Bài 38: Hiện tượng cảm ứng điện từ. Suất điện động cảm ứng - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao
Bài 38: Hiện tượng cảm ứng điện từ. Suất điện động cảm ứng
Câu c1 (trang 184 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Khi đóng hay mở ngắt điện trong thí nghiệm ở hình 38.2 thì kim điện kế có lệch khỏi vạch 0 không? Giải thích.
Hướng dẫn giải:
Khi đóng (hay mở) ngắt điện trong thí nghiệm ở hình 38.2 thì trong mạch có dòng điện tăng dần (hay giảm dần) ⇒ có sự biến đổi của từ thông qua mạch kín ⇒ xuất hiện suất điện động cảm ứng ⇒ sinh ra dòng điện cảm ứng ⇒ kim loại điện kế lệch khỏi vạch 0.
Câu c2 (trang 185 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Từ thông qua diện tích S tăng lên hai lần thì số đường sức từ qua diện tích đó thay đổi thế nào?
Hướng dẫn giải:Từ thông Φ qua diện tích S được định nghĩa bằng công thức: Φ = B. S. cosα
Do đó khi từ thông qua diện tích S tăng lên 2 lần thì số đường sức từ qua diện tích S cũng tăng lên 2 lần.
Câu c3 (trang 187 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Ở thí nghiệm hình 38.5a, nếu giữ thanh nam châm đứng yên và cho ống dây lại gần thanh nam châm thì chiếu dòng điện cảm ứng trong ống dây có thay đổi không? Giải thích?
Hướng dẫn giải:
Giữ thanh nam châm đứng yên và cho ống dây lại gần thanh nam châm hay giữ khung dây đứng yên đưa thanh nam châm lại gần khung dây thì từ thông gửi qua khung dây cũng đều tăng ⇒ chiều dòng điện cảm ứng trong ống dây ở cả hai trường hợp đều như nhau, tức là không thay đổi.
Câu c4 (trang 187 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Vẫn ở thí nghiệm hình 38.5a, nhưng bây giờ quay quanh nam châm để cho cực Nam của nam châm ở bên phải. Đưa nam châm lại gần ống dây thì chiều dòng điện cảm ứng trong ống dây có thay đổi không? Giải thích.
Hướng dẫn giải:
Vẫn ở thí nghiệm hình 38.5a, nhưng bây giờ quay thanh nam châm để cho cực Nam của nam châm ở bên phải ⇒ vecto cảm ứng từ
Câu 1 (trang 187 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy phát biểu định nghĩa từ thông và nêu ý nghĩa của khái niệm từ thông.
Hướng dẫn giải:* Định nghĩa: từ thông Φ qua diện tích S giới hạn bởi đường cong kín (C) trong từ trường đều cảm ứng từ
Φ = B. S. cosα
α = góc hợp bởi
Đơn vị của từ thông là vêbe (Wb)
* Ý nghĩa: số đường cảm ứng từ xuyên qua diện tích S càng nhiều thì từ thông Φ càng lớn
Câu 2 (trang 187 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Khung dây dẫn quay trong từ trường đều xung quanh trục OO’ đi qua tâm khung dây (hình 38.6). Hỏi có dòng điện cảm ứng từ trong khung dây không? Giải thích?
Hướng dẫn giải:
Khung dây dẫn quay trong từ trường đều xung quanh trục OO’ đi qua tâm khung dây (hình 38.6), từ thông gửi qua khung dây bị thay đổi => có dòng điện cảm ứng từ trong khung.
Câu 3 (trang 187 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy phát biểu định luật len – xơ?
Hướng dẫn giải:Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho nó có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó.
Câu 4 (trang 187 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Trong thí nghiệm ở hình 38.2 SGK, đầu bên trái ống dây là đầu Bắc, di chuyển con chạy về bên trái. Dùng định luật Len – xơ hãy chỉ ra chiều của dòng điện cảm ứng trong vòng dây
Hướng dẫn giải:
Từ hình 38.2 SGK, di chuyển con chạy về bên trái, điện trở của biến trở giảm ⇒ cường độ dòng điện trong mạch tăng ⇒ từ thông qua ống dây tăng lên.
⇒ dòng điện cảm ứng sẽ có chiều chống lại sự tăng của từ thông trong mạch nên từ trường cảm ứng sinh ra có chiều ngược với cảm ứng từ bên ngoài ⇒ dòng điện cảm ứng ngược chiều với dòng điện ban đầu.
Câu 5 (trang 187 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Giả sử cho thanh nam châm và ống dây trong thí nghiệm ở hình 38.5 cùng chuyển động sang bên trái với vận tốc như nhau thì kim của điện kế có bị lệch khỏi vạch 0 không? Giải thích?
Hướng dẫn giải:
Thanh nam châm và ống dây cùng chuyển động sang bên trái với vận tốc như nhau thì vị trí tương đối giữa thanh nam châm và ống dây không đổi ⇒ từ thông gửi qua ống dây không thay đổi ⇒ không có dòng điện cảm ứng ⇒ kim của điện kế không bị lệch khỏi vạch 0.
Câu 6 (trang 187 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy viết công thức xác định suất điện động cảm ứng trong một mạch điện kín.
Hướng dẫn giải: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:
Bài 1 (trang 188 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Chọn câu đúng
Trong khung dây dẫn ABCD được đặt trong từ trường đều như hình 38.7. Coi rằng bên ngoài vùng MNPQ không có từ trường. Khung chuyển động dọc theo hai đường song song x’x, y’y.
