Hướng dẫn dạng bài tính Suất điện động cảm ứng trong thanh năm học 2019-2020

DẠNG BÀI TÍNH SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRONG THANH

1. Lý thuyết

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.

a. Quy tắc bàn tay phải:

- Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngón tay cái choãi ra 90° chỉ chiều 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 i_c .

+) Bên trong nguồn điện, dòng điện có chiều từ cực âm sang cực dương, bên ngoài thì ngược lại.

b. Biểu thức suất điện động cảm ứng từ trong đoạn dây:

- Xét trường hợp đơn giản từ trường \(\overrightarrow B \) vuông góc với mặt khung dây, khi đó suất điện động trong khung dây được tính theo công thức:

\(\begin{array}{l} \left\{ \begin{array}{l} {e_c} = \left| {\frac{{\Delta \Phi }}{{\Delta t}}} \right| = \frac{{B.\left| {\Delta S} \right|}}{{\Delta t}}\\ \Delta S = \ell .s = \ell v.\Delta t \end{array} \right.\\ \Rightarrow \left| {{e_c}} \right| = B\ell v \end{array}\)

Trong trường hợp \(\overrightarrow B \) và \(\overrightarrow v \) hợp với nhau một góc α thì:  

\(\left| {{e_C}} \right| = Bvl\sin \alpha \)

- Chú ý:

+) Khi mạch kín thì dòng cảm ứng chạy trong dây dẫn có điện trở R:  \({i_c} = \frac{{{e_c}}}{R}\)

+) 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  do hiện tượng cảm ứng điện từ tạo ra).

2. Bài tập

Ví dụ 1: Thanh kim loại AB dài 20 cm kéo trượt đều trên hai thanh ray kim loại nằm ngang như hình vẽ. Các dây nối nhau bằng bằng điện trở  \(R = 3\Omega \). Vận tốc của thanh AB là 12 m/s. Hệ thống đặt trong từ trường đều có B = 0,4 T, vuông góc với mạch điện. a) Tìm suất điện động cảm ứng trong khung. b) Cường độ dòng điện cảm ứng và cho biết chiều.

Lời giải:

a) Suất điện động cảm ứng trong thanh:  

\(\begin{array}{l} {e_C} = B.v.l\sin \alpha \\ = 0,4.0,2.2.12.\sin {90^ \circ } = 0,96V \end{array}\)

b) Dòng điện trong mạch:  \({I_c} = \frac{{{e_c}}}{R} = 0,32A\)

Quy tắc bàn tay phải → chiều của dòng điện cảm ứng đi qua thanh AB theo chiều từ A đến B.

Ví dụ 2: Cho hệ thống như hình vẽ, thanh MN có chiều dài 50 cm chuyển động với tốc độ 10 m/s trong từ trường đều B = 0,25 T. Tụ điện có điện dung C = 10µF  . Tính độ lớn diện tích của của tụ điện và cho biết bản nào tích điện dương.

Lời giải:

Khi thanh MN chuyển động thì thanh MN xem như nguồn điện có suất điện động có độ lớn là:  

\(e = Bv\ell = 1,25\left( V \right)\)

Nguồn điện MN sẽ nạp điện cho tụ C nên điện tích của tụ C là:  

\(q = C.e = 12,5\left( {\mu C} \right)\)

Áp dụng quy tắc bàn tay phải suy ra N là cực âm M là cực dương của nguồn điện. Do đó bản M sẽ mang điện tích dương, bản N mang điện tích âm.

Ví dụ 3: Nguồn có suất điện động E = 1,5V, điện trở trong r = 0,1Ω , thanh MN có chiều dài 1 m có điện trở \(R = 2,9\Omega \). Từ trường \(\overrightarrow B \) có phương thẳng đứng, hướng xuống và vuông góc với mặt khung như hình vẽ và B = 0,1 T. Thanh MN dài có điện trở không đáng kể. a) Ampe kế chỉ bao nhiêu khi MN đứng yên? Tính độ lớn lực từ tác dụng lên thanh MN khi đó. b) Ampe kế chỉ bao nhiêu khi MN di chuyển về phía phải với vận tốc v = 3 m/s sao cho 2 đầu MN luôn tiếp xúc với 2 thanh đỡ bằng kim loại? Tính độ lớn lực từ tác dụng lên thanh MN khi đó. c) Muốn Ampe kế chỉ số 0 phải để thanh MN di chuyển về phía nào với vận tốc là bao nhiêu?

Lời giải:

a) Khi thanh MN đứng yên thì trong mạch không có dòng cảm ứng nên số chỉ ampe kế là:

\(I = \frac{E}{{R + r}} = 0,5A\)

Độ lớn lực từ tác dụng lên thanh MN:  

\(F = B.I.\ell  = 0,05N\)

b) Khi thanh chuyển động về phía phải thì trong mạch có dòng cảm ứng có chiều từ M đến N:

\({i_c} = \frac{{{e_c}}}{{R + r}} = \frac{{B\ell v}}{{R + r}} = 0,1A\) .

Trong mạch có 2 dòng điện là dòng do nguồn tạo ra và dòng cảm ứng do hiện tượng cảm ứng điện từ tạo ra. Hai dòng điện này cùng chiều nên số chỉ của ampe kế chính là tổng của 2 dòng này:

\({I_A} = I + {i_c} = 0,6A\)

Lực từ tác dụng lên thanh MN khi này là:  

\(F = B.{I_A}.\ell = 0,06N\)

c) Muốn ampe kế chỉ số 0 thì i_C phải có độ lớn bằng I = 0,5A và dòng i_C phải ngược chiều với dòng I, tức dòng i_C có chiều từ N đến M → thanh MN phải chuyển động sang trái.

Gọi v là vận tốc của thanh MN:

\(\begin{array}{l} {i_c} = \frac{{B\ell v}}{{R + r}}\\ \Rightarrow v = \frac{{{i_c}\left( {R + r} \right)}}{{B\ell }} = 15m/{\rm{s}} \end{array}\)

...

---Để xem tiếp nội dung Chuyên đề Hướng dẫn dạng bài tính Suất điện động cảm ứng trong thanh, các em vui lòng đăng nhập vào trang hoc247.net để xem online hoặc tải về máy tính---

Trên đây là một phần trích đoạn nội dung Hướng dẫn dạng bài tính Suất điện động cảm ứng trong thanh năm học 2019-2020 môn Vật lý 11. Để xem toàn bộ nội dung 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 .

Các em quan tâm có thể tham khảo thêm các tài liệu cùng chuyên mục:

• Tóm tắt kiến thức và công thức chương 1 Điện tích- Điện tích trường môn Vật lý 11

• Bài tập tổng hợp Điện tích- Điện trường hay và khó Vật lý 11

• Bài tập tổng hợp nâng cao Điện tích- Định luật Culong Vật lý 11

Chúc các em học tập tốt !