Hoc247 xin giới thiệu Bài tập về từ thông, suất điện động cảm ứng môn Vật Lý 11 năm 2021-2022 với các dạng câu hỏi trắc nghiệm khái quát các kiến thức trong chương trình Vật Lý 11. Hy vọng đề thi sẽ giúp các em ôn tập và đạt được thành tích cao trong các kỳ thi sắp tới.
1. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
1.1. Từ thông
- Từ thông qua diện tích S đặt trong từ trường: F = Bscosα
Từ thông qua khung dây có N vòng dây: F = NBScosα
Trong đó: Φ: từ thông qua mạch kín (Wb)
S: diện tích của mạch (m2)
B: cảm ứng từ gửi qua mạch (T)
\(\alpha =\left( \overrightarrow{B},\overrightarrow{n} \right)\), \(\overrightarrow{n}\) 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 \({{0}^{o}}<\alpha <{{90}^{o}}\Rightarrow c\text{os}\,\alpha >0\) thì Φ dương
+) Khi \({{90}^{o}}<\alpha <{{180}^{o}}\Rightarrow c\text{os}\,\alpha <0\) thì Φ âm
+) Khi α = 90o \(\Rightarrow c\text{os}\,\alpha =0\) thì Φ = 0
+) Khi α = 0o \(\Rightarrow c\text{os}\,\alpha =1\) thì Φmax = BS
+) Khi α = 180o \(\Rightarrow c\text{os}\,\alpha =-1\) thì Φmin = -BS
1.2. Suất điện động cảm ứng trong khung dây
\({{e}_{c}}=-N\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}\Rightarrow \left| {{e}_{c}} \right|=N\frac{\left| \Delta \Phi \right|}{\Delta t}\)
+) \(\left| {{e}_{C}} \right|\) là suất điện động cảm ứng (V)
+) \(\frac{\left| \Delta \Phi \right|}{\Delta t}\) là tốc độ biến thiên từ thông \(\left( \frac{Wb}{s} \right)\) hoặc (V)
- Lưu ý:
+) Nếu B biến thiên thì \(\Delta \Phi =S.c\text{os}\alpha .\Delta B=S.c\text{os}\alpha .\Delta \left( {{B}_{2}}-{{B}_{1}} \right)\)
Nếu S biến thiên thì \(\Delta \Phi =B.c\text{os}\alpha .\Delta S=B.c\text{os}\alpha .\Delta \left( {{S}_{2}}-{{S}_{1}} \right)\)
Nếu α biến thiên thì \(\Delta \Phi =B.S.\Delta \left( c\text{os}\alpha \right)=B.S.\Delta \left( c\text{os}{{\alpha }_{2}}-c\text{os}{{\alpha }_{1}} \right)\)
+) Khi nói mặt phẳng khung dây hợp với cảm ứng từ \(\overrightarrow{B}\) một góc b thì \(\alpha =90\pm \beta \)
+) Cường độ dòng điện cảm ứng qua mạch kín: \({{i}_{C}}=\frac{{{e}_{C}}}{R}\) với R là điện trở khung dây.
2. VÍ DỤ MINH HỌA
Ví dụ 1 : Một khung dây phẵng diện tích 20 cm2, gồm 10 vòng được đặt trong từ trường đều. Véc tơ cảm ứng từ làm thành với mặt phẵng khung dây góc 300 và có độ lớn bằng 2.10-4 T. Người ta làm cho từ trường giảm đều đến 0 trong thời gian 0,01 s. Tính suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong thời gian từ trường biến đổi.
Lời giải:
Ta có: \({{e}_{c}}=-\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}=-\frac{0-NBS\cos \left( \overrightarrow{n},\,\overrightarrow{B} \right)}{\Delta t}={{2.10}^{-4}}\,V.\)
Ví dụ 2 : Cuộn dây có N = 100 vòng, diện tích mỗi vòng S = 300 cm2 có trục song song với của từ trường đều, B = 0,2 T. Quay đều cuộn dây để sau ∆t = 0,5 s, trục của nó vuông góc với . Tính suất điện động cảm ứng trung bình trong cuộn dây.
Lời giải:
Ban đầu:
+) Trục của vòng dây song song với nên: \({{\alpha }_{1}}=\widehat{\left( \overrightarrow{n};\overrightarrow{B} \right)}=0\)
+) Từ thông qua N vòng dây lúc đầu: \({{\Phi }_{1}}=NBS\cos {{\alpha }_{1}}=N{{B}_{1}}S\)
Lúc sau:
+) Trục của vòng dây vuông góc với nên: \({{\alpha }_{2}}=\widehat{\left( \overrightarrow{n};\overrightarrow{B} \right)}={{90}^{0}}\)
+) Từ thông qua N vòng dây lúc sau: \({{\Phi }_{2}}=NBS\cos {{\alpha }_{2}}=0\)
+) Độ biến thiên từ thông: \(\Delta \Phi ={{\Phi }_{2}}-{{\Phi }_{1}}=-{{\Phi }_{1}}=-NBS\)
+) Độ lớn suất điện động: \(\left| e \right|=\left| \frac{\Delta \Phi }{\Delta t} \right|=\left| \frac{NBS}{\Delta t} \right|=\left| \frac{100.0,{{2.300.10}^{-4}}}{0,5} \right|=1,2V\)
Vậy: Suất điện động cảm ứng trung bình trong cuộn dây là 1,2 V.
Ví dụ 3 : Một ống dây hình trụ dài gồm N = 1000 vòng dây, diện tích mỗi vòng dây S = 100 cm2. Ống dây có R = 16 Ω, hai đầu nối đoản mạch và được đặt trong từ trường đều: vectơ cảm ứng từ \(\overrightarrow{B}\) song song với trục của hình trụ và độ lớn tăng đều 0,04 T/s. Tính công suất tỏa nhiệt trong ống dây
Lời giải:
+) Từ thông qua ống dây: \(\Phi =NBS\cos {{0}^{0}}=NBS\)
+) Tốc độ biến thiên từ thông: \(\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}=\frac{\Delta \left( NBS \right)}{\Delta t}=NS\frac{\Delta B}{\Delta t}\)
+) Độ lớn suất điện động trong khung dây:
\(\left| e \right|=\left| \frac{\Delta \Phi }{\Delta t} \right|=NS\left| \frac{\Delta B}{\Delta t} \right|=1000.\left( {{100.10}^{-4}} \right).0,04=0,4\left( V \right)\)
+) Dòng điện cảm ứng trong ống dây: \({{i}_{c}}=\frac{e}{R}=\frac{0,4}{16}=\frac{1}{40}\left( A \right)\)
+) Công suất tỏa nhiệt trên R: \(P={{i}^{2}}R={{\left( \frac{1}{40} \right)}^{2}}.16=0,01\left( \text{W} \right)\).
Ví dụ 4 : Vòng dây đồng \(\left( \rho =1,{{75.10}^{-8}}\,\Omega .m \right)\) đường kính d = 20 cm, tiết diện S0 = 5 mm2 đặt vuông góc với \(\overrightarrow{B}\) của từ trường đều. Tính độ biến thiên của cảm ứng từ khi dòng điện cảm ứng trong vòng dây là I = 2A.
Lời giải:
Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong vòng dây có độ lớn:
\(\left| e \right|=\left| \frac{\Delta \Phi }{\Delta t} \right|=\left| \frac{S.\Delta B}{\Delta t} \right|=S.\left| \frac{\Delta B}{\Delta t} \right|=\frac{\pi {{d}^{2}}}{4}.\frac{\Delta B}{\Delta t}\)
Điện trở của vòng dây: \(R=\rho \frac{L}{{{S}_{0}}}=\rho \frac{\pi d}{{{S}_{0}}}\)
Cường độ dòng điện cảm ứng qua vòng dây:\(I=\frac{\left| e \right|}{R}=\frac{\frac{\pi {{d}^{2}}}{4}\left| \frac{\Delta B}{\Delta t} \right|}{\rho \frac{\pi d}{{{S}_{0}}}}=\frac{{{S}_{0}}.d}{4\rho }.\frac{\Delta B}{\Delta t}\)
\(\Rightarrow \frac{\Delta B}{\Delta t}=\frac{4\rho I}{S.d}=\frac{4.1,{{75.10}^{-8}}.2}{{{5.10}^{-6}}.0,2}=0,14\)(T/s).
Ví dụ 5 : Một khung dây cứng, phẳng diện tích 25 cm2, gồm 10 vòng dây. Khung dây được đặt trong từ trường đều. Khung dây nằm trong mặt phẳng như hình vẽ. Cảm ứng từ biến thiên theo thời gian theo đồ thị như hình bên.
.jpg?enablejsapi=1)
a) Tính độ biến thiên của từ thông qua khung dây kể từ lúc t = 0 đến t = 0,4s.
b) Xác định giá trị của suất điện động cảm ứng trong khung.
c) Tìm chiều của dòng điện cảm ứng trong khung.
Lời giải:
a) Độ biến thiên của từ thông qua khung dây kể từ lúc t1 = 0 đến t2 = 0,4s.
Từ đồ thị ta có : \(\left\{ \begin{align} & {{t}_{1}}=0\Rightarrow {{B}_{1}}=2,{{4.10}^{-3}}\left( T \right) \\ & {{t}_{2}}=0,4s\Rightarrow {{B}_{2}}=0 \\ \end{align} \right.\)
+) Độ biến thiên cảm ứng từ: \(\Delta B={{B}_{2}}-{{B}_{1}}=-2,{{4.10}^{-3}}\left( T \right)\)
+) Khung dây vuông góc với mặt phẳng khung dây nên : \(\alpha =\widehat{\left( \overrightarrow{n};\overrightarrow{B} \right)}=0\)
+) Độ biến thiên từ thông qua khung dây:
\(\Delta \Phi =N.\left( \Delta B \right).S.\cos \alpha =10.\left( -2,{{4.10}^{-3}} \right){{.25.10}^{-4}}.1=-{{6.10}^{-5}}\left( \text{W}b \right)\)
+) Vậy từ thông giảm một lượng \(\left| \Delta \Phi \right|={{6.10}^{-5}}\left( \text{W}b \right)\)
b) Suất điện động cảm ứng trong khung dây: \({{e}_{c}}=-\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}=1,{{5.10}^{-4}}\left( V \right)\)
c) Vì từ thông giảm nên vecto cảm ứng từ cảm ứng \({{\overrightarrow{B}}_{c}}\) cùng chiều với cảm ứng từ \(\overrightarrow{B}\). Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra chiều của dòng điện cảm ứng có chiều là chiều kim đồng hồ (hình vẽ).
3. LUYỆN TẬP
Câu 1 : Một hình vuông cạnh 5 cm đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 4.10-4T, từ thông qua hình vuông đó bằng 10-6 Wb. Tính góc hợp bởi véctơ cảm ứng từ và véc tơ pháp tuyến của hình vuông đó:
A. 00
B. 300
C. 450
D. 600
Câu 2 : Một khung dây phẳng diện tích 20 cm2 gồm 100 vòng đặt trong từ trường đều B = 2.10-4T, véc tơ cảm ứng từ hợp với mặt phẳng khung một góc 300. Người ta giảm đều từ trường đến không trong khoảng thời gian 0,01s. Tính suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung trong thời gian từ trường biến đổi:
A. 10-3V
B. 2.10-3V
C. 3.10-3V
D. 4.10-3V
Câu 3 : Một khung dây cứng phẳng diện tích 25cm2 gồm 10 vòng dây, đặt trong từ trường đều, mặt phẳng khung vuông góc với các đường cảm ứng từ. Cảm ứng từ biến thiên theo thời gian như đồ thị hình vẽ. Tính độ biến thiên của từ thông qua khung dây kể từ t = 0 đến t = 0,4s:
.jpg)
A. ΔΦ = 4.10-5Wb
B. ΔΦ = 5.10-5Wb
C. ΔΦ = 6.10-5Wb
D. ΔΦ = 7.10-5Wb
Câu 4 : Một khung dây cứng phẳng diện tích 25 cm2 gồm 10 vòng dây, đặt trong từ trường đều, mặt phẳng khung vuông góc với các đường cảm ứng từ. Cảm ứng từ biến thiên theo thời gian như đồ thị hình vẽ. Tính suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung kể từ t = 0 đến t = 0,4 (s):
.jpg)
A. 10-4V
B. 1,2.10-4V
C. 1,3.10-4V
D. 1,5.10-4V
Câu 5 : Một vòng dây đặt trong từ trường đều B = 0,3 T. Mặt phẳng vòng dây vuông góc với đường sức từ. Tính suất điện động cảm ứng xuất hiện trong vòng dây nếu đường kính vòng dây giảm từ 100 cm xuống 60 cm trong 0,5 (s):
A. 300V
B. 30V
C. 3V
D. 0,3V
Câu 6 : Một hình vuông cạnh 5cm được đặt trong từ trường đều B = 0,01 T. Đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung. Quay khung trong 10-3 s để mặt phẳng khung dây song song với đường sức từ. Suất điện động trung bình xuất hiện trong khung là:
A. 25 mV
B. 250 mV
C. 2,5 mV
D. 0,25 mV
Câu 7 : Một khung dây phẳng có diện tích 12 cm2 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 300. Tính độ lớn từ thông qua khung:
A. 2.10-5Wb
B. 3.10-5Wb
C. 4 .10-5Wb
D. 5.10-5Wb
Câu 8 : Một khung dây có diện tích 5cm2 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 nào ?
A. 0,2 T
B. 0,02T
C. 2T
D. 2.10-3T
Câu 9 : Một vòng dây phẳng có diện tích 80cm2 đặt trong từ trường đều B = 0,3.10-3T véc tơ cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng vòng dây. Đột ngột véc tơ cảm ứng từ đổi hướng trong 10-3 s. Trong Thời gian đó suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung là:
A. 4,8.10-2V
B. 0,48V
C. 4,8.10-3V
D. 0,24V
Câu 10 : Một khung dây hình tròn bán kính 20 cm nằm toàn bộ trong một từ trường đều mà các đường sức từ vuông với mặt phẳng vòng dây. Trong thời gian t cảm ứng từ tăng từ 0,1 T đến 1,1 T thì trong khung dây có một suất điện động không đổi với độ lớn là 0,2 V. Thời gian t đó là
A. 0,2 (s).
B. 0,2π (s).
C. 4 (s).
D. chưa đủ dữ kiện để xác định.
---(Để xem tiếp nội dung của tài liệu các em vui lòng xem tại online hoặc đăng nhập vào HỌC247 để tải về máy)---
Trên đây là trích đoạn một phần nội dung tài liệu Bài tập về từ thông, suất điện động cảm ứng môn Vật Lý 11 năm 2021-2022. Để xem thêm nhiều tài liệu tham khảo hữu ích khác các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang hoc247.net để tải tài liệu về máy tính.
Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.