Trong khung sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng khi:
A. Khung đang chuyển động ở ngoài vùng MNPQ.
B. Khung đang chuyển động trong vùng MNPQ.
C. Khung đang chuyển động ngoài vào trong vùng MNPQ.
D. Khung đang chuyển động đến gần vùng MNPQ.
Hướng dẫn giải:Trong khung sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng khi khung đang chuyển động từ ngoài vào trong vùng MNPQ. Do khi đó diện tích phần khung dây cắt đường sức từ sẽ thay đổi, dẫn đến từ thông qua khung dây thay đổi.
Đáp án: C
Bài 2 (trang 188 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Chọn phương án đúng
Từ thông Φ qua một khung dây biến đổi theo thời gian được cho trên hình 38.8. Suất điện động cảm ứng ec trong khung.
A. Trong khoảng thời gian 0 → 0,1s là eC1 = 3V
B. Trong khoảng thời gian 0,1 → 0,2s là eC2 = 6V
C. Trong khoảng thời gian 0,2 → 0,3s là eC3 = 9V
D. Trong khoảng thời gian 0 → 0,3s là eC4 = 4V
Hướng dẫn giải:A. Trong khoảng thời gian 0 → 0,1s là:
B. Trong khoảng thời gian 0,1 → 0,2s là:
C. Trong khoảng thời gian 0,2 → 0,3s là:
D. Trong khoảng thời gian 0 → 0,3s là:
eC4 = eC1 + eC2 + eC3 = 3 + 3 + 6 = 12V
Đáp án đúng là: A
Bài 3 (trang 188 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Chọn phương án đúng
Giả sử khung dây mà qua đó từ thông biến thiên như trên hình 38.8 có dạng hình chữ nhật MNPQ (hình 38.9).
Theo định luật Len – xơ thì dòng điện cảm ứng trong khung dây có chiều:
A. MNPQM
B. MQPNM
C. 0 → 0,2s: MNPQ; 0,2 → 0,3s: MQPNM
D. Chưa kết luận được vì chưa biết chiều của
Dòng điện cảm ứng trong khung dây có chiều chưa kết luận được vì chưa biết chiều của
Đáp án đúng là: D
Bài 4 (trang 188 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một khung dây dẫn hình chữ nhật kích thước 3cm x 4 cm đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 5.10-4 T. Vectơ cảm ứng từ hợp với mặt phẳng khung một góc 30o. Tính từ thông qua khung dây dẫn đó.
Hướng dẫn giải:Vecto cảm ứng từ hợp với mặt phẳng khung một góc 30o ⇒ pháp tuyến mặt phẳng khung dây hợp với vecto cảm ứng từ một góc: α = 90o - 30o = 60o
Từ thông qua khung dây dẫn đó là:
Φ = B. S. cosα = 5.10-4.0,03.0,04. cos60o = 3.10-7 Wb
Đáp số: Φ = 3.10-7 Wb
Bài 5 (trang 188 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một hình vuông cạnh 5 cm, đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 4.10-4 T. Từ thông qua hình vuông đó bằng 10-6 Wb. Tính góc hợp bởi vectơ cảm ứng từ và vectơ pháp tuyến với hình vuông đó.
Hướng dẫn giải:Góc hợp bởi vectơ cảm ứng từ và vectơ pháp tuyến của hình vuông là:
Φ = B. S. cosα ⇒ 10-4 = 4.10-4.5.5.10-4.cosα
⇒ cosα = 1 ⇒ α = 0o
Vậy góc hợp bởi vectơ cảm ứng từ và vectơ pháp tuyến với hình vuông là 0o.
Đáp án: α = 0o
Bài 6 (trang 188 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một khung dây phẳng, diện tích 20cm2, gồm 10 vòng được đặt trong từ trường đều. Vecto cảm ứng từ hợp thành với mặt phẳng khung dây một góc π /6 và có độ lớn bằng 2.10-4 T. Người ta làm cho từ trường giảm đều đến 0 trong khoảng thời gian 0,01s. Tính suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong thời gian từ trường biến đổi.
Hướng dẫn giải:Góc hợp bởi vectơ cảm ứng từ và vectơ pháp tuyến khung dây là:
α = π /2 - π /6 = π /3
Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong thời gian từ trường biến đổi là:
Đáp số: ℰ = 2.10-4 V
Bài 7 (trang 189 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Khung dây MNPQ cứng, phẳng, diện tích 25 cm2, gồm 10 vòng dây. Khung dây được đặt trong từ trường đều MNPQ nằm trong mặt phẳng hình vẽ. Vecto cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng hình vẽ và có chiều như hình 38.10a. Cảm ứng từ biến thiên theo thời gian như đường biểu diễn trên hình 38.10b.
a) Tính độ biến thiên của từ thông qua khung dây kể từ lúc t = 0 đến t = 0,4s.
b) Xác định suất điện động của cảm ứng trong khung.
c) Tìm chiều của dòng điện cảm ứng trong khung.
Hướng dẫn giải:a) Độ biến thiên của từ thông qua khung dây kể từ lúc t = 0 đến t = 0,4s.
Δ Φ = Δ B. S = (B2 - B1). S = (0 - 2,4.10-3). 25.10-4 = -6.10-6 Wb
b) Suất điện động cảm ứng trong khung
c) Ta có cảm ứng từ B qua khung giảm nên cảm ứng từ do dòng điện cảm ứng tạo ra cùng chiều với B (để chống lại việc B giảm), bằng quy tắc bàn tay phải dòng điện cảm ứng có chiều M → Q → P → N.
Bài tiếp: Bài 39: Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao