Chuyên đề bài tập Vật lý 11 - Chuyên đề V: Cảm ứng điện từ - Lê Minh Đức

Nội dung text: Chuyên đề bài tập Vật lý 11 - Chuyên đề V: Cảm ứng điện từ - Lê Minh Đức

1. CHUYÊN ĐỀ V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ MỤC LỤC MỤC LỤC CHỦ ĐỀ 1. TỪ THÔNG. HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 2 Dạng 1. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng 2 Dạng 2. Tính suất điện động và cường độ dòng điện cảm ứng 4 Dạng 3. Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây chuyển động 9 Dạng 4. Tự cảm – Suất điện động tự cảm – Năng lượng từ trường 12 CHỦ ĐỀ 2. ÔN TẬP VÀ KIỂM TRA CHUYÊN ĐỀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 26 Gíao viên: Ths. Lê Minh Đức 1 Phone+Zalo: 0946 513 000
2. CHUYÊN ĐỀ BÀI TẬP VẬT LÝ 11 CHUYÊN ĐỀ V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ CHUYÊN ĐỀ V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ CHỦ ĐỀ 1. TỪ THÔNG. HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ A. KIẾN THỨC CẦN NHỚ 1. Điện tích - Định luật Cu – lông Từ thông qua diện tích S được xác định bằng công thức  BS cos với n,B Quy ước: Chọn chiều của n sao cho là góc nhọn Ý nghĩa của từ thông: Dùng khái niệm từ thông để diễn tả số đường sức từ xuyên qua một diện tích nào đó. Đơn vị từ thông: Trong hệ SI đơn vị của từ thông là vêbe, kí hiệu là Wb. 1Wb 1 T.m2. 2. Hiện tượng cảm ứng điện từ Khi ta đưa nam châm lại gần hoặc ra xa khung dây kín (hình vẽ), từ thông qua tiết diện của khung dây thay đổi, khung dây xuất hiện dòng điện làm kim điện kế bị lệch. Khi ta đưa khung dây kín lại gần hoặc ra xa nam châm (hình vẽ), từ thông qua tiết diện của khung dây thay đổi, khung dây cũng xuất hiện dòng điện làm kim điện kế bị lệch. a. Dòng điện cảm ứng Dòng điện xuất hiện khi có sự biến đổi từ thông qua mạch kín gọi là dòng điện cảm ứng. b. Suất điện động cảm ứng Khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch kín thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng. 3. 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 sinh ra nó. 4. Định luật Fa-ra-đây về cảm ứng điện từ Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch.  e k c t Trong hệ SI, hệ số tỉ lệ k 1 Theo định luật Len-xơ thì trong hệ SI suất điện động cảm ứng được viết dưới dạng :  e c t Trường hợp trong mạch điện là một khung dây có N vòng dây thì  e N c t B. CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI Xem thêm: Dạng 1. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng Phương pháp chung Áp dụng định luật Lenxơ: Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó. - Nếu độ lớn từ thông tăng, dòng điện cảm ứng sẽ tạo ra từ trường ngược chiều với từ trường ban đầu. - Nếu độ lớn từ thông giảm, dòng điện cảm ứng sẽ tạo từ trường cùng chiều với từ trường ban đầu. Ví dụ : Dùng định luật Len-xơ xác định chiều dòng điện cảm ứng trong khung dây dẫn trong các trường hợp sau: Gíao viên: Ths. Lê Minh Đức 2 Phone+Zalo: 0946 513 000
3. CHUYÊN ĐỀ BÀI TẬP VẬT LÝ 11 CHUYÊN ĐỀ V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ a. Thanh nam châm rơi đến gần khung dây, sau đó đi qua khung dây và rơi ra khỏi khung dây. b. Con chạy của biến trở R di chuyển sang phải. c. Đưa khung dây ra xa dòng điện. d. Đóng khóa K. e. Giảm cường độ dòng điện trong ống dây. f. Khung dây ban đầu trong từ trường hình vuông, sau đó được kéo thành hình chữ nhật ngày càng dẹt đi. Lời giải: a) Thanh nam châm rơi đến gần khung dây, sau đó đi qua khung dây và rơi ra khỏi khung dây. + Cảm ứng từ B của nam châm có hướng vào S ra N. + Khi nam châm rơi lại gần khung dây ABCD thì cảm ứng từ cảm ứng Bc của khung dây có chiều ngược với cảm ứng từ B . Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra dòng điện cảm ứng trong khung dây ABCD có chiều từ A D C B A như hình.  + Sau khi nam châm qua khung dây thì nam châm sẽ ra xa dần khung dây, do đó cảm ứng từ cảm ứng B của khung dây có chiều  c cùng với với cảm ứng từ B . p dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra dòng điện cảm ứng trong khung dây ABCD có chiều từ A B C D A . b) Con chạy của biến trở R diện tích chuyển sang phải + Dòng điện tròn sinh ra cảm ứng từ B có chiều từ trong ra ngoài.  + Khi biến trở dịch chuyển sang phải thì điện trở R tăng nên dòng điện I trong mạch giảm cảm ứng từ B do vòng dây tròn sinh  ra cũng giảm từ thông giảm từ trường cảm ứng Bc sẽ cùng chiều với từ trường của dòng điện tròn (chiều từ trong ra ngoài) + Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra chiều của dòng điện cảm ứng trong khung dây ABCD có chiều từ A B C D A. c) Đưa khung dây ra xa dòng điện + Cảm ứng từ B do dòng điện I gây ra ở khung dây ABCD có chiều từ ngoài vào trong.  + Vì khung dây ra xa dòng điện I nên từ thông giảm từ trường cảm ứng Bc của khung dây sẽ cùng chiều với từ trường B. + Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra chiều của dòng điện cảm ứng trong khung dây ABCD có chiều từ A B C D A. d) Đóng khóa K. + Khi đóng khóa K trong mạch có dòng điện I tăng từ 0 đến I.  + Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải xác định được chiều cảm ứng từ. B bên trong ống dây có chiều như hình. + Vì dòng điện có cường độ tăng từ 0 đến I nên từ thông cũng tăng suy ra cảm ứng từ cảm ứng B sẽ có chiều ngược với chiều của  c cảm ứng từ B. + Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra chiều của dòng điện cảm ứng trong khung dây ABCD có chiều từ A B C D A. e) Giảm cường độ dòng điện trong ống dây. + Cảm ứng từ B bên trong ống dây có chiều từ trên xuống như hình vẽ.  + Vì cường độ dòng điện giảm nên từ thông gửi qua khung dây ABCD giảm do đó cảm ứng từ cảm ứng B cùng chiều với cảm ứng  c từ B của ống dây. + Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra chiều của dòng điện cảm ứng trong khung dây ABCD có chiều từ A D C B A. Gíao viên: Ths. Lê Minh Đức 3 Phone+Zalo: 0946 513 000
4. CHUYÊN ĐỀ BÀI TẬP VẬT LÝ 11 CHUYÊN ĐỀ V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ f) Kéo khung dây thành hình chữ nhật ngày càng dẹt đi Khi hai hình có cùng chu vi thì hình vuông có diện tích lớn hơn hình chữ nhật. Chứng minh: Giả sử hình chữ nhật có hai cạnh là a, b. Gọi chu vi của hình chữ nhật và hình vuông đều là x. Theo bất đẳng thức Cô- x2 x si ta có x 2a 2b 2 2a.2b S ab . Dấu bằng xảy ra khi a b nên diện tích lớn nhất của hình chữ nhật có 16 4 x2 x chu vi x là lúc này hình chữ nhật là hình vuông có cạnh . Vậy khi hai hình có cùng chu vi thì hình vuông có diện tích lớn hơn 16 4 hình chữ nhật. Quay trở lại bài tập, trong quá trình kéo thì diện tích của khung giảm dần, dẫn đến từ thông qua khung giảm từ trường cảm ứng    B cùng chiều với B dòng điện cảm ứng IC có chiều B. Xem thêm: Dạng 2. Tính suất điện động và cường độ dòng điện cảm ứng 1. Phương pháp chung - Áp dụng công thức về suất điện động cảm ứng. - Kết hợp với các công thức về dòng điện không đổi, định luật Ôm để tính cường độ của dòng điện cảm ứng. 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Hãy xác định suất điện động cảm ứng của khung dây, biết rằng trong khoảng thời gian 0,5 s, từ thông giảm từ 1,5 Wb đến 0. A. 6 V.B. 3 V.C. 1,5 V.D. 4,5 V. Lời giải:  1,5 0 Suất điện động cảm ứng trong khung dây là: e 3V. t 0,5 Đáp án B. Ví dụ 2: Một khung dây hình tròn có diện tích 2 cm2 đặt trong từ trường, các đường sức từ xuyên vuông góc với khung dây. Hãy xác định từ thông xuyên qua khung dây, biết rằng B 5.10 2 T. A. 10-5 Wb.B. 2.10 -5 Wb. C. 3.10-5 Wb.D. 4.10 -5 Wb. Lời giải: Từ thông xuyên qua khung dây là  BS cos BS 5.10 2.2.10 4 10 5 Wb Đáp án A. Ví dụ 3: Một khung dây hình vuông, cạnh dài 4 cm, đặt trong từ trường đều, các đường sức xuyên qua bề mặt và tạo với pháp tuyến của mặt phẳng khung dây một góc 300, từ trường có cảm ứng từ 2.10-5 T. Hãy xác định từ thông xuyên qua khung dây nói trên? A. 16 2.10 9 Wb. B. 16 3.10 9 WC. b. D.16 .10 9 Wb. 32.10 9 Wb. Lời giải: Từ thông xuyên qua khung dây là  BS cos 2.10 5.0,042.cos300 16 3.10 9 Wb Đáp án B. Ví dụ 4: Một khung dây có các tiết diện là hình tròn, bán kính khung dây là 20 cm, khung dây được đặt vuông góc với các đường sức từ của một từ trường đều có B 2.10 5 T. Hãy xác định giá trị của từ thông xuyên qua khung dây nói trên? A. 0 Wb.B. 2,51.10 -6 Wb. C. 5,0210-6 Wb.D. 1,2610 -6 Wb. Lời giải: Tiết diện của khung là S R 2 . Do khung dây được đặt vuông góc với các đường sức từ nên 0. Từ thông xuyên qua khung dây là  BS cos 2.10 5. .0,22 2,51.10 6 Wb Đáp án B. Ví dụ 5: Một khung dây hình chữ nhật có chiều dài là 25 cm, được đặt vuông góc với các đường sức từ của một từ trường đều B 4.10 3 T. Từ thông xuyên qua khung dây là 10-5 Wb, hãy xác định chiều rộng của khung dây nói trên? A. 0,01 m.B. 0,02 m.C. 0,03 m.D. 0,04 m. Lời giải:  Tiết diện S của khung dây là: S 2,5.10 3 m2 25 cm2 B S Chiều rộng của khung dây nói trên là: a 1 cm 0,01 m. l Đáp án A. Ví dụ 6: Một khung dây hình vuông có cạnh dài 5 cm, đặt trong từ trường đều, khung dây tạo với các đường sức một góc 30 0, B 5.10 2 T. Hãy tính từ thông xuyên qua khung dây? A. 0 Wb.B. 6,25.10 -5 Wb. C. 1,73.10-5 Wb.D. 1,25.10 -4 Wb. Lời giải: Gíao viên: Ths. Lê Minh Đức 4 Phone+Zalo: 0946 513 000
5. CHUYÊN ĐỀ BÀI TẬP VẬT LÝ 11 CHUYÊN ĐỀ V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Ta có  BS cos , với 900 300 600. Từ đó suy ra  5.10 2.0,052.cos600 6,25.10 5 Wb Đáp án B. Ví dụ 7: Một khung dây hình tam giác có cạnh dài 10 cm, đường cao của nó là 8 cm. Cả khung dây được đưa vào một từ trường đều, sao cho các đường sức vuông góc với khung dây, từ thông xuyên qua khung dây là 4.10-5 Wb. Tìm độ lớn cảm ứng từ. A. 0,01 T.B. 0,1 T.C. 10 -4 T.D. 10 -3 T. Lời giải: ah Tiết diện của khung dây là S . Cảm ứng từ là 2  2 2.4.10 5 B 0,01 T S ah 0,08.0,1 Đáp án A. Ví dụ 8: Một khung dây hình tròn có đường kính 10 cm. Cho dòng điện có cường độ 20 A chạy trong dây dẫn. Tính : a) Cảm ứng từ B do dòng điện gây ra tại tâm của khung dây. A. 0 Wb.B. 2,51.10 -6 Wb. C. 5,02.10-6 Wb.D. 1,26.10 -6 Wb. b) Từ thông xuyên qua khung dây. A. 1,97.10-6 Wb.B. 0 Wb.C.3,94.10 -6 Wb.D. 2,5.10 -6 Wb. Lời giải: a) Cảm ứng từ B do dòng điện gây ra tại tâm của khung dây là I 20 B 2 .10 7. 2 .10 7. 2,51.10 4 T r 0,05 Đáp án B. b) Từ thông xuyên qua khung dây  BS cos 2,51.10 4.0,052 1,97.10 6 Wb Đáp án A. Ví dụ 9: Một ống dây có chiều dài 40 cm. Gồm 4000 vòng, cho dòng điện cường độ 10 A chạy trong ống dây. a) Tính cảm ứng từ B trong ống dây. A. 12,56.10-2 T.B. 0,04 T.C. 0,0628 T.D. 0,2512 T. b) Đặt đối diện với ống dây một khung dây hình vuông, có cạnh 5 cm. Hãy tính từ thông xuyên qua khung dây? A. 3,14.10-3 Wb.B. 3,14. 10 -4 Wb. C. 10-4 Wb.D. 10 -3 Wb. Lời giải: N 4000 a)B 4 .10 7. .I 4 .107. .10 12,56.10 2 T l 0,4 Đáp án A. b) Đặt đối diện với ống dây một khung dây hình vuông nên 00. Từ thông xuyên qua khung dây là:  BS 12,56.10 2.0,052 3,14.10 4 Wb Đáp án B. Ví dụ 10: Một hình vuông có cạnh là 5 cm, đặt trong từ trường đều có B 4.10 4 T ,từ thông xuyên qua khung dây là 10 -6 Wb. Hãy xác định góc tạo bởi khung dây và vector cảm ứng từ xuyên qua khung dây? A. 300.B. 0 0.C. 60 0.D. 90 0. Lời giải: Góc tạo bởi khung dây và vecto cảm ứng từ xuyên qua khung dây là  cos 1 00 BS Đáp án B. Ví dụ 11: Một khung dây phẳng, diện tích 20 cm 2, gồm 10 vòng dây đặt trong từ trường đều, góc giữa B và vectơ pháp tuyến là 30 0, B 2.10 4 T, làm cho từ trường giảm đều về 0 trong thời giam 0,01 s. Hãy xác định suất điện động cảm ứng sinh ra trong khung dây? A. 3,46.10-4 V.B. 6,92.10 -4 V. C. 1,73.10-4 V.D. 5,19.10 -4 V. Lời giải: Suất điện động cảm ứng sinh ra trong khung dây là  NBS cos 0 10.20.10 4.2.10 4.cos300 e 3,46.10 4 V t 0,01 0,01 Đáp án A. Ví dụ 12: Một ống dây dẫn hình vuông cạnh 5 cm, đặt trong một từ trường đều 0,08 T; mặt phẳng khung vuông góc với các đường sức từ. Trong khoảng thời giam 0,2 s. cảm ứng từ giảm xuống đến 0. Độ lớn suất điện động cảm ứng trong khung? A. 10-3 V.B. 2.10 -3 V. C. 10-4 V.D. 2.10 -4 V. Lời giải: Gíao viên: Ths. Lê Minh Đức 5 Phone+Zalo: 0946 513 000
6. CHUYÊN ĐỀ BÀI TẬP VẬT LÝ 11 CHUYÊN ĐỀ V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Độ lớn suất điện động cảm ứng trong khung là  BScos 0 0,08.0,052 e 10 3 V t 0,2 0,2 Đáp án A. Ví dụ 13: Một vòng dây phẳng giới hạn diện tích S 5 cm2 đặt trong từ trường đều cảm ứng từ B 0,1 T. Mặt phẳng vòng dây  làm thành với B một góc 300. Tính từ thông qua S. A. 5.10-5 Wb.B. 25.10 -6 Wb. C. 25.10-3 Wb.D. 5.10 -4 Wb. Lời giải:   Mặt phẳng vòng dây làm thành với B góc 300 nên góc giữa B và pháp tuyến n là 600. Do đó từ thông qua S xác định bởi   BScos n, B 25.10 6 Wb. Đáp án B. Ví dụ 14: Một khung dây đặt trong từ đều có cảm ứng từ B 0,06 T sao cho mặt phẳng khung dây vuông góc với các đường sức từ. Từ thông qua khung dây là 1,2.10-5 Wb. Tính bán kính vòng dây. A. 8 mm.B. 4 mm.C. 8 m.D. 4 m. Lời giải:     BScos n,B B R2 cos n,B R  8.10 3 m 8 mm. B cos n,B Đáp án A. Ví dụ 15: Một khung dây phẳng giới hạn diện tích S 5 cm2 gồm 20 vòng dây đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ từ B 0,1 T sao cho mặt phẳng khung dây hợp với véc tơ cảm ứng từ một góc 60 0. Tính từ thông qua diện tích giới hạn bởi khung dây. A. 8,7.10-4 Wb.B. 4,35.10 -5 Wb. C. 8,7.10-5 Wb.D. 4,35.10 -4 Wb. Lời giải: Từ thông qua diện  tích giới hạn bởi khung dây  BS cos n,B 8,7.10 4 Wb. Đáp án A. Ví dụ 16: Một khung dây phẳng diện tích 20 cm 2, gồm 10 vòng được đặt trong từ trường đều. Véc tơ cảm ứng từ làm thành với mặt phẳng khung dây góc 300 và có độ lớn bằng 2.10-4 T. Người ta làm cho từ trường giảm đều đến 0 trong thời gian 0,01 s. Tính suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong thời gian từ trường biến đổi. A. 2.10-4 V.B. 10 -4 V. C. 3.10-4 V.D. 4.10 -4 V. Lời giải: Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong thời gian từ trường biến đổi là  0 NBS cos n, B e 2.10 4 V. c t t Đáp án A. Ví dụ 17: Một khung dây tròn bán kính 10 cm gồm 50 vòng dây được đặt trong từ trường đều. Cảm ứng từ hợp với mặt phẳng khung dây một góc 600. Lúc đầu cảm ứng từ có giá trị bằng 0,05 T. Tìm suất điện động cảm ứng trong khung nếu trong khoảng 0,05 s: a) Cảm ứng từ tăng gấp đôi. A. 1,36 V.B. 1,36 V.C. 0,68 V.D. V. 0,68 b) Cảm ứng từ giảm đến 0. A. 1,36 V.B. 1,36 V.C. 0,68 V.D. V. 0,68 Lời giải:  Từ thông qua khung dây lúc đầu:  BS cos n, B 6,8.10 2 Wb.   a) Khi  2 thì e 2 1 1,36 V. Dấu “-“ cho biết nếu khung dây khép kín thì suất điện động cảm ứng sẽ 2 1 c t gây ra dòng điện cảm ứng với từ trường cảm ứng ngược chiều với từ trường ngoài. Đáp án A.   b) Khi  0 thì e 2 1 1,36 V. 2 c t Đáp án B. Ví dụ 18: Một khung dây dẫn hình chữ nhật có diện tích 200 cm 2, ban đầu ở vị trí song song với các đường sức từ của một từ trường đều có độ lớn B 0,01 T. Khung quay đều trong thời gian t 0,04 s đến vị trí vuông góc với các đường sức từ. Xác định suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung. A. 5.10-3 V.B. V.C. 5.1 V.0 D.3 10 2 10 2 V. Gíao viên: Ths. Lê Minh Đức 6 Phone+Zalo: 0946 513 000
7. CHUYÊN ĐỀ BÀI TẬP VẬT LÝ 11 CHUYÊN ĐỀ V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ Lời giải:   4 Ta có: 1 0 vì lúc đầu n  B; 2 BS 2.10 Wb vì lúc sau n // B.   Do đó: e 2 1 5.10 3 V. c t Đáp án B. Ví dụ 19: Một khung dây hình chữ nhật kín gồm N 10 vòng dây, diện tích mỗi vòng S 20 cm2 đặt trong một từ trường đều  có véc tơ cảm ứng từ B hợp với pháp tuyến n của mặt phẳng khung dây góc 600 , độ lớn cảm ứng từ B 0,04 T ,điện trở khung dây R 0,2 . Tính độ lớn suất điện động cảm ứng và cường độ dòng điện xuất hiện trong khung dây nếu trong thời gian t 0,01 giây, cảm ứng từ: a) Giảm đều từ B đến 0. A. eC 0,04 V và i 0,2 A. B. và eC 0,02 V i 0,1 A. C. eC 0,06 V và D.i 0,3 A. và eC 0,08 V i 0,4 A. b) Tăng đều từ 0 đến 0,5B. A. eC 0,04 V và i 0,2 A. B. và eC 0,02 V i 0,1 A. C. eC 0,06 V và D.i 0,3 A. và eC 0,08 V i 0,4 A. Lời giải:    NS cos n, B Ta có: e 2 1 . B B C t t 2 1 10.2.10 3 cos600 e a)e . 0 0,04 0,04 V; i C 0,2 A. C 0,01 R Đáp án A. 10.2.10 3 cos600 e b)e . 0,02 0 0,02 V; i C 0,1 A. C 0,01 R Đáp án B. Ví dụ 20: Một khung dây dẫn đặt vuông góc với một từ trường đều, cảm ứng từ B có độ lớn biến đổi theo thời gian. Tính suất điện động cảm ứng với tốc độ biến thiên của cảm ứng từ, biết rằng cường độ dòng điện cảm ứng là IC 0,5 A điện, trở của khung là R 2  và diện tích của khung là S 100 cm2 . A. 100 T/s.B. 200 T/s.C. 50 T/s.D. 150 T/s. Lời giải: e B Ta có: I C e I R 1 V. Ta có là tốc độ biến thiên của cảm ứng từ, do đó : C R C C t B NS B e e C 100 T/s. C t t S Đáp án A. Ví dụ 21: Một ống dây hình trụ dài gồm 10 3 vòng dây, diện tích mỗi vòng dây S 100 cm2 . Ống dây có điện trở R 16 , hai đầu nối đoản mạch và được đặt trong từ trường đều có véc tơ cảm ứng từ song song với trục của ống dây và có độ lớn tăng đều 10 -2 T/s. Tính công suất tỏa nhiệt của ống dây. A. 6,25 mW.B. 6,25.10 -4 W. C. 6,25 W. D. 6,25.10-2 W. Lời giải: B NS Suất điện động cảm ứng có độ lớn: e 0,1 V C t e Cường độ dòng điện chạy qua ống dây là i C 0,625.10 2 A. R Công suất tỏa nhiệt của ống dây là P i2 R 6,25.10 4 W. Đáp án B. Ví dụ 22: Một vòng dây diện tích S 100 cm2 nối vào tụ điện có điện dung C 200 F, được đặt trong từ trường đều có véc tơ cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng chứa khung dây, có độ lớn tăng đều 5.10 2 T/s. Tính điện tích tụ điện. A. 2.10-7 C.B. 3.10 -7 C. C. 10-7 C.D. 4.10 -7 C. Lời giải: Gíao viên: Ths. Lê Minh Đức 7 Phone+Zalo: 0946 513 000
8. CHUYÊN ĐỀ BÀI TẬP VẬT LÝ 11 CHUYÊN ĐỀ V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ B S Ta có: U e 5.10 4 V. C t Điện tích của tụ điện : q CU 10 7 C. Đáp án C. Ví dụ 23: Một khung dây có 1000 vòng được đặt trong từ trường đều sao cho các đường sức từ vuông góc với mặt phẳng của khung. Diện tích mặt phẳng giới hạn bởi mỗi vòng là 2 dm2. Cảm ứng từ của từ trường giảm đều từ 0,5 T đến 0,2 T trong thời gian 0,1 s. Tính suất điện động cảm ứng suất hiện trong một vòng dây và trong khung dây. A. Trong 1 vòng dây 6.10-2 V; trong khung dây 60 V. B. Trong 1 vòng dây 6.10-4 V; trong khung dây 60 V. C. Trong 1 vòng dây 6.10-3 V; trong khung dây 60 V. D. Trong 1 vòng dây 0,6 V; trong khung dây 60 V. Lời giải: B S Trong một vòng dây: U e 6.10 2 V. C t Trong khung dây: EC N eC 60 V. Đáp án A. Ví dụ 24: Một ống dây dài l 30 cm gồm N 1000 vòng dây, đường kính mỗi vòng dây d 8 cm có dòng điện với cường độ i 2 A đi qua. a) Tính độ tự cảm của ống dây. A. 0,01 H.B. 0,02 H.C. 0,03 H.D. 0,04 H. b) Tính từ thông qua mỗi vòng dây. A. 3.10-5 Wb.B. 2.10 -5 Wb. C. 4.10-5 Wb.D. 10 -5 Wb. c) Thời gian ngắt dòng điện là t 0,1 giây, tính suất điện động tự cảm xuất hiện trong ống dây. A. 0,2 V.B. 0,4 V.C. 0,6 V.D. 0,8 V. Lời giải: 2 2 2 7 N 7 N d a) Độ tự cảm của ống dây là: L 4 .10  S 4 .10  0,02 H. l l 2 Đáp án B. b) Từ thông qua ống dây:  Li 0,04 Wb.  