Phân loại bài tập chương “Cảm ứngđiện từ” vật lí 1- 123docz.net

8. Bố cục của luận văn:

2.3. Phân loại bài tập chương “Cảm ứngđiện từ” vật lí 11 nâng cao

DẠNG I:XÁC ĐỊNH TỪ THÔNG, ĐỘ BIẾN THIÊN TỪ THÔNG, CẢM ỨNG TỪ XUẤT HIỆN TRONG KHUNG DÂY DẪN.

 Từ thông  qua một diện tích S, giới hạn bởi một vòng dây kín phẳng C, đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ urB là một đại lượng có biểu thức

cos

BS 

 

với  là góc giữa vectơ urB và pháp tuyến nr của mặt S. Đơn vị từ thông là Vêbe (Wb).

 α = 0 : các đường sức từ vuông góc với mặt (S) ⇒ Φmax = BS

CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ DẠNG 1: XÁC ĐỊNH TỪ THÔNG, ĐỘ BIẾN THIÊN TỪ THÔNG, CẢM ỨNG TỪ XUẤT HIỆN TRONG KHUNG DẪY DẪN DẠNG 2: XÁC ĐỊNH CHIỀU DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG DỰA VÀO ĐỊNH LUẬT LENZT DẠNG 3: TÍNH SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG DỰA VÀO ĐỊNH LUẬT FARA- DAY DẠNG 4: SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG XUẤT HIỆN TRONG ĐOẠN DÂY DẪN CHUYỂN ĐỘNG CẮT CÁC ĐƯỜNG SỨC TỪ DẠNG 5: DÒNG ĐIỆN DU-CÔ DẠNG 6: HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM DẠNG 7: NĂNG LƯỢNG TỪ TRƯỜNG

 α = 900 : các đường sức từ không qua mặt (S) ⇒ Φ = 0

Bài tập:

Câu 1.1.A: chọn phát biểu sai khi nói về từ thông:

A.Từ thông là một đại lượng luôn dương vì nó tỉ lệ với đường sức từ đi qua diện tích có từ thông.

B. Từ thông là đại lượng vô hướng.

C. Từ thông có thể dương, âm hoặc bằng không. D. Đơn vị của từ thông là Wb = Tm2

PHÂN TÍCH:

Mục đích nhằm kiểm tra mức độ hiểu biết của học sinh về định nghĩa ,biểu thức về từ thông.

Nếu học sinh nắm rõ định nghĩa của từ thông thì học sinh có thể phát hiện ra ra câu sai là câu A.

Từ thông là một đại lượng đại số, nó có thể âm, dương và có thể bằng 0. Vậy chọn đáp án A.

Câu 1.2.A : Đơn vị của từ thông là:

A.Tesla(T) B.Ampe (A) C.Veebe (Wb) D.Vôn (V)

PHÂN TÍCH:

Mục đích nhằm kiểm tra sự nhận biết đơn vị từ thông của học sinh.

Học sinh đã học về khái niệm từ thông, biểu thức tính từ thông BScos.vì vậy phải nhớ được đơn vị của từ thông là Wb. Vì vậy đáp án đúng là C.

Câu 1.3.B: Một vòng dây phẳng giới hạn, diện tích S = 5cm2 đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,4T; B hợp với pháp tuyến n của mặt phẳng vòng dây một góc α = 600. Tính từ thông qua S.

A.10-4 Wb B. 2.10-4 Wb C. 3.10-4 Wb D. 4.10-4 Wb

TÓM TẮT:

α = (B,n) = 600 Tính Φ = ? ( Wb)

PHÂN TÍCH:

Mục đích nhằm kiểm tra mức độ vận dụng công thức tính từ thông qua vòng dây. Bài này học sinh nên vận dụng công thức:

BScos

Với ,B,S, lần lượt là từ thông,cảm ứng từ,diện tích và góc hợp bởi vectơ cảm ứng từ và vectơ pháp tuyến.Thay các dữ liệu bài cho vào công thức tính ra từ thông.

Bài này nhằm kiểm tra mức độ vận dụng bậc thấp của học sinh. Từ thông qua mặt S: Φ = BScosα = 0,4.5.10-4.0,5 = 10-4 (Wb)

Vậy đáp án chọn A.

Câu 1.4.C: Một khung dây hình tròn có đường kính 10cm. Cho dòng điện có cường độ 20A chạy trong dây dẫn. Tính Cảm ứng từ B do dòng điện gây ra tại tâm của khung dây và Từ thông xuyên qua khung dây.

