Phương pháp giải bài toán về suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây chuyển động môn Vật Lý 11 năm 2021-2022 là tài liệu được HOC247 biên tập chi tiết và rõ ràng nhằm giúp các em học sinh rèn luyện kĩ năng giải bài tập môn Vật Lý 11 góp phần chuẩn bị thật tốt cho kì thi sắp tới. Hi vọng tài liệu này sẽ có ích cho các em và là tài liệu giảng dạy có ích cho quý thầy cô. Mời các em và các quý thầy cô cùng theo dõi.
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 \(\overrightarrow{B}\) vuông góc với mặt khung dây, khi đó suất điện động trong khung dây được tính theo công thức:
\(\left\{ \begin{align} & {{e}_{C}}=\left| \frac{\Delta \Phi }{\Delta t} \right|=\frac{B.\left| \Delta S \right|}{\Delta t} \\ & \Delta S=l.s=lv.\Delta t \\ \end{align} \right.\Rightarrow \left| {{e}_{C}} \right|=Blv\)
- Trong trường hợp \(\overrightarrow{B}\) và \(\overrightarrow{v}\) hợp với nhau một góc \(\alpha \) 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 iC do hiện tượng cảm ứng điện từ tạo ra).
2. Ví dụ minh hoạ
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 điện trở \(R=3\,\,\Omega .\) Vận tốc của thanh AB là 12 m/s. Hệ thống đặt trong từ trường đều có \(\operatorname{B}=0,4\,\,T,\)\(\overrightarrow{B}\) vuông góc với mạch điện.
.jpg?enablejsapi=1)
a. Tìm suất điện động cảm ứng trong khung.
A. 0,48 V.
B. 0,96 V.
C. 0,83 V.
D. 0,69 V.
b. Cường độ dòng điện cảm ứng và cho biết chiều?
A. \({{\operatorname{I}}_{C}}=0,32\,\,\left( A \right)\) và chiều từ A đến B.
B. \({{\operatorname{I}}_{C}}=0,32\,\,\left( A \right)\) và chiều từ B đến A.
C. \({{\operatorname{I}}_{C}}=0,23\,\,\left( A \right)\) và chiều từ A đến B.
D. \({{\operatorname{I}}_{C}}=0,23\,\,\left( A \right)\) và chiều từ B đến A.
Lời giải:
a. Suất điện động cảm ứng trong thanh:
\(B=4\pi {{.10}^{-7}}\frac{N.i}{l}\)
Đáp án B.
b. Dòng điện trong mạch: \(\Phi =NBS=4\pi {{.10}^{-7}}\frac{{{N}^{2}}}{l}S.i\)
Áp dụng quy tắc bàn tay phải suy ra chiều của dòng điện cảm ứng đi qua thanh AB theo chiều từ A đến B.
Đáp án A.
Ví dụ 2: Cho hệ thống như hình vẽ, thanh MN có chiều dài 50 m chuyển động với tốc độ 10 m/s trong từ trường đều \(\overrightarrow{B}\) Tụ điện có điện dung \(L=4\pi {{.10}^{-7}}.\frac{{{N}^{2}}}{l}.S\Rightarrow \Phi =L.i\) Tính độ lớn điện tích của tụ điện và cho biết bản nào tích điện dương.
.jpg)
A. \(L=4\pi {{.10}^{-7}}.\frac{{{N}^{2}}}{l}.S=4\pi {{.10}^{-7}}.{{\left( \frac{N}{l} \right)}^{2}}.\,lS\Rightarrow L=4\pi {{.10}^{-7}}.{{n}^{2}}.V\) bản M tích điện dương.
B. \(n=\frac{N}{l}\) bản N tích điện dương.
C. \(V=lS\) bản M tích điện dương.
D. \({{e}_{tc}}=-\frac{\Delta \phi }{\Delta t}=-\frac{\Delta \left( Li \right)}{\Delta t}=-L\frac{\Delta i}{\Delta t}\Rightarrow \) bản N 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:
\({{e}_{tc}}=L\left| \frac{\Delta i}{\Delta t} \right|\)
+ Nguồn điện MN sẽ nạp điện cho tụ C nên điện tích của tụ C là:
\(W=\frac{1}{2}L.{{i}^{2}}.\)
+ 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.
