Bài tập Vật lý Lớp 11 nâng cao - Chương V: Cảm ứng điện từ

Nội dung text: Bài tập Vật lý Lớp 11 nâng cao - Chương V: Cảm ứng điện từ

1. CHƯƠNG V:CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ DẠNG 1:XÁC ĐỊNH CHIỀU DỊNG ĐIỆN CẢM ỨNG I.PHƯƠNG PHÁP -Xác định chiều vectơ cảm ứng từ xuyên qua khung dây. -Xét từ thơng qua khung dây:  BS cos tăng hay giảm + Nếu ϕ tăng, Bc ngược chiều B + Nếu ϕ giảm, Bc cùng chiều B -Sau khi xác định chiều của Bc, dễ dàng xác định được chiều của ic theo quy tắc nắm bàn tay phải hoặc quy tắc mặt nam , bắc. II.BÀI TẬP Câu hỏi 1: Hình vẽ nào sau đây xác định đúng chiều dịng điện cảm ứng khi cho nam châm dịch chuyển lại gần hoặc ra xa vịng dây kín: Ic Ic v v v v A. S N ư B. S N ư C. S N D. S N Ic ư Icư= Câu hỏi 2: Hình vẽ nào sau đây xác định đúng chiều dịng điện cảm ứng khi cho vịng dây dịch chuyển lại gần hoặc ra xa nam châm: 00 v v v v I Ic c A. N S ư B. N S ư C. N S D. N S Ic Icư= ư Câu hỏi 3: Hình vẽ nào sau đây xác định đúng chiều dịng điện cảm ứng ngay khi nam0 châm đang đặt thẳng đứng tại tâm vịng dây ở trên bàn thì bị đổ: v N v N v S v S S N N A. S B. C. D. Icư =0 Ic Ic Ic ư ư ư Câu hỏi 4: Hình vẽ nào sau đây xác định đúng chiều dịng điện cảm ứng khi cho cả nam châm và vịng dây dịch chuyển, với v1 > v2: v v2 v2 v2 2 Ic Ic v1 v1 v v1 1 A. S N ư B. S N ư C. S N D. S N Ic ư Icư= Câu 5: Xác định chiều dịng điện cảm ứng trong vịng dây khi nhìn vào mặt trên trong trường 0 hợp cho nam châm rơi thẳng đứng xuyên qua tâm vịng dây giữ cố định như hình vẽ: N A. Lúc đầu dịng điện cùng kim đồng hồ, khi nam châm xuyên qua đổi chiều ngược kim đồng hồ. S v
2. B. Lúc đầu dịng điện ngược kim đồng hồ, khi nam châm xuyên qua đổi chiều cùng kim đồng hồ. C. khơng cĩ dịng điện cảm ứng trong vịng dây. D. Dịng điện cảm ứng cùng kim đồng hồ. Câu 6: Hình vẽ nào sau đây xác định đúng chiều dịng điện cảm ứng khi cho vịng dây tịnh tiến với vận tốc 푣 trong từ trường đều: B B v v A. v B. v C. D. Ic Ic Ic B I = B ư ư ư cư 0 Câu 7: Hình vẽ nào sau đây xác định đúng chiều dịng điện cảm ứng khi cho vịng dây tịnh tiến với vận tốc 푣 trong từ trường đều: v B v v v D. A. B B. B C. B Icư = 0 Ic Ic Ic ư ư ư Câu 8: Hình vẽ nào sau đây xác định đúng chiều dịng điện cảm ứng: B R tăng giảm I1 I1 v v I A. B. C. c A D. Icư I Ic c ư vịng dây cố định ư ư Câu 9: Hình vẽ nào sau đây xác định đúng chiều dịng điện cảm ứng: A Ic A Ic I Icư=0 ư ư c A A A. B. C. ư D. R tăng R giảm R giảm R tăng Câu 10: Tương tác giữa khung dây và ống dây ở hình vẽ bên khi cho khung v dây dịch chuyển ra xa ống dây là: A A. đẩy nhau B. hút nhau C. Ban đầu hút nhau, khi đến gần thì đẩy nhau D. khơng tương tác
