Trang Chủ

» Tài Liệu Phổ Thông

» Bài tập SGK

Giải bài tập 1,2,3,4,5,6 trang 152 SGK Vật lý 11

Chia sẻ: Guigio | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

160
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mời các em cùng tham khảo tài liệu hướng dẫn giải bài tập do TaiLieu.VN sưu tầm và tổng hợp. Tài liệu nhằm hệ thống lại kiến thức về suất điện động cảm ứng. Đồng thời giúp các em nắm được giải các bài tập trang 152 SGK Vật lý 11 một cách nhanh chóng và hiệu quả.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giải bài tập 1,2,3,4,5,6 trang 152 SGK Vật lý 11

A. Tóm tắt lý thuyết Suất điện động cảm ứng SGK Vật lý 11

I . Suất điện động cảm ứng trong mạch kín

1.Định nghĩa

Sự xuất hiện dòng cảm ứng ứng trong một mạch kín (C) chứng tỏ tồn tài một nguồn điện trong mạch đó. Suất điện động của nguồn này được gọi là suất điện động cảm ứng. vậy có thể định nghĩa:

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

2. Định luât Fa – ra – đây

Giả sử mạch kín C đặt trong một từ trường, từ thong qua mạch biến thiên một đại lượng ∆Φ trong một khoảng thời gian ∆t. Giả sử sự biến thiên từ thông này được thực hiện qua một dịch chuyển nào đó của mạch. Trong dịch chuyển này, lực tương tác tác dụng lên mạch C đã sinh ra một công ∆A. Người ta đã chứng minh được rằng ∆A = i∆Φ

Với I là cường độ dòng điện cảm ứng. Theo định luật len – xơ, lực từ tác dụng lên mạch C luôn cản trở chuyển động tạo ra biến thiên từ thông. Do đó ∆A là một công cản.Vậy, để thực hiện sự dịch chuyển của C (nhằm tạo ra sự biến thiên của Φ) phải có ngoại lực tác dụng lên C và trong chuyển dời nói trên, ngoại lực này sinh công thắng công cản của lực từ.

∆A’ = -∆A = -i∆Φ (24.1)

Công ∆A’ có độ lớn bằng tổng phần năng lượng do bên ngoài cung cấp cho mạch C và được chuyển hóa thành điện năng của suất điện động cảm ứng e_c ((tương tự như điện năng do một nguồn điện sản ra) trong khoảng thời gian ∆t.

Theo công thức (7.3) ta có:

∆A’ = e_ci∆t (24.2)

So sánh hai công thức của ∆A’ ta suy ra công thức của suất điện động cảm ứng:

|e_c| = $|\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}|$ (24.3)

Nếu chỉ xét độ lớn của e_c (không kể dấu) thì :

Thương số $|\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}|$ biểu thị độ biến thiên từ thông qua mạch C trong một đơn vị thời gian, thương số này được gọi là tốc độ biến thiên từ thông qua mạch. Vậy công thức (24.4) được phát biểu như sau :

Độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thông qua mạch kín đó.

Phát biểu này được gọi là định luật cơ bản của hiện tượng cảm ứng điện từ - định luật Fa –ra đây.

II. Suất điện động cảm ứng và định luật Len – xơ

Sự xuất hiện dấu (-)trong công thức (24.3) là để phù hợp với định luật Len – xơ

Trước hết mạch kín C phải được định hướng. Dựa vào chiều đã chọn trên C , ta chọn chiều pháp tuyến dương để tính từ thông Φ qua mạch kín C (Φ là một đại lượng đại số).

Nếu Φ tăng thì e_c < 0: chiều của suất điện động cảm ứng (chiều của dòng điện cảm ứng) ngược với chiều của mạch

Nếu Φ giảm thì e_c > 0: chiều của suất điện động cảm ứng (chiều của dòng điện cảm ứng) là chiều của mạch

III.Chuyển hóa năng lượng trong hiện tượng cảm ứng điện tù

Trong hiện tượng cảm ứng điện từ trên đây, để tạo ra sự biến thiên từ thông qua mạch C, phải có ngoại lực tác dụng vào C và ngoại lực này sinh ra một công cơ học. Công cơ học này làm xuất hiện suất điện động cảm ứng trong mạch, nghĩa là đã tạo ra điện năng. Vậy bản chất của hiện tượng cảm ứng điện từ đã nêu trên là quá trình chuyển hóa cơ năng thành điện năng.