Đáp án A.
Ví dụ 3: Cho mạch điện như hình vẽ, nguồn có suất điện động \(W=\frac{1}{2}L.{{i}^{2}}=\frac{1}{2}.4\pi {{.10}^{-7}}.{{n}^{2}}.V.{{i}^{2}}\Rightarrow \text{w}=\frac{W}{V}=\frac{1}{2}.4\pi {{.10}^{-7}}.{{n}^{2}}.{{i}^{2}}\) điện trở trong \(\mu \) thanh MN có chiều dài 1 m có điện trở \(B=\left( 4\pi {{.10}^{-7}}\frac{NI}{l} \right)\mu \) Từ trường \(L=\left( 4\pi {{.10}^{-7}}.\frac{{{N}^{2}}}{l}S \right)\mu \) có phương thẳng đứng, hướng xuống và vuông góc với mặt khung như hình vẽ và \(\mu \) Thanh MN dài có điện trở không đáng kể.
.jpg)
a. Ampe kế chỉ bao nhiêu khi MN đứng yên? Tính độ lớn lực từ tác dụng lên thanh MN khi đó.
A. \(l=50\,\,\text{cm},N=1000\)
B. \(S=10\,\,\text{c}{{\text{m}}^{\text{2}}}\)
C. \(\mu =1\)
D. \(B=4\pi {{.10}^{-7}}\frac{N.i}{l}\)
b. Ampe kế chỉ bao nhiêu khi MN di chuyển về phía phải với vận tốc \(\Phi =NBS=4\pi {{.10}^{-7}}\frac{{{N}^{2}}}{l}S.i\) sao cho hai đầu MN luôn tiếp xúc với hai thanh đỡ bằng kim loại? Tính độ lớn lực từ tác dụng lên thanh MN khi đó.
A. \(\overrightarrow{B}\)
B. \(L=\frac{\Phi }{i}=4\pi {{.10}^{-7}}.\frac{{{N}^{2}}}{l}S\)
C. \(\mu \)
D. \(B=\left( 4\pi {{.10}^{-7}}\frac{NI}{l} \right)\mu \)
c. Muốn Ampe kế chỉ số 0 phải để thanh MN di chuyển về phía nào với vận tốc là bao nhiêu?
A. MN chuyển động sang trái, \(\Phi =NBS=4\pi {{.10}^{-7}}\frac{{{N}^{2}}}{l}SI\mu \)
B. MN chuyển động sang phải, \(\overrightarrow{B}\)
C. MN chuyển động sang trái, \(L=\left( 4\pi {{.10}^{-7}}.\frac{{{N}^{2}}}{l}S \right)\mu \)
D. MN chuyển động sang phải, \(L=4\pi {{.10}^{-7}}.\frac{{{N}^{2}}}{l}S=4\pi {{.10}^{-7}}.\frac{{{1000}^{2}}}{0,5}\left( {{10.10}^{-4}} \right)=2,{{5.10}^{-3}}\,\,\left( \text{H} \right)\)
Lời giải:
a. Khi thanh MN đứng yên thì trong mạch không có dòng cảm ứng nên số chỉ ampe kế là: -2,1
+ Độ lớn từ tác dụng lên thanh MN: -4,2
Đáp án B.
b. Khi thanh chuyển động về phía phải thì trong mạch có dòng cảm ứng có chiều từ M đến N và có độ lớn được xác định theo công thức: \(L=4\pi {{.10}^{-7}}.\frac{{{N}^{2}}}{l}S=4\pi {{.10}^{-7}}.\frac{{{N}^{2}}}{l}.\frac{\pi {{d}^{2}}}{4}=4\pi {{.10}^{-7}}.\frac{{{2000}^{2}}}{1,5}\frac{\pi .0,{{4}^{2}}}{4}=0,42\,\,\left( \text{H} \right)\)
+ Trong mạch có hai dòng điện là dòng do nguồn tạo ra và dòng do 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 hai dòng này, do đó: \({{e}_{tc}}=-L\frac{\Delta i}{\Delta t}=-L\frac{\left( {{i}_{2}}-{{i}_{1}} \right)}{\Delta t}=-0,42.\left( \frac{5-0}{1} \right)=-2,1\,\,\left( \text{V} \right)\)
+ Lực từ tác dụng lên thanh MN khi này là: \(B=4\pi {{.10}^{-7}}\frac{N.i}{l}=4\pi {{.10}^{-7}}\frac{2000.5}{1,5}=8,{{4.10}^{-3}}\,\,\left( \text{T} \right)\)
Đáp án C.
c. Muốn ampe kế chỉ số 0 thì \(W=\frac{1}{2}L.{{i}^{2}}=\frac{1}{2}.0,{{42.5}^{2}}=5,25\,\,\left( \text{J} \right)\) phải có độ lớn bằng \)0\to 4\,\,A.\) và dòng \(L=4\pi {{.10}^{-7}}.\frac{{{N}^{2}}}{l}S=4\pi {{.10}^{-7}}.\frac{{{800}^{2}}}{0,4}{{.10.10}^{-4}}={{2.10}^{-3}}\,\left( \text{H} \right)\) phải ngược chiều với dòng i, tức dòng \(\left| {{e}_{tc}} \right|=L\left| \frac{\Delta i}{\Delta t} \right|=L\left| \frac{{{i}_{2}}-{{i}_{1}}}{\Delta t} \right|\Rightarrow \Delta t=L\left| \frac{{{i}_{2}}-{{i}_{1}}}{{{e}_{tc}}} \right|={{2.10}^{-3}}\left| \frac{4-0}{1,2} \right|=6,{{7.10}^{-3}}\,\left( \text{s} \right)\) có chiều từ N đến M vậy suy ra thanh MN phải chuyển động sang trái.
Gọi v là vận tốc của thanh MN, ta có: t=0
Đáp án D.
3. LUYỆN TẬP
Câu 1: Xác định chiều dòng điện cảm ứng trong vòng dây khi nhìn vào mặt bên trong trường hợp cho nam châm rơi thẳng đứng xuyên qua tâm vòng dây giữ cố định nằm ngang.
.jpg)
A. Lúc đầu dòng điện cùng kim đồng hồ, sau khi nam châm xuyên qua thì ngược kim đồng hồ.
B. Lúc đầu dòng điện ngược kim đồng hồ, sau khi nam châm xuyên qua thì cùng kim đồng hồ.
C. Không có dòng điện cảm ứng trong vòng dây.
D. Dòng điện cảm ứng luôn cùng kim đồng hồ.
Câu 2: Khi cho nam châm xuyên qua vòng dây treo như hình vẽ thì chúng tương tác hút hay đẩy.
.jpg)
A. Luôn đẩy nhau.
B. Ban đầu hút nhau, sau khi xuyên qua thì đẩy nhau.
C. Ban đầu đẩy nhau, sau khi xuyên qua thì hút nhau.
D. Luôn hút nhau.
Câu 3: Khi cho khung dây kín chuyển động ra xa dòng điện thẳng dài I1 như hình vẽ thì chúng sẽ
.jpg)
A. đẩy nhau.
B. hút nhau.
C. hút hay đẩy phụ thuộc tốc độ.
D. không tương tác.
Câu 4: Cho dòng điện thẳng cường độ I. Khung dây dẫn hình chữ nhật MNPQ đặt gần dòng điện thẳng, cạnh MQ song song với dòng điện thẳng. Trong khung dây không có dòng điện cảm ứng khi
A. khung quay quanh cạnh MQ.
B. khung quay quanh cạnh MN.
C. khung quay quanh cạnh PQ.
D. khung quay quanh trục là dòng điện thẳng I.
Câu 5: Năng lượng từ trường của ống dây có dạng biểu thức là
A. \(W=Li/2.\)
B. \(W=L{{i}^{2}}/2.\)
C. \(W={{L}^{2}}i/2.\)
D. \(W=L{{i}^{2}}.\)
Câu 6: Một ống dây dài 50 cm tiết diện ngang là 10 cm2 gồm 100 vòng. Hệ số tự cảm của ống dây là
A. 25\(\mu H.\)
B. 250\(\mu H.\)
C. 125\(\mu H.\)
D. 1250\(\mu H.\)
Câu 7: Năng lượng từ trường của ống dây có dạng biểu thức là
A. \(W=Li/2.\)
B. \(W=L{{i}^{2}}/2.\)
C. \(W={{L}^{2}}i/2.\)
D. \(W=L{{i}^{2}}.\)
Câu 8: Một ống dây gồm 500 vòng có chiều dài 50 cm, tiết diện ngang của ống là 100 cm2. Lấy \)\pi =3,14;\) hệ số tự cảm của ống dây có giá trị
A. 15,9 mH.
B. 31,4 mH.
C. 62,8 mH.
D. 6,28 mH.
Câu 9: Nếu một vòng dây quay trong từ trường đều quanh một trục vuông góc với từ trường, dòng điện cảm ứng
A. đổi chiều sau mỗi vòng quay.
B. đổi chiều sau nửa vòng quay.
C. đổi chiều sau mỗi một phần tư vòng.
D. không đổi chiều.
Câu 10: Dây dẫn thứ nhất có chiều dài L được quấn thành một vòng sau đó thả một nam châm rơi vào vòng dây. Dây dẫn thứ hai cùng bản chất có chiều dài 2L được quấn thành 2 vòng sau đó cũng thả nam châm rơi như trên. So sánh cường độ dòng điện cảm ứng trong hai trường hợp thì
A. \({{I}_{1}}=2{{I}_{2}}.\)
B. \({{I}_{1}}=2{{I}_{1}}.\)
C. \({{I}_{1}}={{I}_{2}}=0.\)
D. \({{I}_{1}}={{I}_{2}}\ne 0.\)
Câu 11: Từ thông qua một mạch điện kín phụ thuộc vào
A. tiết diện của dây dẫn làm mạch điện.
B. điện trở của dây dẫn làm mạch điện.
C. khối lượng của dây dẫn làm mạch điện.
D. hình dạng, kích thước của mạch điện.
Câu 12: Một dây dẫn có chiều dài l bọc một lớp cách điện rồi gập lại thành hai phần bằng nhau sát nhau rồi cho chuyển động vuông góc với các đường cảm ứng từ của một từ trường đều cảm ứng từ B với vận tốc v. Suất điện động cảm ứng trong dây dẫn có giá trị
A. \(e=Bv/l.\)
B. \(e=2Bvl.\)
C. \(e=Bvl.\)
D. \(e=0.\)
Câu 13: Suất điện động cảm ứng của một thanh dẫn điện chuyển động tịnh tiến với vận tốc không đổi trong một từ trường đều không phụ thuộc vào yếu tố nào sau đây
A. độ lớn của cảm ứng từ.
B. vận tốc chuyển động của thanh.
C. độ dài của thanh.
D. bản chất kim loại làm thanh.
Câu 14: Nếu một mạch điện hở chuyển động trong từ trường cắt các đường sức từ thì
A. trong mạch không có suất điện động cảm ứng.
B. trong mạch không có suất điện động và dòng điện cảm ứng.
C. trong mạch có suất điện động và dòng điện cảm ứng.
D. trong mạch có suất điện động cảm ứng nhưng không có dòng điện.
Câu 15: Đáp án nào sau đây là sai. Hệ số tự cảm của ống dây
A. phụ thuộc vào cấu tạo và kích thước của ống dây.
B. có đơn vị là Henri (H).
C. được tính bằng công thức \(L=4\pi {{.10}^{-7}}.NS/l.\)
D. càng lớn nếu số vòng dây trong ống dây càng nhiều.
---(Để xem tiếp nội dung từ câu 11 đến câu 30 của tài liệu các em vui lòng xem Online hoặc Đăng nhập vào HOC247 để tải về máy)---
ĐÁP ÁN PHẦN LUYỆN TẬP
|
1-B |
2-C |
3-B |
4-D |
5-B |
6-A |
7-B |
8-D |
9-B |
10- |
|
11-D |
12-D |
13-D |
14-D |
15-C |
16-A |
17-B |
18-D |
19-D |
20-B |
|
21-A |
22-D |
23-C |
24-D |
25-A |
26-B |
27-A |
28-B |
29-C |
30-A |
Trên đây là trích dẫn một phần nội dung tài liệu Phương pháp giải bài toán về suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây chuyển động 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.