3. I Câu 11: Cho dịng điện thẳng cường độ I khơng đổi. Khung dây dẫn M N hình chữ nhật MNPQ đặt sát dịng điện thẳng, cạnh MQ trùng với dịng điện thẳng như hình vẽ. Hỏi khi nào thì trong khung dây khơng Q cĩ dịng điện cảm ứng: P A. khung quay quanh cạnh MQ B. khung quay quanh cạnh MN C. khung quay quanh cạnh PQ D. khung quay quanh cạnh NP TÍNH TỪ THƠNG, SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG VÀ CƯỜNG ĐỘ DỊNG ĐIỆN CẢM ỨNG Bài 1: Một hình vuơng cạnh 5cm đặt trong từ trường đều cĩ cảm ứng từ B=8.10-4T.Từ thơng qua hình vuơng đĩ bằng 10-6Wb.Tính gĩc hợp bởi véc tơ cảm ứng từ với mặt phẳng của hình vuơng đĩ ĐS: =300 Bài 2: Một khung dây hình trịn diện tích S=15cm2 gồm N=10 vịng dây,đặt trong từ trường đều cĩ B hợp với véc tơ pháp tuyến n của mặt phẳng khung dây một gĩc =300 như hình vẽ. B=0,04T.Tính độ biến thiên của từ thơng qua khung dây khi: a.Tịnh tiến khung dây trong vùng từ trường đều b.Quay khung dây quanh đường kính MN một gĩc 1800 c.Quay khung dây quanh đường kính MN một gĩc 3600 ĐS:a.  =0, b.  =-10,4.10-4Wb, c.  =0 Bài 3: Một mạch kín hình vuơng,cạnh 10cm,đặt vuơng gĩc với từ trường đều cĩ độ lớn thay đổi theo thời gian. Tính tốc độ biến thiên của từ trường,biết cường độ dịng điện cảm ứng i=2A và điện trở của mạch r=5 ĐS:103T/s Bài 4: Một cuộn dây dẫn dẹt hình trịn, gồm N = 100 vịng, mỗi vịng cĩ bán kính R = 10cm, mỗi mét dài của dây dẫn cĩ điện trở R = 0,5. Cuộn dây đặt trong một từ trường đều cĩ vectơ cảm ứng 0 từ B vuơng gĩc với mặt phẳng các vịng dây và cĩ độ lớn B = 10-2T giảm đều đến 0 trong thời gian t = 10-2s. Tính cường độ dịng điện xuất hiện trong cuộn dây. BR ĐS: I = = 0,1A. 2R 0 t Bài 5: Một khung dây dẫn hình vuơng,cạnh a=10cm,đặt cố định trong từ trường đều cĩ véc tơ cảm ứng từ B vuơng gĩc với mặt phẳng khung.Trong khoảng thời gian t 0,05 s,cho độ lớn của B tăng đều từ 0 đến 0,5T.Xác định độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung ĐS:0,1 V Bài 6: Một khung dây phẳng,diện tích 20cm2,gồm 50 vịng đặt trong từ trường đều.Véc tơ cảm ứng từ làm thành với mặt phẳng khung dây một gĩc= và cĩ độ lớn bằng 2.10 -4T.Người ta làm cho 6 từ trường giảm đều đến khơng trong khoảng thời gian 0,01s.Tính suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong thời gian từ trường biến đổi -3 ĐS: ec=10 V Bài 7: Một dây đồng điện trở R=3  được uốn thành hình vuơng cạnh a=40cm,hai đầu dây đồng được nối với hai cực của một nguồn điện cĩ suất điện động =6V,điện trở khơng đáng kể.Mạch điện đặt trong một từ trường đều cĩ B cùng hướng với véc tơ pháp tuyến n của mặt phẳng hình vuơng như hình vẽ. Cảm ứng từ tăng theo thời gian theo quy luật B=15t(T).Xác định độ lớn và chiều dịng điện trong mạch. ĐS:I=1,2A,ngược chiều kim đồng hồ
