Xem thêm các sách tham khảo liên quan:
Giải Sách Bài Tập Vật Lí 11 – Bài 23: Từ thông. Cảm ứng điện từ giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí:
A. Từ thông qua mặt S là đại lượng xác định theo công thức Φ= B.S.cosα, với α là góc tạo bởi cảm ứng từ B và pháp tuyến n dương của mặt S.
B. Từ thông là một đại lượng vô hướng, có thể dương, âm hoặc bằng không.
C. Từ thông qua mặt S chỉ phụ thuộc diện tích của mặt S, không phụ thuộc góc nghiêng của mặt đó so với hướng của các đường sức từ.
D. Từ thông qua mặt S được đo bằng đơn vị vêbe [Wb] : 1 Wb = 1 T.m2, và có giá trị lớn nhất khi mặt này vuông góc với các đường sức từ.
Lời giải:
Đáp án C
A. Là dòng điện xuất hiện trong một mạch kín khi từ thông qua mạch kín đó biến thiên.
B. Là dòng điện có chiều và cường độ không phụ thuộc chiều và tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch kín.
C. Là dòng điện chỉ tồn tại trong mạch kín trong thời gian từ thông qua mạch kín đó biến thiên.
D. Là dòng điện có chiều phụ thuộc chiều biến thiên từ thông qua mạch kín.
Lời giải:
Đáp án B
A. Là định luật cho phép xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong mạch kín.
B. Là định luật khẳng định dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín.
C. Là định luật khẳng định dòng điện cảm ứng xuất hiện khi từ thông qua mạch kín biến thiên do kết quả của một chuyển động nào đó thì từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại chuyển động này.
D. Là định luật cho phép xác định lượng nhiệt toả ra trong vật dẫn có dòng điện chạy qua.
Lời giải:
Đáp án D
A. Là dòng điện cảm ứng trong khối kim loại cố định trong từ trường đều.
B. Là dòng điện cảm ứng trong khối kim loại chuyển động trong từ trường hoặc được đặt trong từ trường biến thiên theo thời gian.
C. Là dòng điện cảm-ứng trong khối kim loại có tác dụng toả nhiệt theo hiệu ứng Jun – Len-xơ, được ứng dụng trong lò cảm ứng nung nóng kim loại.
D. Là dòng điện cảm ứng trong khối kim loại có tác dụng cản trở chuyển động của khối kim loại trong
Lời giải:
Đáp án A
A. 2,0.10-3 Wb B. 1,2.10-3 Wb
C. 12.10-5 Wb D. 2,0.10-5 Wb
Lời giải:
Đáp án B
A. Dây dẫn thẳng nằm vuông góc với mặt phẳng của khung dây.
B. Dây dẫn nằm trùng với một cạnh của khung dây.
C. Dây dẫn nằm trùng với một đường chéo của khung dây.
D. Dây dẫn nằm trùng với một đường trung trực chung của hai cạnh đối diện.
Lời giải:
Đáp án B
Bài 23.7 trang 60 Sách bài tập Vật Lí 11: Một khung dây dẫn hình chữ nhật không bị biến dạng được đặt trong một từ trường đều B− ở vị trí mặt phẳng khung dây song song với các đường sức từ. Sau đó, cho khung dây quay 90° đến vị trí vuông góc với các đường sức từ. Hãy xác định chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây dẫn
Lời giải:
Trong từ trường đều B− tại vị trí mặt khung dây dẫn song song với các đường sức từ thì từ thông qua khung dây dẫn bằng không. Cho khung dây dẫn quay góc α = 90° đến vị trí vuông góc với các đường sức từ, thì từ thông qua mặt khung dây tăng tới cực đại. Theo định luật Len-xơ, dòng điện cảm ứng ic xuất hiện trong khung dây dẫn khi đó phảicó chiều sao cho từ trường cảm ứng của dòng ic ngược hướng với từ trường B− để chống lại sự tăng từ thông qua khung dây dẫn [Hình 23.2G].
a] Quay góc 90° để cực Nam [S] của nó tới đối diện với vòng dây dẫn [C].
b] Quay góc 90° để cực Bắc [N] của nó tới đối diện với vòng dây dẫn [C].
c] Quay đều quanh trục O của nó.