Từ thông qua mỗi vòng dây:  4.10 5 Wb. N Đáp án C. i c) Suất điện động tự cảm xuất hiện trong ống dây là: e L 0,4 V. tc t Đáp án B. Ví dụ 25: Một cuộn tự cảm có L 3 H được nối với nguồn điện có suất điện động 6 V, điện trở trong không đáng kể, điện trở của cuộn dây cũng không đáng kể. Hỏi sau thời gian bao lâu kể từ lúc nối vào nguồn điện, cường độ dòng điện qua cuộn dây tăng đến giá trị 5 A? Giả sử cường độ dòng điện tăng đều theo thời gian. A. 5 s.B. 3 s.C. 2,5 s.D. 1,5 s. Lời giải: Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch: Tổng các suất điện động trong mạch bằng tổng điện trở toàn mạch nhân với cường độ dòng điện mạch chính. i e e e L R r i tc t i i i e Li Vì R r 0 nên ta có e L 0 t 2,5 s. t t t L e Đáp án C. Ví dụ 26: Một cuộn tự cảm có L 50 mH cùng mắc nối tiếp với một điện trở R 20  , nối vào một nguồn điện có suất điện động 90 V, có điện trở trong không đáng kể. Xác định tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện tại : a) Thời điểm ban đầu ứng với I 0. A. 1,8 A/s.B. 18 A/s.C. 1,8.10 3 A/s.D. 0,18 A/s. b) Thời điểm mà I 2 A. A. 103 A/s.B. 100 A/s.C. 10 A/s.D. 1 A/s. Lời giải: i i e RI Ta có : e e e L RI . tc t t L Gíao viên: Ths. Lê Minh Đức 8 Phone+Zalo: 0946 513 000
9. CHUYÊN ĐỀ BÀI TẬP VẬT LÝ 11 CHUYÊN ĐỀ V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ i e a) Tại thời điểm ban đầu với I 0 : 1,8.103 A/s. t L Đáp án C. i e RI b) Thời điểm I 2 A : 103 A/s. t L Đáp án A. Ví dụ 27: Trong một mạch kín có độ tự cảm 0,5.10 -3 H, nếu suất điện động tự cảm bằng 0,25 V thì tốc độ biến thiên của dòng điện bằng bao nhiêu ? A. 500 A/s.B. 250 A/s.C. 10 3 A/s.D. 750 A/s. Lời giải: i Ta có e L . Tốc độ biến thiên của dòng điện là tc t i e tc 500 A/s. t L Đáp án A. Ví dụ 28: Tìm độ tử cảm của một ống dây hình trụ gồm 400 vòng, dài 20 cm, tiết diện ngang 9 cm2 trong hai trường hợp : a) Ống dây không có lõi sắt. A. 9.10-4 H.B. 4,5.10 -4 H. C. 3.10-4 H.D. 6.10 -4 H. b) Ống dây có lõi sắt với độ từ thẩm  400. A. 0,72 H.B. 0,36 H.C. 0,18 H.D. 0,54 H. Lời giải: a) Độ tự cảm của ống dây không có lõi sắt là : N 2 L 4 .10 7 S 9.10 4 H. l Đáp án A. b) Độ tự cảm của ống dây có lõi sắt là : N 2 L 4 .10 7  S 0,36 H. l Đáp án B. Ví dụ 29: Một ống dây dài 50 cm có 2500 vòng dây. Đường kính của ống bằng 2 cm. Cho một dòng điện biến đổi đều theo thời gian chạy qua ống dây. Sau thời gian 0,01 s dòng điện tăng từ 0 đến 1,5 A. Tính suất điện động tự cảm trong ống dây. A. 0,15 V.B. 0,3 V.C. 0,075 V.D. 0,1 V. Lời giải: 2 2 2 7 N 7 N d 4 Độ tự cảm của ống dây là L 4 .10  S 4 .10  5.10 H; l l 2 i Suất điện động tự cảm trong ống dây là e L 0,075 V. tc t Đáp án C. Ví dụ 30: Tính độ tự cảm và độ biến thiên năng lượng từ trường của một ống dây, biết rằng sau thời gian t 0,01 scường, độ dòng điện trong ống dây tăng đều từ 1 A đến 2,5 A thì suất điện động tự cảm là 30 V. A. 1,05 J.B. 0,2625 J.C. 0,525 J.D. 0,35 J. Lời giải: Độ tự cảm của ống dây là: i t e L L e 0,2 H. tc t tc i Độ biến thiên năng lượng từ trường của ống dây là 1 2 2 W L i2 i1 0,525 J. 2 Đáp án C. Xem thêm: Dạng 3. Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây chuyển động 1. Phương pháp chung a. Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường Khi đoạn dây dẫn chuyển động cắt các đường sức từ thì trong đoạn dây đó xuất hiện suất điện động (đóng vai trò như nguồn điện). Suất điện động trong trường hợp này cũng gọi là suất điện động cảm ứng. Gíao viên: Ths. Lê Minh Đức 9 Phone+Zalo: 0946 513 000