Fa- ra – đây là người đầu tiên khám phá ra hiện tượng cảm ứng điện từ và định luật cơ bản về hiện tượng này. Đóng góp của Fa- ra – đây đã mở ra một triển vọng to lớn trong thế kỉ XIX về một phượng thức sản xuất điện năng mới, làm cơ sở cho công cuộc điện khí hóa.

B. Ví dụ minh họa Suất điện động cảm ứng SGK Vật lý 11

Ví dụ:

Một khung dây dẫn phẳng có diện tích S = 50 cm², có N = 100 vòng dây, quay đều với tốc độ 50 vòng/giây quanh một trục vuông góc với các đường sức của một từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,1 T. Chọn gốc thời gian t = 0 là lúc vectơ pháp tuyến $vec{n}$ của diện tích S của khung dây cùng chiều với vectơ cảm ứng từ $overrightarrow{B}$ và chiều dương là chiều quay của khung dây.

a) Viết biểu thức xác định từ thông Φ qua khung dây.

b) Viết biểu thức xác định suất điện động e xuất hiện trong khung dây.

c) Vẽ đồ thị biểu diễn sự biến đổi của e theo thời gian.

Hướng dẫn:

a) Khung dây dẫn quay đều với tốc độ góc : ω = 50.2π = 100π rad/s

Tại thời điểm ban đầu t = 0, vectơ pháp tuyến $vec{n}$ của diện tích S của khung dây có chiều trùng với chiều của vectơ cảm ứng từ $overrightarrow{B}$ của từ trường. Đến thời điểm t, pháp tuyến $vec{n}$ của khung dây đã quay được một góc bằng ωt . Lúc này từ thông qua khung dây là :

$Phi =NBS$ cos(ωt )

Như vậy, từ thông qua khung dây biến thiên điều hoà theo thời gian với tần số góc ω và với giá trị cực đại (biên độ) là Ф0 = NBS.

Thay N = 100, B = 0,1 T, S = 50 cm² = 50. 10^-4 m² và ω = 100π rad/s ta được biểu thức của từ thông qua khung dây là : $Phi =0,05cos (100pi t)$ (Wb)

b) Từ thông qua khung dây biến thiên điều hoà theo thời gian, theo định luật cảm ứng điện từ của Faraday thì trong khung dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng.

Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây được xác định theo định luật Lentz :

$e=-frac{dPhi }{dt}=-Phi '_{t}=omega NBSsin(omega t)=omega NBScos(omega t-frac{pi }{2})$

Như vậy, suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây biến đổi điều hoà theo thời gian với tần số góc ω và với giá trị cực đại (biên độ) là E0 = ωNBS.

Thay N = 100, B = 0,1 T, S = 50 cm² = 50. 10^-4 m² và ω = 100π rad/s ta được biểu thức xác định suất điện động xuất hiện trong khung dây là :

$e=5pi cos(100pi t-frac{pi }{2})$ (V)hay $eapprox 15,7cos(314t-frac{pi }{2})$ (V)

c) Suất điện động xuất hiện trong khung dây biến đổi điều hoà theo thời gian với chu khì T và tần số f lần lượt là :

$T=frac{2pi }{omega }=frac{2pi }{100pi }=0,02s;f=frac{1}{T}=frac{1}{0,02}=50Hz$

Đồ thị biểu diễn sự biến đổi của suất điện động e theo thời gian t là đường hình sin có chu kì tuần hoàn T = 0,02 s.Bảng giá trị của suất điện động e tại một số thời điểm đặc biệt như : 0 s, $frac{T}{4}=0,005s;frac{T}{2}=0,01s,frac{3T}{4}=0,015s,T=0,02s,frac{5T}{4}=0,025s$ và $frac{3T}{2}=0,03s$ :