Ôn tập Vật lý lớp 11: Cảm ứng điện từ

 CHƯƠNG V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ<br /> <br /> A. ÔN TẬP LÍ THUYẾT<br /> I. HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ<br /> <br /> 1. Từ thông<br /> Từ thông là đại lượng đặc trưng cho số đường sức từ xuyên qua bề mặt S của một khung dây có<br /> diện tích S và được xác định theo công thức:<br /> <br /> Φ= BScosα<br /> Trong đó: α =(B,n) ; α =(B,n) ; Φ là từ thông – đơn vị Wb (Vêbe).<br /> 2. Hiện tượng cảm ứng điện từ<br /> Hiện tượng khi từ thông Φ qua khung dây biến thiên sinh ra trong khung dây một dòng điện cảm<br /> ứng iC gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.<br /> * Lưu ý: Dòng điện cảm ứng chỉ tồn tại trong thời gian từ thông qua mạch biến thiên.<br /> 3. Định luật Lenz về chiều dòng điện cảm ứng<br /> "Dòng điện cảm ứng sinh ra trong mạch kín có chiều sao cho từ thông cảm ứng có tác dụng chống<br /> lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín"<br /> 4. Suất điện động cảm ứng<br /> Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín khi xảy ra<br /> hiện tượng cảm ứng điện từ.<br /> 5. Định luật Faraday về suất điện động cảm ứng<br /> "Độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ<br /> thông qua mạch kín đó"<br /> <br /> ΔΦ<br /> Δt<br /> (Dấu (-) thể hiện về mặt toán học của định luật Lenxơ: theo định luật Lenxơ, công của lực từ tác<br /> dụng lên dòng điện cảm ứng bao giờ cũng là công cản; do đó để dịch chuyển một mạch điện trong từ<br /> trường ta phải tốn một công bằng về chỉ số nhưng trái dấu với công cản đó).<br /> ec = -N<br /> <br /> Để tiện tính toán ta chỉ quan tâm đến độ lớn của suất điện động cảm ứng: ec = N<br /> 6. Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường<br /> Xét ví dụ về một mạch có dạng về hình chữ nhật ABCD có một<br /> <br /> A<br /> cạnh lưu động CD chuyển động đều với vận tốc v như hình vẽ bên.<br /> Qui tắc xác định chiều suất điện động cảm ứng trong mạch có<br /> đoạn dây dẫn chuyển động: "Đặt bàn tay phải hứng các đường sức<br /> từ, ngón cái choãi ra 900 hướng theo chiều chuyển động của đoạn<br /> dây, khi đó đoạn dây đóng vai trò như một nguồn điện, chiều từ cổ<br /> tay đến ngón tay giữa chỉ chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn B<br /> điện (hay chính là chiều của dòng điện cảm ứng)".<br /> Biểu thức: e = Bv sinα<br /> <br /> ΔΦ<br /> Δt<br /> D<br /> <br /> C<br /> <br /> Trong đó: α =(B,v) ;  là chiều dài của đoạn dây dẫn (m) ; v là vận tốc của đoạn dây (m/s2).<br /> Vậy: bản chất của hiện tượng cảm ứng điện từ là quá trình chuyển hóa cơ năng thành điện năng.<br /> * Lưu ý: Các bước xác định dòng điện cảm ứng trong mạch kín<br /> - Cách 1: chống lại sự biến thiên từ thông qua mạch<br /> + Bước 1: Xác định từ trường bên ngoài theo quy tắc "Vào Nam ra Bắc"<br /> + Bước 2: Xác định từ trường do mạch kín sinh ra theo quy tắc "Gần ngược, xa cùng"<br /> + Bước 3: Xác định dòng điện cảm ứng sinh ra trong khung dây theo qui tắc nắm tay phải.