Bài 41: Hiện tượng tự cảm - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao

Bài 41: Hiện tượng tự cảm

Câu c1 (trang 197 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Sau khi đóng khóa K ít lâu, độ sáng hai bóng đèn Đ₁ và Đ₂ trên hình 41.1 có giống nhau không? Giải thích vì sao?

Hướng dẫn giải:

Sau khi đóng khóa K ít lâu, độ sáng hai bóng đèn Đ₁ và Đ₂ trên hình 41.1 giống nhau. Vì nguồn điện trong mạch là nguồn một chiều, cung cấp cho hai nhánh Đ₁, Đ₂ cường độ dòng điện không đổi. Nên từ thông tự cảm qua cuộn L không biến thiên ⇒ không sinh ra dòng điện cảm ứng.

Nếu hai bóng đèn này cùng loại thì dòng điện trên hai nhánh bằng nhau, nên độ sáng của hai đèn này giống nhau.

Câu c2 (trang 198 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy thành lập công thức L = 4π. 10^-7.n².V

Hướng dẫn giải:

Cảm ứng từ trong ống dây chiều dài ℓ, gồm N vòng dây được cho bởi công thức:

Trong đó:

Từ thông gửi qua ống dây:

Ở đây V = S. ℓ là thể tích của cuộn cảm.

Độ tự cảm của ống dây: L = Φ /I = 4π. 10^-7.n².V (đpcm)

Câu c3 (trang 198 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Có thể áp dụng công thức L = 4π. 10^-7.n².V cho ống dây ở hình 41.3a, hay ống dây ở hình 41.3b, hoặc cả hai ống dây được không?

Hướng dẫn giải:

+ Ở hình 41.3a bên trong ống dây không có lõi sắt thì hệ số tự cảm L (H) được tính bởi:

L = 4π. 10^-7.n².V

+ Ở hình 41.3b bên trong ống dây có lõi sắt với độ từ thẩm μ, thì hệ số tự cảm L (H) được tính bởi

L = μ. 4π. 10^-7.n².V

→ công thức L = 4π. 10^-7.n².V chỉ đúng cho ống dây ở hình 41.3a.

Câu 1 (trang 199 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy nêu một vài ví dụ về hiện tượng tự cảm.

Hướng dẫn giải:

Khi trong mạch điện có cường độ dòng điện biến thiên thì trong mạch sẽ có hiện tượng tự cảm:

• Trong mạch điện một chiều, hiện tượng tự cảm xảy ra khi đóng mạch hay mở mạch

• Trong mạch điện xoay chiều, luôn xảy ra hiện tượng tự cảm.

Câu 2 (trang 199 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy phát biểu định nghĩa hệ số tự cảm (độ tự cảm).

Hướng dẫn giải:

Giả sử có một mạch kín C, trong đó có dòng điện cường độ i. Dòng điện i gây ra một từ trường, từ trường này gây ra một từ thông Φ qua C được gọi là từ thông riêng của mạch. Rõ ràng, từ thông này tỉ lệ với cảm ứng từ do i gây ra, nghĩa là tỉ lệ với i. Ta có thể viết: Φ = Li

L là một hệ số, được gọi là hệ số tự cảm của mạch C, chỉ phụ thuộc vào cấu tạo và kích thước của mạch kín C gọi là độ tự cảm của C.

Trong công thức trên, i tính ra ampe (A), Φ tính ra vêbe (Wb), khi đó độ tự cảm L tính ra henry (H).

Câu 3 (trang 199 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy viết biểu thức xác định suất điện động tự cảm?

Hướng dẫn giải:

Biểu thức xác định suất điện động tự cảm:

Câu 4 (trang 199 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy viết biều thức tính hệ số tự cảm của ống dây dài.

Hướng dẫn giải:

Một ống dây điện chiều dài ℓ, tiết diện S, gồm N vòng dây có cường độ i chạy qua, độ tự cảm của ống dây

• Độ tự cảm của ống dây có lõi sắt

μ: độ từ thẩm, đặc trưng cho từ tính của lõi sắt.

Bài 1 (trang 199 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Sự biến đổi của dòng điện trong một mạch điện theo thời gian được cho trên hình 41.4. Gọi suất điện động tự cảm trong khoảng thời gian 0s đến 1s là e₁, từ 1s đến 3s là e₂.

Ta có:

A. e₁ = e₂

B. e₁ = 2e₂

C. e₁ = 3e₂

D. e₁ = 0,5e₂

Hướng dẫn giải:

Suất điện động tự cảm trong khoảng thời gian từ 0s đến 1s là:

Suất điện động tự cảm trong khoảng thời gian từ 1s đến 3s là:

→ e₁ = 2e₂

Đáp án đúng là: B

Bài 2 (trang 199 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Tính hệ số tự cảm của một ống dây dài 50 cm, diện tích tiết diện ngang của ống là 10 cm². Cho biết ống dây có 1000 vòng dây.

Hướng dẫn giải:

Hệ số tự cảm của một ống dây là:

Đáp số: L=25.10^-4 H

Bài 3 (trang 199sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một ống dây được quấn với mật độ 2000 vòng/m. Ống có thể tích 500 cm³. Ống dây được mắc vào một mạch điện. Sau khi đóng công tắc, dòng điện trong ống biến đổi theo thời gian như trên đồ thị hình 41.5. Lúc đóng công tắc ứng với thời điểm t = 0. Tính suất điện động tự cảm trong ống:

a) Từ sau khi đóng công tắc đến thời điểm t = 0,05s.

b) Từ thời điểm t = 0,05s về sau.

Hướng dẫn giải:

a) Hệ số tự cảm L:

L = 4π. 10^-7.n².V = 4π. 10^-7.2000².500.10^-6 = 2,513.10^-3 H

Trong thời gian từ 0 đến 0,05s, suất điện động tự cảm trong ống là:

b) Từ thời điểm 0,05s về sau ta thấy: Δ i = 0

→ suất điện động tự cảm trong ống là: e₂ = 0V

Bài trước: Bài 40: Dòng điện Fu-cô - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao Bài tiếp: Bài 42: Năng lượng từ trường - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao