Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây chuyển động môn Vật Lý 11 năm 2021-2022

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.

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: \(\left| {{e}_{C}} \right|=Bvl\sin \alpha \)

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.

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:

\({{e}_{C}}=B.v.l\sin \alpha =0,4.0,2.12.\sin {{90}^{0}}=0,96\,\,\left( \text{V} \right)\)

Đáp án B.

b) Dòng điện trong mạch: \({{I}_{C}}=\frac{{{e}_{C}}}{R}=0,32\,\,\left( \text{A} \right)\)

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 \(\operatorname{B}=0,25\,\,T.\) Tụ điện có điện dung \(\operatorname{C}=10\,\,\mu F.\) Tính độ lớn điện tích của tụ điện và cho biết bản nào tích điện dương.

A. \(\operatorname{q}=12,5\,\,\mu C,\) bản M tích điện dương.                        

B. \(\operatorname{q}=12,5\,\,\mu C,\) bản N tích điện dương.                         

C. \(\operatorname{q}=1,25\,\,\mu C,\) bản M tích điện dương.                        

D. \(\operatorname{q}=1,25\,\,\mu C,\) 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:

\(e=Bvl=1,25\,\,\left( \text{V} \right)\)

+ 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.

Đáp án A.

Ví dụ 3: Cho mạch điện như hình vẽ, nguồn có suất điện động \(E=1,5\,\,\text{V},\) điện trở trong \(r=0,1\,\,\Omega ,\) 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 \(B=0,1\,\,\text{T}.\) 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.

A. \(I=0,5\,\,\text{A;}\,\,F=0,025\,\,\text{N}.\)          

B. \(I=0,5\,\,\text{A};\,\,F=0,05\,\,\text{N}.\)          

C. \(I=0,25\,\,\text{A};\,\,F=0,025\,\,\text{N}.\)        

D. \(I=0,25\,\,\text{A};\,\,F=0,05\,\,\text{N}.\)

b. Ampe kế chỉ bao nhiêu khi MN di chuyển về phía phải với vận tốc \(\operatorname{v}=3\,\,m/s\) 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. \(I=0,1\,\,\text{A};\,\,F=0,01\,\,\text{N}.\)            

B. \(I=0,5\,\,\text{A};\,\,F=0,05\,\,\text{N}.\)          

C. \(I=0,6\,\,\text{A};\,\,F=0,06\,\,\text{N}.\)            

D. \(I=0,4\,\,\text{A};\,\,F=0,04\,\,\text{N}.\)

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, \(\operatorname{v}=10\,\,m/s.\)

B. MN chuyển động sang phải, \(\operatorname{v}=10\,\,m/s.\)                          

C. MN chuyển động sang trái, \(\operatorname{v}=15\,\,m/s.\)

D. MN chuyển động sang phải, \(\operatorname{v}=15\,\,m/s.\)

Lời giải

a) Khi thanh MN đứng yên thì trong mạch không có dòng cảm ứng nên số chỉ ampe kế là: \(I=\frac{E}{R+r}=0,5\,\,\text{A}\)

+ Độ lớn từ tác dụng lên thanh MN: \(F=B.I.l=0,05\,\,\text{N}\)

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: \({{i}_{C}}=\frac{{{e}_{C}}}{R+r}=\frac{Blv}{R+r}=0,1\,\,\text{A}.\)

+ 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: \({{I}_{A}}=I+{{i}_{C}}=0,6\,\,\text{A}\)

+ Lực từ tác dụng lên thanh MN khi này là: \(F=B.{{I}_{A}}.l=0,06\,\,\text{N}.\)

Đáp án C.

c) Muốn ampe kế chỉ số 0 thì \({{i}_{C}}\) phải có độ lớn bằng \(I=0,5\,\,\text{A}\) và dòng \({{i}_{C}}\) phải ngược chiều với dòng i, tức dòng \({{i}_{C}}\) 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: \({{i}_{C}}=\frac{Blv}{R+r}\Rightarrow v=\frac{{{i}_{C}}\left( R+r \right)}{Bl}=15\,\,\text{m/s}\)

Đáp án D.

Ví dụ 4: Hai thanh kim loại song song, thẳng đứng có điện trở không đáng kể, một đầu nối vào điện trở \(R=0,5\,\,\Omega \,.\) Một đoạn dây dẫn AB, độ dài \(\operatorname{l}=14\,\,cm,\) khối lượng \(\operatorname{m}=2\,\,g,\) điện trở \(r=0,5\,\,\Omega \) tì vào hai thanh kim loại tự do trượt không ma sát xuống dưới và luôn luôn vuông góc với hai thanh kim loại đó. Toàn bộ hệ thống đặt trong một từ trường đều có hướng vuông góc với mặt phẳng hai thanh kim loại có cảm ứng từ \(\operatorname{B}=0,2\,\,T.\) Lấy \(\operatorname{g}=9,8\,\,m/{{s}^{2}}.\)

a) Xác định chiều dòng điện qua R.

A. Chiều từ A đến B.              

B. Chiều từ B đến A.

C. Chiều bất kì.             

D. Không đủ dữ liệu để xác định.

b) Chứng minh rằng lúc đầu thanh AB chuyển động nhanh dần, sau một thời gian chuyển động trở thành chuyển động đều. Tính vận tốc chuyển động đều ấy và tính \({{U}_{AB}}.\)

A. \(v=20\,\,\text{m/s;}\,\,U=0,28\,\,\text{V}.\)         

B. \(v=25\,\,\text{m/s;}\,\,U=0,35\,\,\text{V}.\)

C. \(v=50\,\,\text{m/s};\,\,U=0,7\,\,\text{V}.\)           

D. \(v=40\,\,\text{m/s};\,\,U=0,56\,\,\text{V}.\)

c)  Bây giờ đặt hai thanh kim loại nghiêng với mặt phẳng nằm ngang một góc \(\alpha ={{60}^{0}}.\) Độ lớn và chiều của \(\overrightarrow{B}\) vẫn như cũ. Tính vận tốc v của chuyển động đều của thanh AB và U_AB.

A. \(v=20\,\,\text{m/s};\,\,U=0,28\,\,\text{V}\text{.}\)                                        

B. \(v=40\,\,\text{m/s};\,\,U=0,56\,\,\text{V}.\)

C. \(v=25\,\,\text{m/s};\,\,U=0,35\,\,\text{V}.\)         

D. \(v=28,87\,\,\text{m/s};\,\,U=0,35\,\,\text{V}.\)

Lời giải

a) Do thanh đi xuống nên từ thông qua mạch tăng. Áp dụng định luật Lenxơ, dòng điện cảm ứng sinh ra \(\overrightarrow{{{B}_{c}}}\) ngược chiều \(\overrightarrow{B}\) (Hình vẽ).

Áp dụng qui tắc nắm bàn tay phải, I chạy qua R có chiều từ \(A\to B\).

Đáp án A.

b) Ngày sau khi buông thì thanh AB chỉ chịu tác dụng của trọng lực \(P=mg\) nên thanh chuyển động nhanh dần \(\to v\) tăng dần.

- Đồng thời, do sau đó trong mạch xuất hiện dòng điện I nên thanh AB chịu thêm tác dụng của lực từ \(F=BIl\) có hướng đi lên.

-  Mặt  khác, suất điện động xuất hiện trong AB là: \(e=\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}=Blv\) nên

\(I=\frac{e}{R+r}=\frac{Blv}{R+r}\to F=\frac{{{B}^{2}}{{l}^{2}}v}{R+r}\)

- Cho nên khi v tăng đều thì  F  tăng dần \(\to \) tồn tại thời điểm mà \(F=P\). Khi đó thanh chuyển động đều.

- Khi thanh chuyển động đều thì:

\(F=mg\Leftrightarrow \frac{{{B}^{2}}{{l}^{2}}v}{R+r}=mg\Leftrightarrow v=\frac{\left( R+r \right)mg}{{{B}^{2}}{{l}^{2}}}=\frac{\left( 0,5+0,5 \right){{.2.10}^{-3}}.9,8}{0,{{2}^{2}}.0,{{14}^{2}}}=25\,\,\left( \text{m/s} \right)\)

-  Hiệu điện thế giữa hai đầu thanh khi đó là: \({{U}_{AB}}=I.R=\frac{Blv}{R+r}.R=\frac{0,2.0,14.25}{0,5+0,5}.0,5=0,35\,\,\left( \text{V} \right)\)

Đáp án B.

c) Khi để nghiêng hai thanh kim loại ta có hình vẽ bên:

-  Hiện tượng xảy ra tương tự như trường hợp b) khi ta thay P bằng Psina, thay B bằng B₁ với \({{B}_{1}}=B\sin a.\)

-  Lập luận tương tự ta có: \(F=mg\sin \alpha \Rightarrow \frac{{{\left( B\sin \alpha  \right)}^{2}}{{l}^{2}}v}{R+r}=mg\sin \alpha .\)

\(\Rightarrow v=\frac{\left( R+r \right)mg\sin \alpha }{{{\left( B\sin \alpha  \right)}^{2}}{{l}^{2}}}=\frac{\left( 0,5+0,5 \right){{.2.10}^{-3}}.9,8.\sin {{60}^{0}}}{{{\left( 0,2.\sin {{60}^{0}} \right)}^{2}}.0,{{14}^{2}}}=28,87\,\,\left( \text{m/s} \right)\)

- Hiệu điện thế giữa hai đầu thanh khi đó là:

\({{U}_{AB}}=I.R=\frac{B\sin \alpha .lv}{R+r}.R=\frac{0,2.\sin {{60}^{0}}.0,14.28,87}{0,5+0,5}.0,5=0,35\,\,\left( \text{V} \right)\)

Đáp án D.

Câu 1: Chọn một đáp án sai khi nói về từ trường:

A. Tại mỗi điểm trong từ trường chỉ vẽ được một và chỉ một đường cảm ứng từ đi qua.    

B. Các đường cảm ứng từ là những đường cong không khép kín.                       

C. Các đường cảm ứng từ không cắt nhau.                

D. Tính chất cơ bản của từ trường là tác dụng lực từ lên nam châm hay dòng điện đặt trong nó.

Câu 2: Công thức nào sau đây tính cảm ứng từ tại tâm của vòng dây tròn lên bán kính  R  mang dòng điện I:

A. \(B={{2.10}^{-7}}I/R.\)             

B. \(B=2\pi {{.10}^{-7}}I/R.\)                           

C. \(B=2\pi {{.10}^{-7}}I.R.\)                       

D. \(B=4\pi {{.10}^{-7}}I/R.\)

Câu 3: Độ lớn cảm ứng từ trong lòng một ống dây hình trụ có dòng điện chạy qua tính bằng biểu thức:

A. \(B=2\pi {{.10}^{-7}}I.N.\)                             

B. \(B=4\pi {{.10}^{-7}}IN/l.\)                          

C. \(B=4\pi {{.10}^{-7}}N/I.l.\)                   

D. \(B=4\pi .IN/l.\)

Câu 4: Trong các hình vẽ sau, hình vẽ nào biểu diễn đúng hướng của đường cảm ứng từ của dòng điện trong dây dẫn thẳng dài vô hạn vuông góc với mặt phẳng hình vẽ:

A.                    

B. 

C. 

D. B và C.

Câu 5: Độ lớn cảm ứng từ tại một điểm bên trong lòng ống dây có dòng điện đi qua sẽ tăng hay giảm bao nhiêu lần nếu số vòng dây và chiều dài ống dây đều tăng lên hai lần và cường độ dòng điện qua ống dây giảm bốn lần:

A. không đổi.                    

B. giảm 2 lần.                   

C. giảm 4 lần.                   

D. tăng 2 lần.

Câu 6: Hai điểm M và N gần dòng điện thẳng dài, cảm ứng từ tại M lớn hơn cảm ứng từ tại N 4 lần. Kết luận nào sau đây đúng:

A. \({{r}_{M}}=4{{r}_{N}}.\)               

B. \({{r}_{M}}=\frac{{{r}_{N}}}{4}.\)    

C. \({{r}_{M}}=2{{r}_{N}}.\)       

D. \({{r}_{M}}=\frac{{{r}_{N}}}{2}.\)

Câu 7: Hình vẽ nào dưới đây xác định đúng hướng của véc tơ cảm ứng từ tại M gây bởi dòng điện trong dây dẫn thẳng dài vô hạn:

A.       

B.               

C.                       

D. 

Câu 8: Hình vẽ nào dưới đây xác định sai hướng của véc tơ cảm ứng từ tại M gây bởi dòng điện trong dây dẫn thẳng dài vô hạn:

A.      

B. 

C.            

D. 

Câu 9: Hình vẽ nào dưới đây xác định đúng hướng của véc tơ cảm ứng từ tại M gây bởi dòng điện trong dây dẫn thẳng dài vô hạn:

A.          

B.         

C.                 

D. 

Câu 10: Hình vẽ nào dưới đây xác định sai hướng của véc tơ cảm ứng từ tại M gây bởi dòng điện trong dây dẫn thẳng dài vô hạn:

A.       

B.          

C.                      

D. 

---(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

1-B	2-B	3-B	4-A	5-C	6-B	7-B	8-C	9-B	10-C
11-D	12-A	13-C	14-D	15-B	16-B	17-B	18-B	19-B	20-B
21-B	22-B	23-B	24-B	25-A	26-B	27-A	28-A	29-D	30-C

 

Trên đây là trích dẫn một phần nội dung tài liệu 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.