<br /> - Cách 2: chống lại sự chuyển động tương đối giữa nam châm và mạch<br /> Dựa vào tương tác hút – đẩy giống như nam châm để xác định mặt Nam và mặt Bắc của mạch<br /> kín rồi xác định dòng điện cảm ứng trong mạch theo quy tắc “Nam cùng Bắc ngược”.<br /> <br /> - Trang 1/25 -<br /> <br />  CHƯƠNG V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ<br /> II. HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM<br /> <br /> 1. Hiện tượng tự cảm<br /> a) Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch kín có dòng điện mà sự<br /> biến thiên từ thông qua mạch được gây ra bởi sự biến thiên của chính cường độ dòng điện trong mạch<br /> đó.<br /> b) Một số ví dụ về hiện tượng tự cảm<br /> - Ví dụ 1: Khi đóng khóa K, đèn 1 sáng lên ngay còn đèn 2 sáng lên từ từ.<br /> Giải thích: Khi đóng khóa K, dòng điện qua ống dây và đèn 2 tăng lên đột ngột,<br /> khi đó trong ống dây xuất hiện suất điện động tự cảm có tác dụng cản trở sự tăng<br /> của dòng điện qua L. Do đó dòng điện qua L và đèn 2 tăng lên từ từ.<br /> - Ví dụ 2: Khi đột ngột ngắt khóa K, ta thấy đèn sáng bừng lên trước khi tắt.<br /> Giải thích: Khi ngắt K, dòng điện iL giảm đột ngột xuống 0. Trong ống dây xuất<br /> hiện dòng điện cảm ứng cùng chiều với iL ban đầu, dòng điện này chạy qua đèn và<br /> vì K ngắt đột ngột nên cường độ dòng cảm ứng khá lớn, làm cho đén sáng bừng lên<br /> trước khi tắt.<br /> 2. Từ thông riêng qua một mạch kín<br /> Từ thông riêng của một mạch kín tỉ lệ với dòng điện chạy trong mạch:<br /> L.i<br /> Trong đó:<br /> - Hệ số tự cảm L đặc trưng cho khả năng cảm ứng điện từ của ống dây với sự biến thiên từ<br /> thông do chính sự thay đổi dòng điện qua mạch.<br /> -<br /> <br /> Biểu thức: L = μ.4π.10-7<br /> <br /> N2<br /> S ; μ là độ từ thẩm của lõi sắt từ. Đơn vị của L là: H (Henry).<br /> l<br /> <br /> 3. Suất điện động tự cảm<br /> Suất điện động tự cảm xuất hiện trong hiện tượng tự cảm và có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên<br /> của dòng điện trong mạch.<br /> etc = -L<br /> <br /> ΔI<br /> ΔI<br /> hay etc = L<br /> Δt<br /> Δt<br /> <br /> 4. Năng lượng từ trường sinh ra bên trong ống dây:<br /> 1<br /> - Năng lượng từ trường: W = LI2<br /> 2<br /> - Mật độ năng lượng từ trường: ω =<br /> <br /> W<br /> V<br /> <br /> B2<br /> μ.8π.10-7<br /> <br /> B. BÀI TẬP<br /> <br /> D NG 1: HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ<br /> Bài 1. Một vòng dây dẫn phẳng có diện tích giới hạn là S = 5cm2 đặt trong từ trường đều có cảm<br /> <br /> ứng từ B = 0,1T. Mặt phẳng vòng dây làm với véc tơ B một góc  = 30o. Tính từ thông qua diện tích<br /> S.