4. Bài 8: Một khung dây dẫn cĩ 2000 vịng được đặt trong từ trường đều sao cho các đường sức từ vuơng gĩc với mặt phẳng khung.Diện tích mặt phẳng mỗi vịng là 2dm2.Cảm ứng từ của từ trường giảm đều từ giá trị 0,5T đến 0,2T trong thời gian 0,1s.Tính suất điện động cảm ứng trong mỗi vịng dây và trong tồn khung dây? -2 ĐS: ec=6.10 V,ectk=120V Bài 9: Một khung dây trịn,phẳng,gồm 1200 vịng,đường kính mỗi vịng là d=10cm,quay trong từ trường đều quanh trục đi qua tâm và nằm trong mặt phẳng khung dây.Ở vị trí ban đầu,mặt phẳng khung dây vuơng gĩc với đường sức từ,ở vị trí cuối,mặt phẳng khung dây song song với đường sức từ.Thời gian quay là 0,1s.Cảm ứng từ trường là B=0,005T.Tính suất điện động xuất hiện trong cuộn dây ĐS:ec=0,471V Bài 11: Một khung dây cứng,phẳng diện tích 25cm2,gồm 10 vịng dây.Khung dây được đặt trong từ trường đều.Khung dây nằm trong mặt phẳng như hình vẽ.Cảm ứng từ biến thiên theo thời gian theo đồ thị a. Tính độ biến thiên của từ thơng qua khung dây kể từ lúc t=0 đến t=0,4s b. Xác định suất điện động cảm ứng trong khung c. Tìm chiều của dịng điện cảm ứng trong khung -5 -4 ĐS: a.  =6.10 Wb, b.ec=1,5.10 V, c.theo chiều kim đ/h Bài 12: Tại tâm của một vịng dây trịn phẳng gồm N = 50 vịng, mỗi vịng cĩ bán kính r 1 = 20 cm, 2 người ta đặt một khung dây nhỏ gồm N 2 = 100 vịng, mỗi vịng cĩ diện tích 1 cm . Khung dây nhỏ này quay xung quanh một đường kính của khung dây lớn với vận tốc khơng đổi  300 vịng/giây. Tìm suất điện động cực đại trong khung nếu dịng trong khung lớn cĩ cường độ I = 10 A. ĐS: 4,7.10-3 Bài 13: Một khung dây kín phẳng hình vuơng ABCD cĩ cạnh a=10cm gồmN=250 vịng .Khung chuyển động thẳng đều tiến lại khoảng khơng gian trong đĩ cĩ từ trường. Trong khi chuyển động cạnh AB và AC luơn nằm trên hai đường thẳng song song như hình vẽ.Tính cường độ dịng điện chạy trong khung trong khoảng thời gian từ khi cạnh CB của khung bắt đầu gặp từ trường đến khi khung vừa vặn nằm hẳn trong từ trường.Chỉ rõ chiều dịng điện trong khung.Cho biết điện trở của khung là 3 . Vận tốc của khung v=1,5m/s và cảm ứng từ của từ trường B=0,005T ĐS: I=0.0625 A, dịng điện cảm ứng ngược chiều kim đồng hồ Bài 14: Một khung dây hình chữ nhật cĩ các cạnh lần lượt là : a = 10 cm; b = 20 cm gồm 50 vịng dây quay đều trong một từ trường đều cĩ cảm ứng từ B = 0,5 T. Trục quay của khung nằm vuơng gĩc với đường sức từ. Lúc đầu mặt phẳng khung vuơng gĩc với vectơ cảm ứng từ. Khung quay với tốc độ gĩc  100 (rad / s) .Tính suất điện động trung bình trong khung dây trong thời gian nĩ quay được 150 kể từ vị trí ban đầu ĐS: 20,5 V DẠNG 3: SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRONG MỘT ĐOẠN DÂY DẪN CHUYỂN ĐỘNG Khi đoạn dây dẫn chuyển động cắt các đường sức từ thì độ lớn của suất điện động trong đoạn dây đó là:  = Blv Nếu v vàB cùng vuông góc với đoạn dây, đồng thời v hợp với B một góc thì độ lớn của suất điện động suất hiện trong đoạn dây là:  = Blvsin .
