Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 11 - Chủ đề 5: Cảm ứng điện từ

Nội dung text: Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 11 - Chủ đề 5: Cảm ứng điện từ

1. CHƯƠNG CHỦ ĐỀ 5: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM PHẦN 2: CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Tính từ thông, suất điện động cảm ứng, suất điện động tự cảm 1. Phương pháp giải Sử dụng các công thức về từ thông, suất điện động Ví dụ: Một vòng dây thẳng giới hạn diện tích cảm ứng, suất điện động tự cảm năng lượng từ S 5cm2 đặt trong từ trường đều cảm ứng từ  trường. B 0,1T. Mặt phẳng vòng dây làm thành với B một góc 30o. Tính từ thông qua S? Hướng dẫn  Mặt phẳng vòng dây làm thành với B góc 30o nên  góc giữa B và pháp tuyến n là 600. Trang 1
2.  NBS cos 1.0,1.5.10 4.cos 60o. 25.10 6 Wb 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Một khung dây phẳng giới hạn diện tích S = 5cm 2, gồm 20 vòng dây đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,1T sao cho mặt phẳng khung dây hợp với vecto cảm ứng từ một góc 60o . Tính từ thông qua diện tích giới hạn bởi khung dây? A. 87.10 3 Wb. B. 5.10 4 Wb. C. 5.10 2 Wb. D. 8,7.10 4 Wb. Hướng dẫn  Ta có  NBS cos n;B 20.0,1.5.10 4.cos30o 8,7.10 4 Wb → Chọn D. Ví dụ 2: (SGK nâng cao 11 – Trang 188) Một khung dây phẳng có diện tích 20 cm 3, gồm 10 vòng được đặt trong từ trường đều. Vecto cảm ứng từ hợp với mặt phẳng khung dây góc 30o và có độ lớn bằng 2.10 4 T . Người ta làm cho từ trường giảm đều đến 0 trong thời gian 0,01s. Tính suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong thời gian từ trường biến đổi? A. 2.10 3 V. B. 2.10 3 V. C. 2.10 2 V. D. 2V. Hướng dẫn  0 NBS cos n;B 4. 4  10.2.10 .20.10 4 Ta có: eC 2.10 V. t t2 t1 0,01 0 → Chọn B. Ví dụ 3: Một khung hình tròn dây đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,06T sao cho mặt phẳng khung dây vuông góc với các đường sức từ. Từ thông qua khung dây trên là 1,2.10 5 Wb. Tính bán kính vòng dây? A. 8mm.B. 8m. C. 8nm.D. 8pm. Hướng dẫn Ta có từ thông qua 1 khung dây (N = 1).     BS cos n;B B R2 cos n;B với n;B 0o  1,2.10 5 Suy ra: R  8.10 3 m 8mm. B cos n;B 0,06. .cos0o → Chọn A. Ví dụ 4: Một khung dây dẫn có 1000 vòng được đặt trong từ trường đều sao cho các đường cảm ứng từ 2 vuông góc với mặt phẳng khung. Diện tích mỗi vòng dây là 2dm . Cảm ứng từ được làm giảm đều đặn từ 0,5T đến 0,2T trong thời gian 0,1s. Suất điện động trong toàn khung dây có giá trị nào sau đây? A. 0,6V.B. 6V.C. 60V.D. 12V. Hướng dẫn Trang 2