<br /> Bài 2. Vòng dây dẫn tròn bán kính r =10cm, điện trở R = 0,2  đặt nghiêng góc 300 so với<br /> <br /> B , B= 0,02T như hình. Xác định suất điện động cảm ứng, độ lớn và chiều dòng điện<br /> cảm ứng trong vòng dây nếu trong thời gian 0,01s từ trường :<br /> a. Giảm đều từ B xuống 0<br /> b. Tăng đều từ 0 lên B.<br /> <br /> Bài 3. Cuộn dây có 1000 vòng, diện tích mỗi vòng là 20cm2 có trục song song với B của từ trường<br /> đều. Tính độ biến thiên B của cảm ứng từ trong thời gian t =10-2s khi có suất điện động cảm ứng<br /> EC = 10V trong cuộn dây.<br /> ĐS: 0,05T<br /> 8<br /> Bài 4. Vòng dây đồng (   1,75.10 m ) đường kính d = 20cm, tiết diện sợi dây là S0 = 5 mm2 đặt<br /> <br /> B<br /> vuông góc với B của từ trường đều. Tính độ biến thiên<br /> của cảm ứng từ khi dòng điện cảm ứng<br /> t<br /> trong vòng dây là 2A.<br /> ĐS: 0,14T/s<br /> Bài 5. Một ống dây gồm 80 vòng. Từ thông qua tiết diện ngang của ống biến đổi đều từ 3.10 –3 (wb)<br /> đến 1,5.10–3 (wb) trong thời gian 5.10–3 (s). Tìm suất điện động cảm ứng trong ống dây.<br /> - Trang 2/25 -<br /> <br />  CHƯƠNG V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ<br /> <br /> Bài 6. Một khung dây phẳng có điện trở R = 0,001 , có diện tích S = 1 cm2 đặt trong một từ trường<br /> đều có đường sức vuông góc với mặt phẳng khung. Xác định nhiệt lượng toả ra trong khung sau thời<br /> gian 10 giây. Biết rằng tốc độ biến thiên của cảm ứng từ là 0,01 T/s.<br /> Bài 7. Một vòng dây dẫn có diện tích S = 100cm2 nối vào một tụ điện C= 0,2nF, được đặt trong từ<br /> <br /> trường đều, B vuông góc mặt phẳng vòng dây, có độ lớn tăng đều với tốc độ 5.10 -2 T/s. Tính điện tích<br /> của tụ điện.<br /> ĐS: 0,1.10-6C.<br /> E1<br /> Bài 8. Một dây dẫn chiều dài   2m , điện trở R = 4  được uốn thành một hình<br /> vuông. Các nguồn E1 = 10V, E2 =8V, r1 =r2 = 0, được mắc vào các cạnh hình vuông.<br /> <br /> Mạch được đặt trong từ trường đều B như hình, B tăng theo qui luật B = kt,<br /> E2<br /> k=1,6T/s. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch.<br /> B<br /> ĐS: 0,5A<br /> <br /> <br /> <br /> D NG 2: ĐO N D Y D N CHUY N Đ NG T ONG TỪ T Ư NG<br /> Bài 9. Một dây dẫn điện dài 50cm chuyển động thẳng góc với đường cảm ứng của 1 từ trường đều có<br /> B = 4.102T với vận tốc 120m/phút. Tìm suất điện động cảm ứng trong dây.<br /> <br /> Bài 10. Đoạn dây dẫn dài l = 1m chuyển động với vận tốc v = 0,5m/s theo phương hợp với B một<br /> góc 300, B = 0,2T. Tính suất điện động xuất hiện trong dây dẫn<br /> Bài 11. Thanh MN khối lượng m = 2g trượt đều không ma sát với tốc độ v = 5m/s<br /> trên hai thanh thẳng đứng cách nhau l = 50cm được đặt trong từ trường đều nằm<br /> ngang như hình vẽ B = 0,2T. Bỏ qua điện trở tiếp xúc. Cho g = 10m/s2<br /> a. Tính suất điện động cảm ứng trong thanh MN<br /> b. Xác định lực từ và dòng điện trong thanh MN<br /> c. Tính R<br /> Bài 12. Cho mạch điện như hình vẽ. Nguồn có E = 1,5V ; r = 0,2. Thanh MN<br /> dài  = 1m và có điện trở R= 2,8 được đặt trong từ trường đều có B = 0,1T. Bỏ<br /> qua điện trở của Ampe kế.<br /> a. Xác định số chỉ của (A) khi<br /> . MN đứng yên<br /> . MN chuyển động về bên phải với vận tốc v = 5m/s<br /> b. Muốn số chỉ ampe kế là 0 thì phải di chuyển MN về phía nào với vận tốc bằng bao nhêu?<br /> <br /> Bài 13. Cho mạch điện như hình vẽ, nguồn E = 1,5V, r = 0,1Ω, MN = l = 1m, RMN = 2,9Ω, B vuông<br /> góc với khung dây, hướng từ trên xuống, B = 0,1T. Điện trở ampe kế<br /> N<br /> và hai thanh ray không đáng kể. Thanh MN có thể trượt không ma<br /> sát trên hai đường ray.<br /> E, r a) Tìm số chỉ của ampe kế và lực điện từ đặt lên MN khi MN được<br /> +<br /> giữ đứng yên. ĐS: 0,5A; 0,05N<br /> b) Tìm số chỉ của ampe kế và lực điên từ đặt vào MN kh MN<br /> A<br /> M<br /> chuyển động đều sang phải với vận tốc v = 3m/s. ĐS: 0,6A; 0,06N<br /> c) Muốn ampe kế chỉ 0 thì MN phải chuyển động theo hướng nào<br /> với vận tốc bằng bao nhiêu ?<br /> ĐS: sang trái, v = 15m/s<br /> Bài 14. Cho hệ thống như hình vẽ, thanh AB = 20 cm, khối lượng<br /> m=10 g, B vuông góc với khung dây dẫn, độ lớn là 0,1 T, nguồn có suất<br /> điện động 1,2 V và điện trở trong 0,5  . Do lực điện từ và lực ma sát, AB<br /> B<br /> trượt đều với vận tốc 10 m/s. Bỏ qua điện trở các ray và các nơi tiếp xúc.<br /> a) Tính độ lớn và chiều của dòng điện trong mạch, hệ số ma sát giữa<br /> E r<br /> AB và ray.<br /> b) Muốn dòng điện trong thanh AB chạy từ B đến A, cường độ 1,8 A<br /> A<br /> phải kéo Ab trượt theo chiều nào và vận tốc bằng bao nhiêu ?<br /> ĐS: a) 2 A; 0,4 b) sang phải, 15 m/s, 4.10-3N<br /> <br /> - Trang 3/25 -<br /> <br />  CHƯƠNG V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ<br /> <br /> D NG 3: HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM<br /> Bài 15. Trong một ống dây điện có L = 0,6(H), dòng điện giảm đều từ I1=0,2A đến I2 = 0 trong<br /> khoảng thời gian 12(s). Tính suất điện động tự cảm trong mạch.<br /> Bài 16. Tính độ tự cảm của ống dây, biết sau khoảng thời gian t = 0,01 s dòng điện trong mạch tăng<br /> từ 1A đến 2,5A và suất điện động tự cảm là 30V<br /> Bài 17. Một ống dây có độ tự cảm L = 0,5 H, điện trở R = 4. Muốn tích luỹ một năng lượng từ<br /> trường 200 J trong ống dây thì phải cho dòng điện có cường độ bao nhiêu đi qua ống dây đó? Khi đó<br /> công suất nhiệt của ống dây là bao nhiêu?<br /> Bài 18. Cường độ dòng điện trong một ống dây giảm từ 12A xuống 8A thì năng lượng từ trường của<br /> ống dây giảm đi 2J. Tính năng lượng từ trường của ống dây trong hai trường hợp đó.<br /> Bài 19. Một ống dây dài có  =31,4cm , N = 1000 vòng , diện tích mỗi vòng S = 10cm2 , có dòng<br /> điện I = 2A đi qua.<br /> a. Tính từ thông qua mỗi vòng.<br /> ĐS: 8.10-6 Wb<br /> b. Tính suất điện động tự cảm trong ống dây khi ngắt dòng điện trong thời gian 0,1s. ĐS: 0,08V<br /> c. Tính độ tự cảm của cuộn dây.<br /> ĐS: 0,004H<br /> Bài 20. Ống dây hình trụ có lõi chân không , chiều dài 20cm, có 1000 vòng, diện tích mỗi vòng<br /> S=1000cm2.<br /> a. Tính độ tự cảm của ống dây.<br /> ĐS: 6,38.10-2H.<br /> b. Dòng điện qua ống dây tăng đều từ 0 đến 5A trong 0,1s ; tính suất điện động tự cảm xuất hiện<br /> trong ống dây.<br /> ĐS: 3,14V<br /> c. Khi dòng điện trong ống dây đạt giá trị 5A tính năng lượng từ tích lũy trong ống dây lúc này?<br /> ĐS: 0,785J<br /> Bài 21. Một cuộn dây có L= 3H được nối với một nguồn E=6V; r= 0. Hỏi sau bao lâu tính từ lúc nối<br /> vào nguồn điện, cường độ dòng điện tăng đến giá trị 5A? Giả sử cường độ dòng điện tăng đều theo<br /> thời gian. ĐS: 2,5s<br /> C. T ẮC NGHIỆM<br /> <br /> Chủ đề 1: Cảm ứng điện từ tổng quát<br /> Câu hỏi 1: Hình vẽ nào sau đây xác định đúng chiều dòng điện cảm ứng khi cho nam châm dịch chuyển lại<br /> gần hoặc ra xa vòng dây kín:<br /> <br /> Ic<br /> <br /> Ic<br /> A. S<br /> <br /> v<br /> <br /> N<br /> <br /> B. S<br /> <br /> v<br /> <br /> N<br /> <br /> C.<br /> <br /> v<br /> <br /> S<br /> <br /> v<br /> <br /> D.<br /> <br /> N<br /> <br /> S<br /> <br /> N<br /> <br /> Ic<br /> <br /> Icư= 0<br /> Câu hỏi 2: Hình vẽ nào sau đây xác định đúng chiều dòng điện cảm ứng khi cho vòng dây dịch chuyển lại<br /> gần hoặc ra xa nam châm:<br /> <br /> v<br /> A. S<br /> <br /> v<br /> Ic<br /> B. S<br /> <br /> N<br /> <br /> C. S<br /> <br /> N<br /> <br /> v<br /> <br /> v<br /> <br /> Ic<br /> <br /> D. S<br /> <br /> N<br /> <br /> N<br /> <br /> Ic<br /> <br /> Icư= 0<br /> Câu hỏi 3: Hình vẽ nào sau đây xác định đúng chiều dòng điện cảm ứng khi cho nam châm dịch chuyển lại<br /> gần hoặc ra xa vòng dây kín:<br /> <br /> Ic<br /> <br /> Ic<br /> A.<br /> <br /> v<br /> <br /> N<br /> <br /> S<br /> <br /> B.<br /> <br /> v<br /> <br /> N<br /> <br /> S<br /> <br /> C. N<br /> <br /> S<br /> <br /> v<br /> <br /> D. N<br /> Ic<br /> <br /> S<br /> <br /> v<br /> Icư= 0<br /> <br /> Câu hỏi 4: Hình vẽ nào sau đây xác định đúng chiều dòng điện cảm ứng khi cho vòng dây dịch chuyển lại<br /> gần hoặc ra xa nam châm:<br /> <br /> - Trang 4/25 -<br /> <br />  CHƯƠNG V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ<br /> <br /> v<br /> Ic<br /> A. N<br /> <br /> B. N<br /> <br /> S<br /> <br /> C. N<br /> <br /> S<br /> <br /> v<br /> <br /> v<br /> <br /> v<br /> <br /> Ic<br /> <br /> D. N<br /> <br /> S<br /> <br /> S<br /> <br /> Ic<br /> <br /> Icư= 0<br /> Câu hỏi 5: Hình vẽ nào sau đây xác định đúng chiều dòng điện cảm ứng khi cho nam châm rơi thẳng đứng<br /> xuống tâm vòng dây đặt trên bàn:<br /> N<br /> <br /> N<br /> <br /> S<br /> <br /> S<br /> <br /> S<br /> <br /> S<br /> <br /> N<br /> <br /> N<br /> <br /> v<br /> <br /> B.