5. Bài 1:Một đoạn dây dẫn MN cĩ chiều dài l=0,5m chuyển động trong từ trường đều cĩ cảm ứng từ B=0,04T với vận tốc v=0,5m/s theo phương hợp với đường sức từ một gĩc  300 .Tính suất điện động suất hiện trong đoạn dây ĐS:ec=0,005V Bài 2. Một máy bay có chiều dài mỗi cánh 25m bay theo phương ngang với tốc độ 720km/h. Biết thành phần thẳng đứng của cảm ứng từ của trái đất B = 5.10-5T. Tìm hiệu điện thế xuất hiện ở hai đầu cánh máy bay Bài 3: Một thanh dẫn điện dài 1m,chuyển động trong từ trường đều cĩ cảm ứng từ B=0,4T( B vuơng gĩc với thanh) với vận tốc 2m/s,vuơng gĩc với thanh và làm với B 1 gĩc  450 a. Tính suất điện động cảm ứng trong thanh b. Nối hai đầu thanh với một điện trở R=0,2 thành mạch kín thì cường độ dịng điện qua điện trở bằng bao nhiêu? ĐS:a. ec=0,564V ; b. I=2,82A (Dây dẫn trượt ngang trong từ trường đều) Bài 3: Cho mạch điện như hình vẽ,nguồn cĩ  =1,5V,điện trở trong r=0,1 .Thanh MN dài 1m cĩ điện trở R=2,9  .Từ trường cĩ B thẳng gĩc với MN và gướng xuống dưới. Cảm ứng từ là 0,1T.Ampe kế cĩ điện trở khơng đáng kể a. Ampe kế chỉ bao nhiêu khi MN đứng yên? b. Ampe kế chỉ bao nhiêu khi MN di chuyển về phía phải với vận tốc v=3m/s sao c. cho hai đầu MN luơn tiếp xúc với hai thanh đỡ bằng kim loại? d. Muốn Ampe kế chỉ số 0 phải để thanh MN di chuyển về phía nào với vận tốc là bao nhiêu? ĐS: a. IA0,5A ; b.IA=0,6A ; c.di chuyển về trái với vận tốc 15m/s Bài 4: Thanh dẫn MN trượt trong từ trường đều như hình vẽ.Biết B=0,3T,Thanh MN dài 40cm,vận tốc 2m/s,điện kế cĩ điện trở R=3 .Tính cường độ dịng điện qua điện kế và chỉ rõ chiều của dịng điện ấy ’ ĐS: IA=0,08A; dịng điện theo chiều từ N N Bài 7: Một thanh kim loại MN dài l = 1m trượt trên hai thanh ray đặt nằm ngang với vận tốc khơng đổi v = 2m/s. Hệ thống đặt trong từ trường đều B = 1,5T cĩ hướng như hình vẽ. Hai thanh ray nối với một ống dây cĩ L = 5mH, R = 0,5Ω, và một tụ điện C = 2µF. Tính năng lượng điện trường M trong tụ điện: L,R B v C A. 9.10-6 J B. 8.10-6 J C. 7.10-6 J D. 6.10-6 J N DẠNG 4:HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM Suất điện động tự cảm: a. Hệ số tự cảm: L = 4π.10-7n2.V L: Hệ số tự cảm (Henry: H) V: Thể tích của ống dây (m3). i b. Suất điện động tự cảm: e L tc t II,BÀI TẬP Bài 1 Một ống dây dài 50cm, cĩ 1000 vịng dây. Diện tích tiết diện của ống là 20cm 2. Tính độ tự cảm của ống dây đĩ. Giả thiết rằng từ trường trong ống dây là từ trường đều. ĐS: L 5.10-3H. Bài 2 Một ống dây dài 50cm cĩ 2500 vịng dây.Đường kính ống dây bằng 2cm.Cho một dịng điện biến