A.2.10-4 T; 10-6 Wb B. 2,5.10-4T; 2.10-6 Wb C. 2,5.10-4T; 1,97.10-6 Wb D. 2.10-4T; 2.10-6 Wb TÓM TẮT: Khung dây hình tròn có d = 10 cm I = 20 A Tính: B = ? tại tâm Φ = ? ( Wb) PHÂN TÍCH:

Mục đích nhằm kiểm tra mức độ vận dụng các công thức tính cảm ứng từ đã học ở chương từ trường và công thức tính từ thông. Bài này yêu cầu học sinh nhớ lại kiến thức cũ trong chương từ trường để áp dụng tính cảm ứng từ.

Để tính cảm ứng từ ta áp dụng được công thức sau:

R I

Trong đó: B là cảm ứng từ do dòng điện gây ra tại tâm khung dây có đơn vị là (Tesla), I là dòng điện chạy trong khung dây có đơn vị là (Ampe), R là bán kính của khung dây tròn có đơn vị là (mét).

Thay các số liệu bài cho vào công thức (*) ta có:

4 2 7 7 10 . 51 , 2 10 . 5 20 . 10 . 2 . 10 . 2          R I B (T)

Để tính từ thông Áp dụng được công thức sau:

BScos2,51.104..(5.102)2cos001,97.106 (Wb).

Trong đó:  là từ thông có đơn vị là (Wb), S là diện tích tiết diện ngang của khung có đơn vị là (m),  là góc hợp bởi giữa vectơ cảm ứng từ và vectơ pháp tuyến của khung. Vì vậy chọn đáp án C

Câu 1.5.D: Khung dây dẫn hình chữ nhật MNPQ gồm N=20 vòng dây, diện tích mỗi vòng dây là 6 2

cm .Khung dây có thể quay quanh

trục () thẳng đứng như hình vẽ 1.1. Khung dây đặt trong một từ trường đều có vectơ cảm ứng từ B nằm ngang hợp với pháp tuyến

n

của mặt phẳng khung dây một góc

0 30 

 , B0,2T.Quay khung

dây theo chiều kim đồng hồ quanh trục  một góc 1800.Tính độ biến thiên từ thông qua khung dây.

A.2.10-3 Wb B. 3.10-3 Wb C. 4.10-3 Wb D. 5.10-3Wb TÓM TẮT: N = 20 vòng S = 6 cm 2 = 6.10-4 m2 B = 0,2 T α = 300

Khung quay quanh trục Δ 1 góc 1800 theo chiều kim đồng hồ Tính ΔΦ = ?

PHÂN TÍCH:

Mục đích nhằm kiểm tra mức độ vận dụng công thức tính từ thông ở vị trí đầu và vị trí sau khi khung quay, từ đó tính được độ biến thiên từ thông.

Để tính được độ biến thiên từ thông qua khung dây, học sinh phải áp dụng được công thức sau: NBScos

Từ thông khi khung dây ở vị trí ban đầu: 1NBScos Từ thông sau khi khung dây quay:

2 NBScos( )NBScos1

Suy ra độ biến thiên từ thông là:

21212NBScos2.20.0,2.6.104.cos300 4.103 Vậy độ biến thiên từ thông là: 4.103(Wb)

Dấu trừ chỉ chiều dòng điện cảm ứng Vì vậy chọn đáp án C.

Câu 1.6.D: Một khung dây hình tròn có diện tích S=15cm2 , gồm 20 vòng dây đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B hợp với pháp tuyến của mặt phẳng khung dây một góc 300 như hình 1.2. Cho biết B=0,04 T. Tính độ biến thiên từ thông qua khung dây khi quay khung dây quanh đường kính MN một góc 1800. A.10-3Wb B. 2.10-3 Wb C. 3.10-3Wb D. 4.10-3 Wb TÓM TẮT: S = 15 cm2 = 15. 10-4 m2 N = 20 vòng B = 0,04 T Tính ΔΦ = ? PHÂN TÍCH:

Mục đích nhằm kiểm tra sự vận dụng bậc cao học sinh về công thức tính độ biến thiên từ thông trong khung dây tròn.

Để tính độ biến thiên từ thông, ta cần biết từ thông lúc sau và từ thông lúc đầu. Sau đó, tính độ biến thiên từ thông bằng công thức: ∆𝛷 = 𝛷2− 𝛷1

Một điều cần chú ý là diện tích đây là diện tích của cả N vòng dây (vì từ đường sức từ đ qua cả N vòng này nên ta tính từ thông là từ thông qua cả N vòng dây)

𝛷2 = 𝑁𝐵𝑆𝑐𝑜𝑠𝛼 Mà α =1800 ⇒ cosα = 1800 ⇒ 𝛷2 = 𝑁𝐵𝑆𝑐𝑜𝑠1800 = −𝑁𝐵𝑆 = −15. 10−4𝑊𝑏 𝛷1 = 𝑁𝐵𝑆𝑐𝑜𝑠𝛼1 Mà 𝛼1 = 00 ⇒cos𝛼1 = 1⇒ 𝛷1 = 𝑁𝐵𝑆 = 15. 10−4𝑊𝑏 ΔΦ = |𝛷2− 𝛷1| = 3. 10−3Wb Vì vậy đáp án đúng là C.