10. CHUYÊN ĐỀ BÀI TẬP VẬT LÝ 11 CHUYÊN ĐỀ V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ b. Quy tắc bàn tay phải Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngón tay cái choãi ra 90 0 chỉ chuyều chuyển động của đoạn dây, khi đó đoạn dây dẫn đóng vai trò như một nguồn điện, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa chỉ chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn điện đó. Chú ý: - Khi mạch được nối kín thì trong mạch có dòng điện cảm ứng ic. - Bên trong nguồn điện, dòng điện có chiều từ cực âm sang cực dương, bên ngoài thì ngược lại. c. Biểu thức suất điện động cảm ứng trong đoạn dây - Xét trường hợp đơn giản từ trường B vuông góc với mặt khung dây, khi đó suất điện động trong khung dây được tính theo công thức:  B. S eC t t eC Blv S l.s lv. t  - Trong trường hợp B và v hợp với nhau một góc thì: eC Bvl sin Chú ý: e - Khi mạch kín thì dòng cảm ứng chạy trong dây dẫn có điện trở R: i C C R - Khi trong mạch có hai dòng điện thì số chỉ Ampe kế sẽ là tổng đại số hai dòng điện (hai dòng điện ở đây chính là dòng I do nguồn E tạo ra và dòng iC do hiện tượng cảm ứng điện từ tạo ra). 2. Ví dụ minh hoạ Ví dụ 1: Thanh kim loại AB dài 20 cm kéo trượt đều trên hai thanh ray kim loại nằm ngang như hình vẽ. Các dây nối nhau bằng điện trở R 3 . Vận tốc của thanh AB  là 12 m/s. Hệ thống đặt trong từ trường đều có B 0,4 T, B vuông góc với mạch điện. a) Tìm suất điện động cảm ứng trong khung. A. 0,48 V.B. 0,96 V.C. 0,83 V.D. 0,69 V. b) Cường độ dòng điện cảm ứng và cho biết chiều? A. IC 0,32 A và chiều từ A đến B.B. vàIC 0,32 A chiều từ B đến A. C. IC 0,23 A và chiều từ A đến B.D. vàIC chiều 0, 2từ3 B Ađến A. Lời giải: a) Suất điện động cảm ứng trong thanh: 0 eC B.v.l sin 0,4.0,2.12.sin 90 0,96 V Đáp án B. e b) Dòng điện trong mạch: I C 0,32 A C R Áp dụng quy tắc bàn tay phải suy ra chiều của dòng điện cảm ứng đi qua thanh AB theo chiều từ A đến B. Đáp án A. Ví dụ 2: Cho hệ thống như hình vẽ, thanh MN có chiều dài 50 m chuyển động với tốc độ 10 m/s trong từ trường đều B 0,25 T . Tụ điện có điện dung C 10 F. Tính độ lớn điện tích của tụ điện và cho biết bản nào tích điện dương. A. q 12,5 C, bản M tích điện dương. B. q 12,5 C, bản N tích điện dương. C. q 1,25 C, bản M tích điện dương. D. q 1,25 C, bản N tích điện dương. Lời giải: + Khi thanh MN chuyển động thì thanh MN xem như nguồn điện có suất điện động có độ lớn là: e Bvl 1,25 V + Nguồn điện MN sẽ nạp điện cho tụ C nên điện tích của tụ C là: q C.e 12,5 C + Áp dụng quy tắc bàn tay phải suy ra N là cực âm M là cực dương của nguồn điện. Do đó bản M sẽ mang điện tích dương, bản N mang điện tích âm. Đáp án A. Ví dụ 3: Cho mạch điện như hình vẽ, nguồn có suất điện động E 1,5 V, điện trở trong  r 0,1 , thanh MN có chiều dài 1 m có điện trở R 2,9 . Từ trường B có Gíao viên: Ths. Lê Minh Đức 10 Phone+Zalo: 0946 513 000
11. CHUYÊN ĐỀ BÀI TẬP VẬT LÝ 11 CHUYÊN ĐỀ V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ phương thẳng đứng, hướng xuống và vuông góc với mặt khung như hình vẽ và B 0,1 T. Thanh MN dài có điện trở không đáng kể. a. Ampe kế chỉ bao nhiêu khi MN đứng yên? Tính độ lớn lực từ tác dụng lên thanh MN khi đó. A. I 0,5 A; F 0,025 N. B. I 0,5 A; F 0,05 N. C. D.I 0,25 A; F 0,025 N. I 0,25 A; F 0,05 N. b. Ampe kế chỉ bao nhiêu khi MN di chuyển về phía phải với vận tốc v 3 m / s sao cho hai đầu MN luôn tiếp xúc với hai thanh đỡ bằng kim loại? Tính độ lớn lực từ tác dụng lên thanh MN khi đó. A. I 0,1 A; F 0,01 N. B. I 0,5 A; F 0,05 N. C. D.I 0,6 A; F 0,06 N. I 0,4 A; F 0,04 N. c. Muốn Ampe kế chỉ số 0 phải để thanh MN di chuyển về phía nào với vận tốc là bao nhiêu? A. MN chuyển động sang