6. đổi theo thời gian chạy qua ống dây.Sau thời gian 0,01s dịng điện tăng từ 0 đến 1,5A.Tính suất điện động tự cảm trong ống dây. ĐS:etc=0,74V Bài 3 Một dịng điện trong ống dây phụ thuộc vào thời gian theo cơng thức i=0,4(5-t),i tính bằng A,t tính bằng s.Ống dây cĩ hệ số tự cảm L=0,05H.Tính suất điện động tự cảm trong ống dây ĐS:etc=0,02V Bài 4 Tính độ tự cảm của một ống dây dài 30cm, đường kính 2cm, cĩ 1000 vịng dây. Cho biết trong khoảng thời gian 0,01s cường độ dịng điện chạy qua ống dây giảm đều đặn từ 1,5A đến 0. Tính suất điện động cảm ứng trong ống dây. ĐS: L 2,96.10-3H 3.10-3H ; e = 0,45V. Bài 5 Cho một ống dây dài,cĩ độ tự cảm L=0,5H,điện trở thuần R=2 .Khi cho dịng điện cĩ cường độ I chạy qua ống dây thù năng lượng từ trường trong ống dây là W=100J a. Tính cường độ dịng điện qua ống dây? b. Tính cơng suất tỏa nhiệt ĐS:a. I=20A; b.P =800W Bài 6 Một ống dây dài  = 31,4cm cĩ 100 vịng, diện tích mỗi vịng S = 20cm 2, cĩ dịng điện I = 2A chạy qua. a) Tính từ thơng qua mỗi vịng dây. b) Tính suất điện động tự cảm trong cuộn dây khi ngắt dịng điện trong thời gian t = 0,1s. Suy ra độ tự cảm của ống dây. ĐS: a)  = 1,6.10-5 Wb ; b) e = 0,16V ; L = 0,008H. Bài 7 Sau thời gian t = 0,01s, dịng điện trong mạch tăng đều từ 2A đến 2,5A và suất điện động tự cảm là 10V. Tính độ tự cảm của cuộn dây. ĐS: L = 0,2H. Bài Một ống dây dài được quấn với mật độ 2000 8 vịng/mét.Ống dây cĩ thể tuchs 500cm3.Ống dây được mắc vào một mạch điện.Sau khi đĩng cơng tắc dịng điện trong ống dây biến đổi theo thời gian theo đồ thị.Lúc đĩng cơng tắc ứng với thời điểm t=0.Tính suất điện động tự cảm trong ống: a. Sau khi đĩng cơng tắc tới thời điểm t=0,05s b.Từ thời điểm t=0,05s trở về sau ĐS:a. etc=0,25V; b. etc=0 Bài Cho mạch điện như hình vẽ,cuộn cảm cĩ điện trở bằng 0 9 Dịng điện qua L bằng 1,2A;độ tự cảm L=0,2H,chuyển khĩa K từ vị trí a sang vị trí b,tính nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở ĐS: Q=0,144J Bài Cho mạch điện như hình vẽ,L=1H, =12V,r=0,điện trở 10 của biến trở là R=10  .Điều chỉnh biến trở để trong 0,1s điện trở của biến trở giảm cịn 5 . a. Tính suất điện động tự cảm xuất hiện trong ống dây trong khoảng thời gian nĩi trên b. Tính cường độ dịng điện trong mạch trong khoảng thời gian nĩi trên ĐS:a. etc=12V; b.I=0 Bài Dịng điện qua một ống dây khơng cĩ lõi sắt biến đổi đều theo thời gian.Trong thời gian 0,01s cường độ dịng điện tăng từ i1=1A đến i2=2A,suất 12 điện động tự cảm trong ống dây etc=20V.Hỏi hệ số tự cảm của ống dây và độ biến thiên năng lượng từ trường trong ống dây . ĐS: L=0,2H; W=0,3J