<br /> <br /> v<br /> <br /> A.<br /> <br /> v<br /> <br /> C.<br /> <br /> Icư = 0<br /> <br /> Ic<br /> <br /> Ic<br /> <br /> Ic<br /> <br /> v<br /> <br /> D.<br /> <br /> Câu hỏi 6: Hình vẽ nào sau đây xác định đúng chiều dòng điện cảm ứng ngay khi nam châm đang đặt<br /> thẳng đứng tại tâm vòng dây ở trên bàn thì bị đổ:<br /> N<br /> <br /> v<br /> <br /> v<br /> <br /> S<br /> <br /> A.<br /> <br /> B.<br /> <br /> N<br /> <br /> S<br /> N<br /> <br /> v<br /> C.<br /> <br /> S<br /> <br /> Icư = 0<br /> <br /> Ic<br /> <br /> Ic<br /> <br /> Ic<br /> <br /> S<br /> N<br /> <br /> v<br /> D.<br /> <br /> Câu hỏi 7: Hình vẽ nào sau đây xác định đúng chiều dòng điện cảm ứng khi cho cả nam châm và vòng dây<br /> dịch chuyển, với v1 = v2:<br /> <br /> Ic<br /> <br /> Ic<br /> A. S<br /> <br /> N<br /> <br /> v1<br /> <br /> v1<br /> <br /> B. S<br /> <br /> v1<br /> <br /> C.<br /> <br /> N<br /> <br /> v2<br /> <br /> v2<br /> <br /> v2<br /> <br /> v2<br /> <br /> S<br /> <br /> D.<br /> <br /> N<br /> <br /> v1<br /> <br /> S<br /> <br /> N<br /> <br /> Ic<br /> <br /> Icư= 0<br /> Câu hỏi 8: Hình vẽ nào sau đây xác định đúng chiều dòng điện cảm ứng khi cho cả nam châm và vòng dây<br /> dịch chuyển, với v1 > v2:<br /> <br /> Ic<br /> <br /> Ic<br /> A. S<br /> <br /> N<br /> <br /> v1<br /> <br /> v1<br /> <br /> B. S<br /> <br /> v1<br /> <br /> C.<br /> <br /> N<br /> <br /> v2<br /> <br /> v2<br /> <br /> v2<br /> <br /> v2<br /> <br /> S<br /> <br /> D.<br /> <br /> N<br /> <br /> v1<br /> <br /> S<br /> <br /> N<br /> <br /> Ic<br /> <br /> Icư= 0<br /> <br /> Câu hỏi 9: Hình vẽ nào sau đây xác định đúng chiều dòng điện cảm ứng khi cho cả nam châm và vòng dây<br /> dịch chuyển, với v1 < v2:<br /> <br /> Ic<br /> <br /> Ic<br /> A.<br /> <br /> S<br /> <br /> v1<br /> <br /> N<br /> <br /> v1<br /> <br /> B. S<br /> <br /> v1<br /> <br /> C.<br /> <br /> N<br /> <br /> v2<br /> <br /> v2<br /> <br /> v2<br /> <br /> v2<br /> <br /> S<br /> <br /> D.<br /> <br /> N<br /> <br /> v1<br /> <br /> S<br /> <br /> N<br /> <br /> Ic<br /> <br /> Icư= 0<br /> Câu hỏi 10: Hình vẽ nào sau đây xác định đúng chiều dòng điện cảm ứng khi cho cả nam châm và vòng<br /> dây dịch chuyển:<br /> v2 > v1<br /> v2 < v1<br /> v >v<br /> <br /> v2 = v1<br /> <br /> 2<br /> <br /> Ic<br /> <br /> Icư = 0<br /> v1<br /> <br /> A.<br /> <br /> N<br /> <br /> S<br /> <br /> 1<br /> <br /> B.<br /> <br /> v1<br /> <br /> N<br /> <br /> S<br /> <br /> C. N<br /> <br /> v1<br /> <br /> v1<br /> <br /> D. N<br /> <br /> S<br /> <br /> Ic<br /> <br /> S<br /> <br /> Icư<br /> - Trang 5/25 -<br /> <br />