trái, v 10 m / s. B. MN chuyển động sang phải, v 10 m / s. C. MN chuyển động sang trái, v 15 m / s. D. MN chuyển động sang phải, v 15 m / s. Lời giải: E a) Khi thanh MN đứng yên thì trong mạch không có dòng cảm ứng nên số chỉ ampe kế là: I 0,5 A R r + Độ lớn từ tác dụng lên thanh MN: F B.I.l 0,05 N Đáp án B. b) Khi thanh chuyển động về phía phải thì trong mạch có dòng cảm ứng có chiều từ M đến N và có độ lớn được xác định theo công thức: e Blv i C 0,1 A. C R r R r + Trong mạch có hai dòng điện là dòng do nguồn tạo ra và dòng do cảm ứng do hiện tượng cảm ứng điện từ tạo ra, hai dòng điện này cùng chiều nên số chỉ của ampe kế chính là tổng của hai dòng này, do đó: I A I iC 0,6 A + Lực từ tác dụng lên thanh MN khi này là: F B.I A.l 0,06 N. Đáp án C. c) Muốn ampe kế chỉ số 0 thì iC phải có độ lớn bằng I 0,5 A và dòng iC phải ngược chiều với dòng i, tức dòng iC có chiều từ N đến M vậy suy ra thanh MN phải chuyển động sang trái. Blv i R r Gọi v là vận tốc của thanh MN, ta có: i v C 15 m/s C R r Bl Đáp án D. Ví dụ 4: Hai thanh kim loại song song, thẳng đứng có điện trở không đáng kể, một đầu nối vào điện trở R 0,5 . Một đoạn dây dẫn AB, độ dài l 14 cm, khối lượng m 2 g, điện trở r 0,5  tì vào hai thanh kim loại tự do trượt không ma sát xuống dưới và luôn luôn vuông góc với hai thanh kim loại đó. Toàn bộ hệ thống đặt trong một từ trường đều có hướng vuông góc với mặt phẳng hai thanh kim loại có cảm ứng từ B 0,2 T. Lấy g 9,8 m / s2 . a) Xác định chiều dòng điện qua R. A. Chiều từ A đến B.B. Chiều từ B đến A. C. Chiều bất kì.D. Không đủ dữ liệu để xác định. b) Chứng minh rằng lúc đầu thanh AB chuyển động nhanh dần, sau một thời gian chuyển động trở thành chuyển động đều. Tính vận tốc chuyển động đều ấy và tính U AB . A. v 20 m/s; U 0,28 V. B. v 25 m/s; U 0,35 V. C. D.v 50 m/s; U 0,7 V. v 40 m/s; U 0,56 V.  c) Bây giờ đặt hai thanh kim loại nghiêng với mặt phẳng nằm ngang một góc 600. Độ lớn và chiều của B vẫn như cũ. Tính vận tốc v của chuyển động đều của thanh AB và UAB. A. v 20 m/s; U 0,28 V. B. v 40 m/s; U 0,56 V. C. D.v 25 m/s; U 0,35 V. v 28,87 m/s; U 0,35 V. Lời giải: a) Do thanh đi xuống nên từ thông qua mạch tăng. Áp dụng định luật Lenxơ, dòng điện cảm ứng sinh ra Bc ngược chiều B (Hình vẽ). Áp dụng qui tắc nắm bàn tay phải, I chạy qua R có chiều từ A B . Đáp án A. b) Ngày sau khi buông thì thanh AB chỉ chịu tác dụng của trọng lực P mg nên thanh chuyển động nhanh dần v tăng dần. Gíao viên: Ths. Lê Minh Đức 11 Phone+Zalo: 0946 513 000
12. CHUYÊN ĐỀ BÀI TẬP VẬT LÝ 11 CHUYÊN ĐỀ V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ - Đồng thời, do sau đó trong mạch xuất hiện dòng điện I nên thanh AB chịu thêm tác dụng của lực từ F BIl có hướng đi lên.  - Mặt khác, suất điện động xuất hiện trong AB là: e Blv nên t e Blv B2l 2v I F R r R r R r - Cho nên khi v tăng đều thì F tăng dần tồn tại thời điểm mà F P . Khi đó thanh chuyển động đều. B2l 2v R r mg 0,5 0,5 .2.10 3.9,8 - Khi thanh chuyển động đều thì: F mg mg v 25 m/s R r B2l 2 0,22.0,142 Blv 0,2.0,14.25 - Hiệu điện thế giữa hai đầu thanh khi đó là: U I.R .R .0,5 0,35 V AB R r 0,5 0,5 Đáp án B. c) Khi để nghiêng hai thanh kim loại ta có hình vẽ bên: - Hiện tượng xảy ra tương tự như trường hợp b) khi ta thay P bằng Psina, thay B bằng B1 với B1 Bsin a. Bsin 2 l 2v - Lập luận tương tự ta có: F mg sin mg sin . R r R r mg sin 0,5 0,5 .2.10 3.9,8.sin 600 v 2 2 28,87 m/s Bsin l 2 0,2.sin 600 .0,142 - Hiệu điện thế giữa hai đầu thanh khi đó là: Bsin .lv 0,2.sin 600.0,14.28,87 U I.R .R .0,5 0,35 V AB R r 0,5 0,5 Đáp án D. Xem thêm: Dạng 4. Tự cảm – Suất điện động tự cảm – Năng lượng từ trường Gíao viên: Ths. Lê Minh Đức 12 Phone+Zalo: 0946 513 000