiều dòng điện cảm ứng mạch giá trị cường độ dòng điện 2) giá trị lực F chắn cách đỉnh O khoảng l Bỏ qua ma sát Bài 10: Cho mạch điện gồm hai nguồn điện giống có suất điện động E = V, điện trở r = Ω; R1 = Ω; R2 = Ω; R3 = Ω; C = 10 μF (Hình 10) Bỏ qua điện trở dây nối khóa K R1 E,r a Đóng khóa K vào chốt Tính cường độ dịng điện qua R1 điện tích tụ C dòng điện ổn định R2 b Đảo khóa K từ chốt sang chốt Tính tổng điện lượng chuyển qua điện trở R3 kể từ đảo khóa K E,r R3 C K Hình 10 c Ngắt khóa K, thay tụ điện C cuộn dây có độ tự cảm L = 50 mH Đóng khóa K vào chốt cường dịng điện qua cuộn dây tăng dần Tính tốc độ biến thiên cường độ dòng điện qua cuộn dây thời điểm dịng điện có cường độ 0,35 A Bỏ qua điện trở cuộn dây Bài 11: Một khung dây dẫn kín hình chữ nhật MNPQ, MN = cm, NP = 20 cm, có 25 vòng dây tổng điện trở R =  Hình vng AHCD thiết diện ngang vùng khơng gian có từ trường đều, HC = 10 cm Cảm ứng từ B = 0,4 T Các cạnh MN // HC, NP // CD Cho khung dây tịnh tiến đều, bay qua vùng từ trường theo hướng AH hình, với Trang Hình 11 vận tốc 1,5 m/s Xác định chiều dòng điện đoạn MN Tính độ lớn lực từ tác dụng lên khung dây nhiệt lượng tỏa khung dây, trình chuyển động Bài 12: Thanh MN có chiều dài 50 cm, điện trở Ω B F trượt không ma sát hai ray song song, M N ray hợp với mặt phẳng ngang góc 30o Đầu hai ray nối với nguồn điện có suất điện E, r K động E = 12 V Hệ đặt từ trường có cảm ứng từ 30o Hình 12 B vng góc với mặt phẳng hai ray có độ lớn B = 0,5 T (hình 12) Bỏ qua điện trở r, điện trở dây nối, khóa K ray Lấy g = 10 m/s2 Ban đầu giữ đứng yên theo phương nằm ngang Đóng K, thả nhẹ tiếp tục đứng n Tính khối lượng Kéo lên lực F đặt trung điểm MN có giá song song với ray Với F = 0,25 N tốc độ cực đại MN bao nhiêu? Bài 13: L Dọc theo hai kim loại dài đặt song song thẳng đứng, cách khoảng l có đoạn dây MN khối lượng m trượt khơng ma sát hai tiếp xúc điện với hai Hai đầu hai nối M0 với cuộn cảm có hệ số tự cảm L M Toàn hệ thống đặt từ trường có cảm ứng từ vng góc với mặt phẳng chứa hai Điện trở thanh, đoạn dây MN, dây nối không Thanh MN giữ đứng n vị trí M0N0 bng nhẹ thời điểm t = Hỏi N0 x N Hình 13 a) Độ dời cực đại đoạn MN so với vị trí ban đầu bao nhiêu? b) Dịng điện tức thời mạch có độ lớn cực đại bao nhiêu? Bài 14: Hai ray dẫn điện dài nằm song song với nhau, M R P khoảng cách hai ray l = 0,4m MN PQ hai dẫn điện song song với gác tiếp xúc v 2v điện lên hai ray, vng góc với hai ray (Hình vẽ C 14) Điện trở MN PQ r = 0,25, R = 0,5, tụ điện C = 20µF ban đầu chưa tích điện, bỏ qua điện trở Q N Hình 14 hai ray điện trở tiếp xúc Tất hệ thống đặt từ trường có véc tơ B vng góc với mặt phẳng hình vẽ chiều vào , độ lớn B = 0,2T Cho MN trượt sang trái với vận tốc v = 0,5m/s, PQ trượt sang phải với vận tốc 2v Tìm cơng suất tỏa nhiệt điện trở R Tìm điện tích tụ , nói rõ tích điện dương ? Trang Bài 15: C Đầu hai kim loại thẳng, song song cách L đặt thẳng đứng nối với hai cực tụ có điện dung C hình 15 Hiệu điện đánh thủng tụ điện UT Hệ thống đặt từ M trường có véc tơ cảm ứng từ B vng góc với mặt phẳng hai Một kim loại khác MN củng có chiều dài L trượt từ đỉnh + hai xuống với vận tốc ban đầu v0 Cho Hình 15 trình trượt MN ln tiếp xúc vng góc với hai kim loại Giả thiết kim loại đủ dài bỏ qua điện trở mạch điện, ma sát không đáng kể N a) Hãy chứng minh chuyển động MN chuyển động thẳng nhanh dần tìm gia tốc b) Hãy tìm thời gian trượt MN tụ điện bị đánh thủng Bài 16: Một sợi dây dẫn đồng nhất, tiết diện ngang S0 = mm2, điện trở suất  = 2.10-8 m, uốn thành vịng trịn kín, bán kính r = 25 cm Đặt vịng dây nói vào từ trường cho đường sức từ vng góc với mặt phẳng vòng dây Cảm ứng từ từ trường biến thiên theo thời gian B = kt, với t tính đơn vị giây (s) k = 0,1 T/s M V + N a) Tính cường độ dịng điện cảm ứng vịng dây Hình 16 b) Tính hiệu điện hai điểm vòng dây c) Nối vào hai điểm M, N vịng dây vơn kế (có điện trở lớn) dây dẫn thẳng có chiều dài MN = r hình vẽ Tính số vơn kế Bài 17: Một khung dây dẫn phẳng, hình vuông cạnh a, khối lượng m, điện trở R ném ngang từ độ cao h0 so với mặt đất với vận tốc v0 vùng có từ trường với véc tơ cảm ứng từ B có phương vng góc với mặt phẳng khung dây hình vẽ, có độ lớn phụ thuộc vào độ cao h so với mặt đất theo quy luật B = B0 + k.h với B0, k số dương (B0, k > 0) Lúc ném mặt phẳng khung dây thẳng đứng, vuông góc với B khung khơng quay suốt q trình chuyển động a + Hình 17 a, Tính tốc độ cực đại mà khung đạt b, Khi khung chuyển động với tốc độ cực đại cạnh khung cách mặt đất đoạn h1 mối hàn đỉnh khung bị bung (khung hở) Bỏ qua lực cản Xác định hướng vận tốc khung trước chạm đất M1 Bài 18: Một khối kim loại hình hộp chữ nhật có dịng điện cường độ I chạy theo chiều từ N1 đến N Khối kim loại đặt từ trường có cảm ứng từ B theo hướng QM Hình 18 Khi M N có hiệu điện UMN Biết MN = a, MQ = b mật độ electron tự kim loại n Giải thích xuất UMN tính UMN Trang M N Q P N1 I P1 Hình 18 Bài 19: Trong mạch điện Hình 19, khóa K đóng thời gian Δt1 đó, sau ngắt Nguồn điện có suất điện động E, tụ điện có điện dung C, cuộn cảm có độ tự cảm L Bỏ qua điện trở nguồn dây nối Tìm khoảng thời gian Δt1 biết sau ngắt K, hiệu điện cực đại tụ điện 2E K + _ E C L Hình 19 Bài 20: Cho dây dẫn đồng chất uốn thành vịng trịn hình hình số hình 20 M, N điểm tiếp xúc cách điện hai vòng (M trên, N dưới) Vòng bán kính r1, vịng bán kính r2, từ trường có hướng vng góc với mặt phẳng vịng dây có độ lớn tăng theo thời Hình 20 gian (B = B0.t) Nếu gấp vịng vào phía vịng hiệu điện M N tăng lần Cho điện trở đơn vị chiều dài dây dẫn  Bài 21: Trên hai đường ray kim loại song song nằm ngang người ta đặt kim loại có B L C khối lượng m = 1,0g điện trở R = 0,5ῼ m Chiều dài khoảng cách hai K đường ray L = 10 cm, hình 21 Đường Hình 21 ray nằm từ trường có cảm ứng B = 0,1 T hướng từ hình vẽ đến mắt người đọc Hai đường ray nối với tụ điện có điện dung C = 1,0F, tích điện đến hiệu điện ban đầu U0 = 5,0V Bỏ qua độ tự cảm hệ Sau đóng khóa K, kim loại bắt đầu chuyển động sang phải (đi xa tụ điện) Hãy vẽ dấu điện tích tụ điện Tính gia tốc sau khóa K đóng Tìm biểu thức tính vận tốc giới hạn v∞ đường ray dài Với giá trị cảm ứng từ B vận tốc tới hạn đạt giá trị cực đại vmax? Tính giá trị cực đại vmax Bài 22: Thanh dẫn EF có điện trở mét chiều dài , chuyển động với vận tốc v tiếp xúc với dẫn AC, AD tạo thành mạch kính AC hợp với AD góc , hệ thống đặt từ trường có cảm ứng từ B vng góc với mặt phẳng chứa hai hình 22 Cho AC L0 bỏ qua điện trở AD AC Tìm nhiệt lượng tỏa mạch thời gian EF chuyển động từ A đến C theo phương vng góc với AC Trang D E A  C F Hình 22 Bài 23: a) Một lắc lò xo khối lượng m (bằng điện môi) độ cứng k treo thẳng đứng Người ta gắn dẫn với m cho dẫn trượt không ma sát hai ray kim loại song song thẳng đứng cách khoảng L Dùng dây dẫn nối tụ C với hai ray để tạo thành mạch kín Tồn hệ thống đặt từ trường B Hình 23) Tìm chu kì dao động hệ Bỏ qua điện trở dẫn, kim loại, dây nối khối lượng dẫn, lò xo k m C b) Một kim loại MN chiều dài ℓ, khối lượng m, treo nằm ngang hai lò xo nhẹ chất điện mơi, giống Hệsố đàn hồi lị xo k, hệ đặt từ trường B (Hình 23a) Khi đứng cân bằng, người ta phóng vào dịng điện có cường độ I, chiều từ N đến M thời gian τ ngắn *) Hỏi MN rời khỏi vị trí cân đoạn A lớn bao nhiêu? (bỏ qua dịch chuyển thời gian v (cm/s) phóng điện τ) *) Ngay sau phóng điện vào MN, người ta làm triệt tiêu từ trường B bắt đầu dao động điều hồ Biết q trình dao động vật, đồ thị phụ thuộc vận tốc theo thời gian biểu diễn (Hình 23b), khối lượng m = 300g Xác định độ cứng k lị xo V0 V0/2 Hình 23 M N Hình 23a 0,1 t(s) -V0 Hình 23b Bài 24: Một bi kim loại, nhỏ khối lượng m gắn vào kim loại mảnh nhẹ dài L Thanh treo cố định O quay dễ dàng quanh O Trong q trình chuyển động hịn bi ln tiếp xúc với vịng trịn kim loại Hệ thống mắc với tụ điện C tạo thành mạch kín đặt từ trường có véc tơ cảm ứng từ B vng góc với mặt phẳng mạch điện Bỏ qua ma sát điện trở dây nối Đưa kim loại đến vị trí lệch khỏi phương đứng góc 0 nhỏ thả nhẹ Tìm chu kì dao động điều hòa bi Trang O  L 0 B m + Hình 24 C ...MỘT SỐ BÀI TẬP CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ TRONG CÁC ĐỀ THI Bài 1: Thanh kim loại CD chiều dài l = 20cm khối lượng m = 100g đặt vuông góc với hai ray song song nằm ngang nối với nguồn điện (hình... N1 I P1 Hình 18 Bài 19: Trong mạch điện Hình 19, khóa K đóng thời gian Δt1 đó, sau ngắt Nguồn điện có suất điện động E, tụ điện có điện dung C, cuộn cảm có độ tự cảm L Bỏ qua điện trở nguồn dây... hiệu điện hai điểm MN Bài 6: Cho mạch điện hình Ống dây có điện trở R0 = Ω hệ số tự cảm L = μH, nguồn điện có suất điện động E = V điện trở r = 0,25 Ω, điện trở R = Ω Bỏ qua điện trở dây nối khố