3.  nS. B (0,2.0,5) Áp dụng công thức suất điện động: e 1000.2.10 2. 60(V). c t t 0,1 → Chọn C. Ví dụ 5: (SGK nâng cao 11 – Trang 188) Từ thông qua một khung dây biến đổi theo thời gian được cho ở hình bên. Suất điện động cảm ứng trong khung A. Trong khoảng thời gian 0 → 0,1s là e 3V. c1 B. Trong khoảng thời gian 0,1s → 0,2s là e 6V. c2 C. Trong khoảng thời gian 0,2s → 0,3s là e 9V. c3 D. Trong khoảng thời gian 0 → 0,3s là e 4V. c4 Hướng dẫn  2 1 Sử dụng công thức: ec tính cho từng khoảng thời t t 2 t1 gian ta được 0,9 1,2 Từ 0 → 0,1s có: e 3V c1 0,1 0 0,6 0, 9 Từ 0,1 → 0,2s có: e 3V c2 0, 2 0,1 0 0,6 Từ 0,2 → 0,3s có: e 6V c3 0,3 0,2 Trong khoảng thời gian này, từ thông không biến thiên đều nên  0 12 e e e 4. c4 t c4 0,3 c4 → Chọn A. Ví dụ 6: (SGK cơ bản 11 – Trang 157) Tính độ tự cảm của một ống dây hình trụ có chiều dài 0,5m gồm 1000 vòng dây, mỗi vòng dây có đường kính 20cm. A. 0,079 H.B. 0,069 H.C. 0,059 H.D. 0,049 H. Hướng dẫn 2 2 2 7 N 7 1000 0,2 Áp dụng công thức: L 4 .10 .. .S 4 10 .1. . . 0,079 H. l 0,5 2 Do ống dây không có lõi sắt nên đột từ thẩm bằng 1, ống dây hình trụ nên tiết diện hình tròn → Chọn A. Ví dụ 7: Một ống dây dài l = 30cm gồm 1000 vòng dây, đường kính mỗi vòng dây là 8 cm có dòng điện với cường độ i = 2A đi qua. Thời gian ngắt dòng điện là t = 0,1 giây, tính độ lớn suất điện động tự cảm xuất hiện trong ống dây? A. 0,04 V.B. 0,02 V.C. 0,4 V.D. 0,2 V. Hướng dẫn Trang 3
4. 2 2 2 2 2 7 N 7 N d 7 1000 0,08 Độ tự cảm: L 4 .10 .. .S 4 .10 .. . .10 .1. . . 0,02H l l 2 0,3 2 Từ thông qua ống dây:  L.i 0,02.2 0,04Wb.  0,04 Suất điện động tự cảm trong ống dây: e 0,4V. tc t 0,1 → Chọn C. Ví dụ 8: (SGK cơ bản 11 – Trang 157) Trong mạch điện dưới, cuộn cảm có điện trở bằng 0. Dòng điện qua L bằng 1,2A; độ tự cảm L = 0,2 H. Chuyển K sang vị trí b, tính nhiệt lượng tỏa ra trên R? A. 0,288 J.B. 0,144 J. C. 0,072 J.D. 0,432 J. Hướng dẫn Năng lượng từ trường của ống dây được chuyển hóa thành nhiệt lượng tỏa ra trên R. 1 1 Nhiệt lượng tỏa ra trên R: Q W Li2 .0,2.1,22 0,144J. 2 2 → Chọn B. PHẦN 3: BÀI TẬP TỔNG HỢP Câu 1. Một khung dây phẳng có diện tích 12cm3 đặt trong từ trường đều cảm ứng từ B 5.10 2 T, mặt phẳng khung dây hợp với đường cảm ứng từ một góc 30o . Tính độ lớn từ thông qua khung? A. 2.10 5 Wb. B. 3.10 5 Wb. C. 4.10 5 Wb. D. 5.10 5 Wb. Câu 2. Một thanh dẫn điện dài 20cm được nối hai đầu của nó với hai đầu của một đoạn mạch điện có điện trở 0,5. . Cho thanh tịnh tiến trong từ trường đều B 0,08T với vận tốc 7 m/s có hướng vuông góc với các đường cảm ứng từ. Biết điện trở của thanh không đáng kể, tính cường độ dòng điện trong mạch? A. 0,112 A.B. 0,224 A.C. 0,448 A.D. 0,896 A. Câu 3. Một thanh dẫn điện dài 20cm tịnh tiến trong từ trường đều cảm ứng từ B 5.10 4 T, với vận tốc 5 m/s, vecto vận tốc của thanh vuông góc với vecto cảm ứng từ. Tính suất điện động cảm ứng trong thanh? A. 10 4 V. B. 0,8.10 4 V. C. 0,6.10 4 V. D. 5.10 4 V. Câu 4. Một ống dây dài 50 cm tiết diện ngang của ống là 10 cm 2 gồm 100 vòng. Hệ số tự cảm của ống dây là A. 25H. B. 250H. C. 1 25H. D. 1250H. Câu 5. Dòng điện qua một ống dây không có lõi sắt biến đổi theo thời gian, trong 0,01s cường độ dòng điện tăng đều từ 1A đến 2A thì suất điện động tự cảm trong ống dây là 20V. Tính hệ số tự cảm của ống dây? A. 0,1H; 0,2J.B. 0,2H; 0,3J.C. 0,3H; 0,4J.D. 0,2H; 0,5J. Đáp án: 1 – B 2 – B 3 – D 4 – A 5 – B Trang 4