Tài liệu gồm 24 trang, bao gồm kiến thức cần nhớ và phương pháp giải các dạng bài tập chuyên đề cảm ứng điện từ trong chương trình Vật lí 11.
A. KIẾN THỨC CẦN NHỚ 1. Điện tích – Định luật Cu – lông. 2. Hiện tượng cảm ứng điện từ. 3. Định luật Len – xơ. 4. Định luật Fa-ra-đây về cảm ứng điện từ.
B. CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI
DẠNG 1: Xác định chiều của dòng điện cảm ứng. Phương pháp chung Áp dụng định luật Lenxơ: Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó. Nếu độ lớn từ thông tăng, dòng điện cảm ứng sẽ tạo ra từ trường ngược chiều với từ trường ban đầu. Nếu độ lớn từ thông giảm, dòng điện cảm ứng sẽ tạo từ trường cùng chiều với từ trường ban đầu.
DẠNG 2: Tính suất điện động và cường độ dòng điện cảm ứng.
1. Phương pháp chung Áp dụng công thức về suất điện động cảm ứng. Kết hợp với các công thức về dòng điện không đổi, định luật Ôm để tính cường độ của dòng điện cảm ứng. 2. Ví dụ minh họa.DẠNG 3: Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây chuyển động.
1. Phương pháp chung a. Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường Khi đoạn dây dẫn chuyển động cắt các đường sức từ thì trong đoạn dây đó xuất hiện suất điện động [đóng vai trò như nguồn điện]. Suất điện động trong trường hợp này cũng gọi là suất điện động cảm ứng. b. Quy tắc bàn tay phải Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngón tay cái choãi ra 900 chỉ chuyều chuyển động của đoạn dây, khi đó đoạn dây dẫn đóng vai trò như một nguồn điện, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa chỉ chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn điện đó. Chú ý: Khi mạch được nối kín thì trong mạch có dòng điện cảm ứng ic. Bên trong nguồn điện, dòng điện có chiều từ cực âm sang cực dương, bên ngoài thì ngược lại. c. Biểu thức suất điện động cảm ứng trong đoạn dây. Xét trường hợp đơn giản từ trường B vuông góc với mặt khung dây, khi đó suất điện động trong khung dây được tính theo công thức: Khi mạch kín thì dòng cảm ứng chạy trong dây dẫn có điện trở R: C C e i R Khi trong mạch có hai dòng điện thì số chỉ Ampe kế sẽ là tổng đại số hai dòng điện [hai dòng điện ở đây chính là dòng I do nguồn E tạo ra và dòng iC do hiện tượng cảm ứng điện từ tạo ra]. 2. Ví dụ minh hoạ.DẠNG 4:Tự cảm – Suất điện động tự cảm – Năng lượng từ trường.
1. Kiến thức cơ bản a. Hiện tượng tự cảm Là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch có dòng điện mà sự biến thiên từ thông qua mạch được gây ra bởi sự biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch kín. b. Mối liên hệ giữa từ thông và dòng điện Cảm ứng từ B trong ống dây Từ thông tự cảm qua ống dây: vuông góc với mỗi mặt của vòng dây Với L là độ tự cảm – hệ số tự cảm của ống dây, đơn vị là henri – H.
[ads]
Phát biểu nào sau đây không đúng ?
Phát biểu nào sau đây là đúng về định luật Lenxơ?
Hình vẽ nào sau đây xác định sai chiều của dòng điện cảm ứng:
Chọn phương án sai về các cực của nam châm trong các trường hợp sau:
Với Các dạng bài tập Hiện tượng cảm ứng điện từ chọn lọc có đáp án chi tiết Vật Lí lớp 11 tổng hợp các dạng bài tập, 100 bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết với đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa sẽ giúp học sinh ôn tập, biết cách làm dạng bài tập Hiện tượng cảm ứng điện từ từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Vật Lí lớp 11.
Lý thuyết Hiện tượng cảm ứng điện từ
1. Từ thông:
- Từ thông: Đại lượng diễn tả số lượng đường sức từ xuyên qua một vòng dây kín [C] [ diện tích S].
Xét một khung dây gồm N vòng có diện tích S, nằm trong một từ trường đều, sao cho đường sức từ B→ hợp với vector pháp tuyến dương [n→] một góc α. Từ thông Φ là đại lượng được định nghĩa bằng công thức:
Φ = NBS.cos α
Trong đó: Φ: từ thông qua mạch kín
S: diện tích của mạch [m2]
B: cảm ứng từ gửi qua mạch [T]
α = [B→, n→], n→ là pháp tuyến của mạch kín
N: số vòng dây của mạch kín.
Tùy thuộc vào góc α mà từ thông có thể có giá trị âm hoặc dương:
Khi 0° < α < 90° ⇒ cos α > 0 thì Φ dương
Khi 90° < α < 180° ⇒ cos α < 0 thì Φ âm
Khi α = 90° ⇒ cos α = 0 thì Φ = 0
Khi α = 0° ⇒ cos α = 1 thì Φmax = BS
Khi α = 180° ⇒ cos α = -1 thì Φmin = -BS
⇒ -BS ≤ Φ ≤ BS
- Ý nghĩa của từ thông: Từ thông diễn tả số đường sức từ xuyên qua một diện tích nào đó
- Đơn vị: Vê-be [Wb].
2. Hiện tượng cảm ứng điện từ:
Khi có sự biến đổi từ thông qua một mặt giới hạn bởi một mạch kín [ vd: khung dây kín có diện tích S ] thì trong mạch kín xuất hiện một dòng điện cảm ứng.
Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng trong một mạch kín khi có sự biến thiên từ thông qua mạch kín này được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ
3. Xác định chiều dòng điện cảm ứng bằng định luật Len-xơ:
Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong một mạch kín có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên từ thông ba đầu qua mạch kín đó.
4. Suất điện động cảm ứng:
Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng. Kí hiệu : ec
với ΔΦ : độ biến thiên từ thông qua mạch kín [Wb], ΔΦ = Φ2 – Φ1
Δt : thời gian từ thông biến thiên qua mạch [s]
“ – “ : dấu trừ biểu thị định luật Len-xơ
[Độ lớn] suất điện động cảm ứng là đại lượng đặc trưng cho tốc độ biến thiên của từ thông được xác định bởi biểu thức:
Chú ý: Nếu từ trường từ B1 đến B2 thì:
Nếu diện tích vòng dây thay đổi từ S1 đến S2 thì :
Nếu góc xoay thay đổi từ α1 đến α2 thì:
Cường độ dòng điện cảm ứng qua mạch kín:
Cách giải bài tập Chiều dòng điện cảm ứng hay, chi tiết
Bước 1: Xác định từ trường ban đầu [từ trường của nam châm] theo quy tắc "Vào nam [S] ra Bắc [N]"
Bước 2: Xác định từ trường cảm ứng Bc→ do khung dây sinh ra theo định luật Len-xơ.
+ Xét từ thông qua khung dây tăng hay giảm
+ Nếu Φ tăng thì Bc→ ngược chiều B→, nếu Φ giảm thì Bc→ cùng chiều B→.
+ Quy tắc chung: gần ngược – xa cùng. Nghĩa là khi nam châm hay khung dây lại gần nhau thì Bc→ và B→ ngược. Còn khi ra xa nhau thì Bc→ và B→ ngược
Bước 3: Xác định dòng điện cảm ứng sinh ra trong khung dây theo qui tắc nắm tay phải.
Ví dụ 1: 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 khi đưa nam châm lại gần khung dây.
Hướng dẫn:
Khi đưa nam châm lại gần khung dây, 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 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].
Ví dụ 2: 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 khi kéo nam châm ra xa khung dây.
Hướng dẫn:
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.
Ví dụ 3: 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.
Bài 1: Xác định chiều dòng điện cảm ứng trong khung dây kín ABCD, biết rằng cảm ứng từ B đang giảm dần.
Lời giải:
+ Vì cảm ứng từ B đang giảm nên từ thông giảm, do đó cảm ứng từ Bc→ phải cùng chiều với cảm ứng từ B→.
+ Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra chiều của dòng điện cảm ứng có chiều cùng với chiều kim đồng hồ.
Bài 2: 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?
Lời giải:
+ Cảm ứng từ của nam châm có chiều vào S ra N
+ Vì nam châm đang lại gần nên cảm ứng từ cảm ứng Bc→ ngược chiều với cảm ứng từ B→ của nam châm ⇒ cảm ứng từ Bc→ có chiều từ phải sang trái
+ Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra chiều của dòng điện cảm ứng có chiều như hình vẽ.
+ Cảm ứng từ cảm ứng của khung dây có chiều vào mặt Nam ra ở mặt bắc ⇒ mặt đối diện của khung dây với nam châm là mặt bắc
+ Vì cực bắc của nam châm lại gần mặt bắc của vòng dây nên vòng dây bị đẩy ra xa.
Bài 3: 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?
Lời giải:
+ Từ trường do nam châm sinh ra có chiều vào S ra N [chiều từ trên xuống dưới]
+ Nam châm đang đi ra xa nên từ trường cảm ứng Bc→ do khung dây sinh ra có chiều cùng chiều với chiều của từ trường B→ của nam châm từ trên xuống.
+ Áp dụng quy tắc nắm tay phải suy ra chiều dòng điện cảm ứng như hình.
+ Cảm ứng từ do khung dây sinh ra [cảm ứng từ cảm ứng] có chiều đi vào mặt nam và ra ở mặt bắc.
+ Vì mặt nam của khung dây đối diện với cực bắc của nam châm nên chúng sẽ hút nhau do đó khung dây chuyển động lên trên.
Bài 4: 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?
Lời giải:
+ Dòng điện trong mạch điện chạy từ M đến N có chiều từ cực dương sang cực âm nên cảm ứng từ B→ do dòng điện chạy trong mạch MN gây ra trong mạch kín C có chiều từ trong ra ngoài.
+ Khi con chạy biến trở đi xuống thì điện trở giảm nên dòng điện tăng ⇒ cảm ứng từ B tăng nên từ thông qua mạch C tăng ⇒ cảm ứng từ cảm ứng Bc→ phải ngược chiều với B→.
+ Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra chiều của dòng điện cảm ứng có chiều cùng với chiều kim đồng hồ.
Cách giải bài tập Từ thông qua một khung dây kín
+ Từ thông qua diện tích S đặt trong từ trường: Φ = BScos[n→, B→].
+ Từ thông qua khung dây có N vòng dây: Φ = NBScos[n→, B→].
Trong đó: Φ: từ thông qua mạch kín
S: diện tích của mạch [m2]
B: cảm ứng từ gửi qua mạch [T]
α = [B→, n→], n→ là pháp tuyến của mạch kín
N: số vòng dây của mạch kín.
Tùy thuộc vào góc α mà từ thông có thể có giá trị âm hoặc dương:
Khi 0° < α < 90° ⇒ cos α > 0 thì Φ dương
Khi 90° < α < 180° ⇒ cos α < 0 thì Φ âm
Khi α = 90° ⇒ cos α = 0 thì Φ = 0
Khi α = 0° ⇒ cos α = 1 thì Φmax = BS
Khi α = 180° ⇒ cos α = -1 thì Φmin = -BS
⇒ -BS ≤ Φ ≤ BS
- Ý nghĩa của từ thông: Từ thông diễn tả số đường sức từ xuyên qua một diện tích nào đó
- Đơn vị: Vê-be [Wb].
Ví dụ 1: Một vòng dây phẵng giới hạn diện tích S = 5 cm2 đặt trong từ trường đều cảm ứng từ B = 0,1 T. Mặt phẵng vòng dây làm thành với B→ một góc α = 30°. Tính từ thông qua S.
Hướng dẫn:
Mặt phẵng vòng dây làm thành với góc 30° nên góc giữa B→ và pháp tuyến n→ là 60°. Do đó: Φ = BScos[n→, B→] = 25.10-6 Wb.
Ví dụ 2: Một khung dây đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,06 T sao cho mặt phẵng 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.
Hướng dẫn:
Ta có: Φ = BScos[n→, B→] = BπR2cos[n→, B→]
Ví dụ 3: Một khung dây phẵng 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 phẵng khung dây hợp với véc tơ cảm ứng từ một góc 60°. Tính từ thông qua diện tích giới hạn bởi khung dây.
Hướng dẫn:
Ta có: Φ = NBScos[n→, B→] = 8,7.10-4 Wb.
Ví dụ 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.
Hướng dẫn:
Ta có: Φ = BScosα
Bài 1: Một khung dây hình chữ nhật ABCD gồm 20 vòng cạnh 5 cm và 4 cm. Khung đặt trong từ trường đều B = 3.10-3 T, đường sức vuông góc với mặt phẳng khung. Quay khung 60° quanh cạnh AB, độ biến thiên từ thông qua khung bằng bao nhiêu?
Lời giải:
Từ thông qua khung Φ = NBScos α
→ Độ biến thiên từ thông qua khung:
ΔΦ = NBS.Δcos α = 20.3.10-3.[0,05.0,04].[cos60° - cos0°] = -60.10-6 Wb
Bài 2: Một khung dây hình vuông cạnh 5 cm được đặt trong từ trường đều, B = 0,01 T. Đường sức từ vuông góc với mặt khung. Quay khung cho mặt phẳng khung song song với các đừng sức từ. Độ biến thiên từ thông bằng bao nhiêu?
Lời giải:
Từ thông qua khung Φ = NBScos α
→ Độ biến thiên từ thông qua khung:
ΔΦ = NBS.Δcos α = 0,01.[0,05.0,05].[cos90° - cos0°] = -25.10-6 Wb
Bài 3: Một khung dây có diện tích 5 cm2 gồm 50 vòng dây. Đặt khung dây trong từ trường đều có cảm ứng từ B và quay khung theo mọi hướng. Từ thông qua khung có giá trị cực đại là 5.10-3 Wb. Cảm ứng từ B có giá trị bằng bao nhiêu?
Lời giải:
Từ thông qua khung Φ = NBScos α → từ thông cực đại Φ = NBS
→ Độ lớn cảm ứng từ
Bài 4: Một 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. Góc hợp bởi véc - tơ cảm ứng từ với mặt phẳng của hình vuông đó bằng bao nhiêu?
Lời giải:
Từ thông qua khung Φ = NBScos α
→ Góc hợp bởi véc - tơ cảm ứng từ với mặt phẳng của hình vuông đó là 90° - 60° = 30°.