Lời giải:
Khi quay thanh nam châm NS để một cực của nó tới đối diện với vòng dây dẫn [C], thì từ thông qua mặt vòng dây sẽ tăng dần. Khi đó, theo định luật Len-xơ, trong vòng dây dẫn [C] sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng ic có chiều sao cho từ trường cảm ứng của dòng ic có tác dụng chống lại chuyển động quay này của thanh nam châm NS để cản trở sự tăng từ thông qua mặt của vòng dây dẫn [C]. Từ đó ta suy ra :
a] Nếu cực Nam [S] của nam châm NS quay 90° tới đối diện với vòng dây dẫn [Hình 23.3Ga], thì dòng ic trong vòng dây dẫn [C] phải có chiều thuận chiều quay của kim đồng hồ để mặt vòng dây dẫn này trở thành mặt Nam, có tác dụng cản trở cực Nam [S] của nam châm NS tới đối diện với nó.
b] Nếu cực Bắc [N] của nam châm NS quay 90° tới đối diện với vòng dây dẫn [Hình 23.3Gb], thì dòng ic trong vòng dây dẫn [C] phải có chiều ngược chiều quay của kim đồng hồ để mặt vòng dây dẫn này trở thành mặt Bắc, có tác dụng cản trở cực Bắc [N] của nam châm NS tới đối diện với nó.
c] Nếu thanh nam châm NS quay đều quanh trục O của nó, thì từ thông qua mặt của vòng dây dẫn sẽ biến thiên [cả về chiều và độ lớn] tuần hoàn theo thời gian. Do đó, chiều và cường độ của dòng điện cảm ứng ic. trong vòng dây dẫn [C] cũng biến thiên tuần hoàn theo thời gian.
a] Dịch chuyển ra xa ống dây dẫn L.
b] Đứng yên và cho biến trở Rx tăng dần.
Lời giải:
a] Nếu ta chọn chiều dương trên vòng dây dẫn [C] thuận với chiều dòng điện I1 chạy trong ống dây hình trụ L, thì khi cho vòng dây [C] dịch chuyển ra xa ống dây L : từ thông qua vòng dây [C] sẽ giảm. Theo định luật Len-xơ, dòng điện cảm ứng ic xuất hiện trong vòng dây dẫn [C] phải có chiều sao cho từ trường cảm ứng của dòng ic có tác dụng chống lại sự giảm từ thông qua nó, tức là các đường sức từ của dòng ic phải cùng chiều với các đường sức từ của ống dây L. Như vậy, chiều dòng điện cảm ứng ic trong vòng dây dẫn [C] thuận theo chiều dương đã chọn.
b] Nếu cho biến trở Rx tăng dần thì điện trở toàn mạch [R + r] tăng và dòng điện mạch chính: I = E/[R+r] giảm. Do đó, hiệu điện thế U giữa hai đầu ống dây L [bằng hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện E] tăng, nên dòng điện I1 chạy qua ống dây L tăng và từ thông qua vòng dây dẫn [C] tăng theo. Theo định luật Len-xơ, dòng điện cảm ứng ic xuất hiện trong vòng dây dẫn [C] phải có chiều sao cho từ trường cảm ứng của dòng ic có tác dụng chống lại sự tăng từ thông qua nó, tức là các đường sức từ của dòng ic phải ngược chiều với các đường sức từ của ống dây L. Như vậy, chiều dòng điện cảm ứng ic trong vòng dây dẫn [C] ngược với chiều dương đã chọn.
a] Khoá K đang ngắt, sau đó đóng lại.
b] Khoá K đang đóng, sau đó dịch chuyển con chạy C về phía bên phải
Lời giải:
Trước tiên, ta nhận thấy từ trường B của dòng điện I chạy trong mạch điện có các đường sức từ xuyên vuông góc qua khung dây dẫn MNPQ từ phía trước ra phía sau [Hình 23.4G].
a] Khi khoá K đang ngắt, sau đó được đóng lại thì dòng điện I trong mạch điện tăng nhanh, do đó từ thông qua khung dây dẫn MNPQ tăng theo.Theo định luật Len-xơ, dòng điện cảm ứng ic xuất hiện trong khung dây dẫn MNPQ phải có chiều thuận với chiều MNPQ sao cho từ trường cảm ứng của nó ngược hướng với từ trường B , chống lại sự tăng từ thông qua khung dây MNPQ.
b] Khi khoá K đang đóng, sau đó dịch chuyển con chạy C về phía bên phải, thì điện trở mạch ngoài của nguồn điện Eđược tính bằng
trong đó Rx là điện trở của đoạn AC trên biến trở Ro. Ta nhận thấy, khi Rx tăng thì R giảm và dòng điện mạch chính I = E/[R+r] có cường độ tăng, do đó từ thông qua khung dây dẫn MNPQ tăng theo. Như vậy, dòng điện cảm ứng ic xuất hiện trong khung dây dẫn MNPQ phải có chiều thuận với chiều MNPQ sao cho từ trường cảm ứng của nó ngược hướng với từ trường B , chống lại sự tăng từ thông qua khung dây dẫn MNPQ.
Biểu thức từ thông
\[\Phi =N.B.Scos\alpha \]
Trong đó:
- Φ: từ thông [Wb đọc là vêbe]
- N: số vòng dây [trong trường hợp có nhiều vòng dây]
- S: tiết diện [m2]
- B: cảm ứng từ [T]
- α = \[[\vec{B},\vec{n}]\]
- Lưu ý: khi \[\vec{B}\] vuông góc với mặt S => α = 0o.
Hiện tượng cảm ứng điện từ: Khi từ thông qua mạch kín biến thiên → trong mạch xuất hiện dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng. Hiện tượng cảm ứng điện từ do nhà vật lí Michael Faraday [1791 – 1867] tìm ra.
Định luật Lenxơ: Dòng điện cảm ứng phải có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra có tác dụng chống lại sự biến thiên từ thông.
Định luật Farađây về suất điện động cảm ứng
\[E_{C}=-\dfrac{\Delta \Phi }{\Delta t}\] → độ lớn \[E_{C}=\left |\dfrac{\Delta \Phi }{\Delta t} \right |\]
Trong đó:
- $E_{c}$: suất điện động cảm ứng [V]
- ΔΦ: độ biến thiên từ thông [Wb]
- Δt: thời gian từ thông biến thiên qua mạch kín [s]
- ΔΦ/Δt: gọi là tốc độ biến thiên từ thông qua mạch kín [Wb/s]
Dấu “-” trong công thức, Faraday đưa vào để giải thích chiều của dòng điện cảm ứng, nó phù hợp với định luật Lenxơ
Bài tập 1. Một vòng dây phẳng giới hạn diện tích 5 cm2 đặt trong từ trường đều cảm ứng từ B = 0,1 T. Mặt phẳng vòng dây làm thành với \[\vec{B}\] một góc 30o. Tính từ thông qua diện tích trên.
α = \[[\vec{n},\vec{B}]\] = 60o
Φ = N.BS.cos α = 25.10-6 Wb.
Bài tập 2. Một khung dây đặt trong từ trường 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 kín vòng dây.
α = \[[\vec{n},\vec{B}]\] = 0o
Φ = N.BS.cos α = BπR2cosα => R = 8.10-3 m
Bài tập 3. 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 60o. Tính từ thông qua diện tích giới hạn bởi khung dây.
α = \[[\vec{n},\vec{B}]\] = 30o
Φ = N.BS.cos α = 8,7.10-4 Wb.
Bài tập 4. Một khung dây hình vuông cạnh 5 cm đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 8.10-4 T. Từ thông qua hình vuông đó bằng 10-6 Wb. Tính góc hợp giữa véc tơ cảm ứng từ và véc tơ pháp tuyến của hình vuông đó.
Φ = N.BS.cos α => cosα = 0,5 => α = 60o
Bài tập 5. Một khung dây hình tròn diện tích S = 15cm2 gồm N = 10vòng dây, đặt trong từ trường đều \[\vec{B}\] hợp với véc tơ pháp tuyến \[\vec{n}\] của mặt phẳng khung dây góc α = 30o như hình vẽ. Biết B = 0,04T. Tính độ biến thiên từ thông qua khung dây khi
a/ Tịnh tiến đều khung dây trong từ trường
b/ khung dây quay quanh trục MN một góc 180°
c/ khung dây quay quanh trục MN một góc 360°
Bài tập 6. Một khung dây có các tiết diện là hình tròn bán kính khung dây là 20cm, khung dây được đặt vuông góc với các đường sức từ của một từ trường đều có B = 2/10-5T. Hãy xác định giá trị của từ thông xuyên qua khung dây nói trên.
Bài tập 7. Một khung dây hình tam giác vuông có độ dài cạnh huyền là 10cm và một cạnh góc vuông là 8cm. Cả khung dây được đưa vào từ trường đều sao cho các đường sức từ vuông góc với khung dây, từ thông xuyên qua khung dây là 1,2.10-7Wb, tìm B.
Bài tập 8. Một khung dây hình tròn đường kính d = 10cm, Cho dòng điện I = 20A chạy trong dây dẫn.
a/ Tính cảm ứng từ B do dòng điện gây ra tại tâm của khung dây.
b/ Tính từ thông xuyên qua khung dây.
Bài tập 9. Một khung dây có chiều dài l = 40cm. Gồm 4000 vòng, cho dòng điện I = 10A chạy trong ống dây
a/ Tính cảm ứng từ B trong ống dây
b/ Đặt đối diện với ống dây một khung dây hình vuông, cạnh a = 5cm, tính từ thông xuyên qua khung dây.
Video qui tắc tay phải 1, qui tắc tay phải 2
Bài tập vận dụng qui tắc tay phải 2
Bài tập 10. Đặt một thanh nam châm thẳng ở gần một khung dây kín ABCD như hình vẽ. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong các trường hợp:
a/ Đưa nam châm lại gần khung dây.
b/ Kéo nam châm ra xa khung dây.
a/ Khi đưa nam châm lại gần khung dây [từ trường của nam châm có hướng [véc tơ \[\vec{B}\]], từ thông qua khung dây tăng, dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây gây ra từ trường cảm ứng ngược chiều với từ trường ngoài véc tơ \[\vec{B_{C}}\] [để chống lại sự tăng của từ thông qua khung dây] nên dòng điện cảm ứng chạy trên cạnh AB theo chiều từ B đến A [xác định nhờ quy tắc nắm tay phải 1].
b/ Khi đưa nam châm ra xa khung dây, từ thông qua khung dây giảm, dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây gây ra từ trường cảm ứng cùng chiều với từ trường ngoài [để chống lại sự giảm của từ thông qua khung dây] nên dòng điện cảm ứng chạy trên cạnh AB theo chiều từ A đến B.
Bài tập 11. Cho một ống dây quấn trên lỏi thép có dòng điện chạy qua đặt gần một khung dây kín ABCD như hình vẽ. Cường độ dòng điện trong ống dây có thể thay đổi được nhờ biến trở có có con chạy R. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong các trường hợp:
a/ Dịch chuyển con chạy về phía N.
b/ Dịch chuyển con chạy về phía M.
áp dụng qui tắc bàn tay phải 2 => chiều của từ trường của ống dây có dạng như hình vẽ.
a/ Khi con chạy dịch chuyển về phía M, điện trở của biến trở giảm, cường độ dòng điện qua ống dây tăng, từ trường tăng, từ thông qua khung dây tăng, dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây gây ra từ trường cảm ứng ngược chiều với từ trường ngoài để chống lại sự tăng của từ thông nên dòng điện cảm ứng chạy trên cạnh AB theo chiều từ B đến A.
b/ Khi con chạy dịch chuyển về phía N, điện trở của biến trở tăng, cường độ dòng điện qua ống dây giảm, từ trường giảm, từ thông qua khung dây giảm, dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây gây ra từ trường cảm ứng cùng chiều với từ trường ngoài để chống lại sự giảm của từ thông nên dòng điện cảm ứng chạy trên cạnh AB theo chiều từ A đến B.
Bài tập 12. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong các trường hợp sau
Bài tập 13. Hãy xác định cách di chuyển nam châm để dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch như hình.
Bài tập 14. Hãy xác định các cực của nam châm trong các trường hợp sau
Bài tập 15. Cho hệ thống như hình. Khi nam châm đi lên thì dòng điện cảm ứng trong vòng dây sẽ có chiều như thế nào? Vòng dây sẽ chuyển động như thế nào?
Bài tập 16. Thí nghiệm được bố trí như hình vẽ. Xác định chiều dòng điện cảm ứng trong mạch C khi con chạy của biến trở đi xuống.
Bài tập 17. Một nam châm đưa lại gần vòng dây như hình vẽ. Hỏi dòng điện cảm ứng trong vòng dây có chiều như thế nào và vòng dây sẽ chuyển động về phía nào.
Bài tập 18. Dùng định luật Len-xơ xác định chiều dòng điện cảm ứng trong khung dây dẫn trong các trường hợp sau
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/ Đóng khóa k
d/ Khung dây ban đầu trong từ trường hình vuông, sau đó kéo thành hình chữ nhật ngày càng dẹt đi.
e/ Đưa khung dây ra xa dòng điện.
f/ giảm cường độ dòng điện trong ống dây.
Bài tập 19. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong khung dây kín ABCD, biết rằng cảm ứng từ B đang giảm dần.