DẠNG 2: XÁC ĐỊNH CHIỀU DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG DỰA VÀO ĐỊNH LUẬT LENTZ

Lenzt cũng nghiên cứu hiện tượng cảm ứng điện từ và đã tìm ra định luật tổng quát giúp ta xác định chiều của dòng điện cảm ứng, gọi là định luật Lenz. Nội dung định luật như sau: Dòng điện cảm ứng phải có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó

Điều này có nghĩa là khi từ thông qua mạch tăng lên, từ trường cảm ứng sinh ra có tác dụng chống lại sự tăng của từ thông, từ trường cảm ứng sẽ ngược chiều với từ trường ngoài. Nếu từ thông qua mạch giảm, từ trường cảm ứng (do dòng điện cảm ứng sinh ra nó) có tác dụng chống lại sự giảm của từ thông, lúc đó từ trường cảm ứng sẽ cùng chiều với từ trường ngoài.

Các bước để xác định chiều của dòng điện cảm ứng:

Bước 1: Nhận xét sự biến thiên của từ thông khi cho nam châm ( vòng dây) dịch chuyển lại gần hay ra xa vòng dây ( nam châm). ( tăng hay giảm)

Bước 2: Sau khi xác định sự biến thiên từ thông ta có thể xác định được Bc dựa vào định luật Lenzt

Bước 3: Sau khi xác định được Bc ta có thể xác định dòng điện cảm ứng dựa vào quy tắc vặn nút chai hay qui tắc nắm bàn tay phải.

Chú ý: Nếu từ thông tăng ⇒ dòng điện cảm ứng Ic tạo ra Bc ngược chiều với B lúc đầu.

Nếu từ thông giảm ⇒ dòng điện cảm ứng Ic tạo ra Bc cùng chiều với B lúc đầu

Bài tập:

Câu 2.1.A: Định luật Len-xơ được dùng để :

A. Xác định độ lớn của suất điện động cảm ứng trong một mạch điện kín. B. Xác định chiều dòng điện cảm ứng xuất hiện trong một mạch điện kín.

C. Xác định cường độ của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong một mạch điện kín. D. Xác định sự biến thiên của từ thông qua một mạch điện kín, phẳng.

PHÂN TÍCH

Mục đích kiểm tra sự nhận biết kiến thức về nội dung định luật Len-xơ.

Học sinh cần nhớ được định luật Len-xơ được dùng để xác định chiều của dòng điện cảm ứng:” Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó”. Nếu nhớ nhầm sang định luật Faraday thì sẽ chọn đáp án A.Nếu không biết sẽ chọn đáp án C hoặc D. Vậy đáp án đúng là đáp án B.

Câu 2.2.A: Phát biểu sau đây là không đúng:

A. Khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch điện, thì trong mạch xuất hiện suất điệnđộng cảm ứng. Hiện tượng đó gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.

B. Dòng điện xuất hiện khi có sự biến thiên từ thông qua mạch điện kín gọi là dòng điện cảm ứng. C. Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra luôn ngược chiều với chiều của từtrường đã sinh ra nó .

D. Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó.

PHÂN TÍCH:

Nếu học sinh sau khi học xong phải nhận biết đâu là đáp án đúng và chổ nào còn sai.

Ta thấy ở ba câu A,B và D.đều là những câu đúng và có sẵn trong sách giáo khoa. Còn câu C chưa đúng vì theo định luật lentz thì từ trường do dòng điện cảm ứng sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó. Chống lại ở đây phải hiểu là :Khi có biến đổi từ thông qua mạch kín thì xuất hiện dòng cảm ứng,nên dòng điện cảm ứng sinh ra từ trường ngăn cản sự biến đổi từ thông.mà ngăn cản sự biến đổi từ thông thì dòng điện cảm ứng (từ trường mới ) có thể cùng chiều hoặc ngược chiều với dòng điện nguồn sinh ra (từ trường cũ) chứ không nhất thiết phải ngược chiều.

Vì vậy đáp án đúng là C

Câu 2.3.B: Hình vẽ nào sau đây xác định đúng chiều dòng điện cảm ứng khi cho nam châm dịch chuyển lại gần hoặc ra xa vòng dây kín:

PHÂN TÍCH:

Mục đích nhằm kiểm tra mức độ vận dụng định luật Len-xơ để xác định chiều dòng điện cảm ứng khi cho nam châm dịch chuyển lại gần hoặc ra xa vòng dây.

Ở câu A và câu B, khi cho nam châm dịch chuyển lại gần vòng dây, từ thông qua mạch tăng lên, từ trường cảm ứng sinh ra có tác dụng chống lại sự tăng của từ thông, từ trường cảm ứng sẽ ngược chiều với từ trường ngoài, biết được từ trường cảm ứng có thể xác định được chiều dòng điện cảm ứng. Vậy trong hai câu A, B thì câu đúng là câu B

Ở câu C và D, khi cho nam châm dịch chuyển ra xa vòng dây, từ thông qua mạch giảm, từ trường cảm ứng (do dòng điện cảm ứng sinh ra nó) có tác dụng chống lại sự giảm của từ thông, lúc đó từ trường cảm ứng sẽ cùng chiều với từ trường ngoài, từ đó ta xác định được chiều dòng điện cảm ứng. Như vậy chiều dòng điện cảm ứng như câu C và D sai. Vậy chọn đáp án B. S N v Ic C . S N v B . Ic S N v A . Ic v Icư= 000 D . S N

Câu 2.4.B: Hình vẽ nào sau đây xác định đúng chiều dòng điện cảm ứng khi cho cả nam châm và vòng dây cùng rơi tự do thẳng đứng đồng thời cùng lúc:

PHÂN TÍCH:

Mục đích kiểm tra sự thông hiểu về kiến thức trong việc xác định chiều dòng điện cảm ứng trong vòng dây trong chuyển động tương đối của nó với nam châm.

Học sinh cần hiểu rằng chiều của dòng điện cảm ứng được xác định dựa vào định luật Len-xơ: “Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó”. Khi thanh nam châm và vòng dây cùng rơi tự do thì sẽ không có sự biến thiên từ thông theo thời gian, do đó sẽ không xảy ra hiện tượng cảm ứng nên dòng điện cảm ứng trong vòng day bằng 0. Nếu hiểu sai là có xảy ra hiện tượng cảm ứng điện từ thì sẽ chọn sai đáp án.

Câu 2.5.C: Chọn câu đúng

Khung dây dẫn ABCD được đặt trong từ trường đều như hình .Coi rằng bên ngoài vùng MNPQ không có từ trường. Khung chuyển động thẳng đều dọc theo hai đường song song x’x, y’y. Trong khung xuất hiện dòng điện cảm ứng khi

A. khung đang chuyển động ở ngoài vùng MNPQ B. khung đang chuyển động ở trong vùng MNPQ

C. khung đang chuyển động từ ngoài vào trong vùng MNPQ

M N x A B x’ y D C y’ Q P Hinh 2.1 N S v Ic A. N S v Ic B. v Ic C. N S N S Icư =0 0000 v D. v v v v

D. khung đang chuyển động đến gần vùng MNPQ

PHÂN TÍCH:

Mục đích nhằm kiểm tra mức độ hiểu biết của học sinh về điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng.

Khi cho khung dây ABCD chuyển động trong vùng có từ trường MNPQ thì từ thông xuyên qua khung dây ABCD không thay đổi nên không có sự biến thiên từ thông, do đó không có dòng điện xuất hiện trong khung, do đó câu A,B sai. Tương tự khi khung dây chuyển động từ ngoài vùng MNPQ không có từ thông qua khung dây do đó không có dòng điện cảm ứng xuất hiện.

Khi khung dây chuyển động từ ngoài vùng MNPQ vào vùng MNPQ thì từ thông qua khung dây tăng, dó đó xuất hiện dòng điện cảm ứng, do đó câu C đúng.

Đáp án đúng là C

Câu 2.6.D: Tương tác giữa khung dây và ống dây ở hình vẽ bên khi cho khung dây dịch chuyển ra xa ống dây là:

A. đẩy nhau B. hút nhau

C. Ban đầu hút nhau, khi đến gần thì đẩy nhau D. không tương tác

PHÂN TÍCH:

Mục đích kiểm tra mức độ vận dụng kiến thức, hiểu biết của học sinh để xác định các cực của khung dây và ống dây từ đó xác định được trạng thái hút hay đẩy.

Nhìn vào mạch điện biết chiều dòng điện qua ống dây ta có thể xác định chiều cảm ứng từ qua ống dây có chiều hướng xuống, do đó cực bắc của ống dây nằm phía dưới, cực Nam nằm phía trên.

Khung dây dịch chuyển sang trái nên từ thông do ống dây gây ra qua khung dây giảm nên trong khung dây xuât hiện dòng điện cảm ứng, theo định luật Len-xơ thì cảm ứng do khung dây gây ra có chiều cùng chiều với cảm ứng từ do ống dây gây ra nên mặt dưới khung dây là cực Bắc và mặt trên là cực Nam.

Ống dây và khung dây có khác cực đặt gần nhau nên chúng hút nhau. Chọn đáp án là B.

DẠNG 3: TÍNH SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG DỰA VÀO ĐỊNH LUẬT FARADAY

 Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín,