Chúng tôi giới thiệu Giải bài tập Vật Lí lớp 11 Bài 23: Từ thông. Cảm ứng điện từ chính xác, chi tiết nhất giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Từ thông. Cảm ứng điện từ lớp 11.
Giải bài tập Vật Lí lớp 11 Bài 23: Từ thông. Cảm ứng điện từ
Trả lời câu hỏi giữa bài
Trả lời câu C1 trang 143 SGK Vật lí 11: Hãy giải thích sự biến thiên từ thông qua mạch kín ( C ) trong từng thí nghiệm.
Theo công thức đinh nghĩa từ thông thì cảm ứng từ qua mạch kín càng nhiều thì từ thông càng lớn.
Ở hình 23.1a
Khi nam châm tiến lại gần mạch kín (C) thì số lượng đường cảm ứng từ xuyên qua (C) càng tăng nên từ thông qua mạch (C) càng tăng.
Ở hình 23.1b
Khi nam châm dịch chuyển ra xa (C) thì số lượng đường cảm ứng từ xuyên qua (C) giảm dần làm cho từ thông qua (C) cũng giảm xuống.
Trả lời câu C2 trang 143 SGK Vật lí 11: Mô tả và giải thích thí nghiệm Fa-ra-đây được vẽ trên hình 23.4
Lời giải:
* Ở hình 23.4a) thí nghiệm Fa-ra-đây gồm có:
- Một ống dây (1) có điện kế G tạo thành mạch kín.
- 1 ống dây (2) nối với nguồn điện và khóa K.
* Mô tả thí nghiệm
- Khi K ngắt, kim điện kế G không bị lệch.
- Khi đóng khóa K, kim điện kế G bị lệch chứng tỏ trong ống dây (1) có dòng điện.
* Giải thích hiện tượng
- Khi K ngắt, ống dây (2) không có dòng điện chạy qua. Không có sự biến thiên từ thông qua ống dây (1) nên không xuất hiện dòng điện cảm ứng. Kim điện kế không lệch.
- Khi đóng khóa K, ống dây (2) có dòng điện chạy qua trở thành một nam châm điện gây ra một từ trường xuyên qua ống dây (1). Từ thông qua ống dây (1) tăng nên (từ giá trị không khi K đóng) làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong ống dây (1) để chống lại sự biến thiên từ thông qua nó. Kim điện kế lệch.
* Ở hình 23.4b) thí nghiệm Fa-ra-đây gồm có:
- 1 ống dây (1) có điện kế G tạo thành một mạch kín.
- 1 ống dây (2) nối với nguồn điện và một biến trở và trở thành một nam châm điện.
* Mô tả thí nghiệm:
- Khi chưa dịch chuyển con chạy của biến trở , kim điện kế G không bị lệch.
- Dịch chuyển con chạy của biến trở, kim điện kế G bị lệch chứng tỏ trong ống dây (1) có dòng điện.
* Giải thích hiện tượng
- Khi chưa dịch chuyển con chạy từ thông qua ống dây (1) không đổi nên không xuất hiện dòng điện cảm ứng. Kim điện kế không lệch.
- Khi bắt đầu dịch chuyển con chạy trên biến trở, điện trở biến trở thay đổi làm cường độ dòng điện qua ống dây (2) biến đổi, làm cho từ trường của nam châm điện này thay đổi dẫn đến từ thông xuyên qua ống dây (1) để chống lại sự biến thiên từ thông này. Kim điện kế lệch.
Trả lời câu C3 trang 145 SGK Vật lí 11: Cho nam châm SN rơi thẳng đứng chui qua mạch kín (C) cố định như hình 23.5 . Hãy xác định chiều dòng điện cảm ứng xuất hiện trong (C).
Lời giải:
- Khi nam châm rơi đến gần (C) , từ trường qua(C) tăng, từ thông qua (C) cũng tăng làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong (C) chạy theo chiều âm (ngược chiều dương).
- Khi nam châm ở trong lòng mạch (C), từ thông coi như không đổi, không có dòng điện cảm ứng trong (C).
- Khi nam châm rơi qua (C), từ thông qua (C) giảm trong mạch (C) xuất hiện dòng điện cảm ứng chạy theo chiều dương.
Câu hỏi và bài tập (trang 147 sgk Vật lí 11)
Bài 1 trang 147 SGK Vật lí 11: Phát biểu các định nghĩa:
- Dòng điện cảm ứng;
- Hiện tượng cảm ứng điện từ;
- Từ trường cảm ứng.
Lời giải:
Mỗi khi từ thông qua mạch kín (C) biến thiên thì trong mạch kín (C) xuất hiện một dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng.
Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng trong (C) gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.
Khi dòng điện cảm ứng xuất hiện thì cũng sinh ra từ trường, gọi là từ trường cảm ứng.
Bài 2 trang 147 SGK Vật lí 11: Dòng điện Fu - cô là gì?
Lời giải:
Dòng điện Fucô hoặc dòng điện xoáy, là hiện tượng dòng điện sinh ra khi ta đặt một vật dẫn điện vào trong một từ trường biến đổi theo thời gian hay vật dẫn chuyển động cắt ngang từ trường
Bài 3 trang 147 SGK Vật lí 11: Mạch kín (C) không biến dạng trong từ trường đều . Hỏi trong trường hợp nào dưới đây, từ thông qua mạch biến thiên?
A. (C) chuyển động tịnh tiến.
B. (C) chuyển động quay xung quanh một trục cố định vuông góc với mặt phằng chứa mạch
C. (C) chuyển động trong một mặt phẳng vuông góc với .
D. (C) quay xung quanh trục cố định nằm trong mặt phẳng chứa mạch và trục này không song song với đường sức từ
Phương pháp giải:
Từ thông qua một diện tích S đặt trong một từ trường đều:
với:
Lời giải:
Đáp án D.
Khi (C) quay xung quanh trục cố định nằm trong mặt phẳng chứa mạch và trục này không song song với đường sức từ thì từ thông qua mạch biến thiên.
Bài 4 trang 147 SGK Vật lí 11: Mạch kín tròn (C) nằm trong cùng mặt phẳng (P) với dòng điện thẳng I ( Hình 23.8). Hỏi trường hợp nào dưới đây, từ thông qua (C) biến thiên ?
A. (C) dịch chuyển trong mặt phẳng P lại gần I hoặc ra xa I
B. (C) dịch chuyển trong mặt phẳng P với vận tốc song song với dòng I.
C. (C) cố định, dây dẫn thẳng mang dòng I chuyển động tịnh thiến dọc theo chính nó.
D. (C) quay xung quanh dòng điện I.
Phương pháp giải:
+ Cảm ứng từ của dòng điện thẳng dài:
+ Công thức từ thông:
Lời giải:
Đáp án A.
Cảm ứng từ của dòng điện thẳng dài: => càng gần I từ trường càng mạnh.
=> Khi (C) dịch chuyển trong mặt phẳng P lại gần I hoặc ra xa I thì từ thông qua (C) sẽ biến thiên.
Bài 5 trang 148 SGK Vật lí 11: Xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong các thí nghiệm dưới đây (Hình 23.9).
a) Nam châm chuyển động tịnh tiến ( Hình 23.9a).
b) Mạch (C) chuyển động tịnh tiến (Hình 23.9b).
c) Mạch (C) quay (Hình 23.9c).
d) Nam châm quay liên tục (Hình 23.9d)
Phương pháp giải:
Định luật Len - xơ: Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín.
Lời giải:
a) Nam châm tịnh tiến ra xa vòng dây, từ thông qua vòng dây giảm nên trong vòng dây xuất hiện dòng điện cảm ứng gây ra một từ trường cảm ứng cùng chiều với từ trường của nam châm (theo định luật Len-xơ). Do đó dòng điện cảm ứng trong (C) ngược chiều kim đồng hồ => Mặt của (C) đối diện với cực S của nam châm là mặt Bắc.
(Có thể áp dụng quy tắc "vào Nam-ra Bắc", ta thấy nam châm tịnh tiến ra xa vòng dây nên (C) là mặt N. Từ đó ta xác định được chiều của dòng cảm ứng).
b) Mạch (C) chuyển động tịnh tiến lại gần nam châm, từ thông qua (C) tăng. Trong vòng dây xuất hiện dòng điện cảm ứng sao cho từ trương mà nó sinh ra ngược chiều với từ trường của nam châm (theo định luật Len-xơ). Do đó dòng điện cảm ứng trong (C) chạy theo chiều kim đồng hồ => Mặt của (C) đối diện với cực S của nam châm là mặt Nam.
(Có thể áp dụng quy tắc "vào Nam-ra Bắc", ta thấy nam châm đang tịnh tiến vào trong vòng dây nên mặt (C) là mặt S. Từ đó, ta xác định được chiều của dòng cảm ứng).
c) Mạch (C) quay quanh trục vuông góc với (C) nên từ thông qua (C) không thay đổi. Trong mạch (C) không xuất hiện dòng điện cảm ứng.
d) Nam châm quay liên tục, từ thông qua (C) biến thiên tuần hoàn nên trong (C) xuất hiện dòng điện cảm ứng xoay chiều, chiều dòng điện cảm ứng thay đổi tuần hoàn.
Lý thuyết Bài 23: Từ thông. Cảm ứng điện từ
I - THÍ NGHIỆM
a- Khi nam châm ra xa ống dây, số đường sức từ qua ống dây giảm đi
b- Khi nam châm lại gần ống dây, số đường sức từ qua ống dây tăng lên
Khi số đường sức qua ống dây biến đổi thì kim điện kế lệch khỏi vạch 0
c- Khi con chạy di chuyển trên biến trở, kim điện kế lệch khỏi vạch số 0. Khi con chạy dừng lại, kim điện kế lại trở về vạch số 0
II- TỪ THÔNG
Từ thông qua một diện tích S đặt trong từ trường đều:
Từ thông qua khung dây có N vòng dây:
Trong đó:
+ : từ thông (Wb)
+ B: cảm ứng từ (T)
+
+ N: số vòng dây
+ Đơn vị: Wb (vêbe)
- Ý nghĩa của từ thông: diễn tả số đường sức từ xuyên qua diện tích S.
III- HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
1. Thí nghiệm
+ Thí nghiệm 1: Thí nghiệm gồm một nam châm và một ống dây có mắc một điện kế nhạy để phát hiện dòng điện trong ống dây.
Khi ống dây và nam châm đứng yên thì trong ống dây không có dòng điện. Khi ống dây và nam châm chuyển động tương đối với nhau thì trong thời gian chuyển động, trong ống dây có dòng điện.
Thí nghiệm cho biết từ trường không sinh ra dòng điện. Nhưng khi số đường sức từ qua ống dây thay đổi thì có dòng điện qua ống dây.
+ Thí nghiêm 2: Thí ngiệm gồm mạch điện có một cuộn dây được lồng trong vòng dây có kim điện kế. Khi đóng hoặc ngắt mạch điện hoặc dịch chuyển biến trở ( dòng điện trong mạch thay đổi) thì trong thời gian dòng điện trong mạch thay đổi, trong vòng dây có dòng điện chạy qua, tức là khi số đường sức từ xuyên qua ống dây biến đổi thì trong vòng dây xuất hiện dòng điện
2. Kết luận
a) Tất cả các thí nghiệm trên đây đều có một đặc điểm chung là từ thông qua mạch kín (C) biến thiên
b) Kết quả của các thí nghiệm ấy và của nhiều thí nghiệm tương tự khác chứng tỏ rằng:
- Mỗi khi từ thông qua mạch kín (C) biến thiên thì trong mạch kín (C) xuất hiện một dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng. Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng trong (C) gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.
- Hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ tồn tại trong khoảng thời gian từ thông qua mạch kín biến thiên.
IV- ĐỊNH LUẬT LEN – XƠ VỀ CHIỀU DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG
1. Ta hãy khảo sát quy luật xác định chiều dòng điện cảm ứng xuất hiện trong một mạch kín khi từ thông qua mạch kín ấy biến thiên.
Ta quy ước chiều dương trên (C) phù hợp với chiều của đường sức từ của nam châm (hoặc ống dây điện) qua (C) theo quy tắc nắm tay phải ở trên.
Ở thí nghiệm Hình 23.3a, từ thông qua (C) tăng: Dòng điện cảm ứng i trong mạch kín (C) có chiều ngược với chiều dương trên (C)
Ở thí nghiệm Hình 23.3b, từ thông qua (C) giảm: Dòng điện cảm ứng i trong mạch kín (C) có chiều trùng với chiều dương trên (C).
2. Để dễ dàng so sánh, ta chú ý rằng khi dòng điện cảm ứng xuất hiện thì cũng sinh ra từ trường, gọi là từ trường cảm ứng. Cần phân biệt từ trường cảm ứng với từ trường của nam châm hay nam châm điện - được gọi là từ trường ban đầu. Chiều của từ trường cảm ứng và chiều dòng điện cảm ứng liên quan chặt chẽ với nhau.
3. Quá trình phân tích các kết quả thí nghiệm mô tả trên hình 23.3 và các thí nghiệm tương tự dẫn tới kết luận sau: Nếu xét các đường sức từ đi qua mạch kín, từ trường cảm ứng ngược chiều với từ trường ban đầu khi từ thông qua mạch kín tăng và cùng chiều với từ trường ban đầu khi từ thông qua mạch kín giảm.
Nói cách khác: Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín.
Phát biểu trên là nội dung của định luật Len - Xơ, nó cho phép ta xác định chiều dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín.
4. Trường hợp từ thông qua (C) biến thiên do chuyển động
Khi từ thông qua (C) biến thiên do kết quả của một chuyển động nào đó thì từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại chuyển động nói trên.
Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch.
Dấu “-“ biểu thị định luật Len-xơ
Trong trường hợp mạch điện là một khung dây có N vòng dây thì:
VI. DÒNG ĐIỆN FU - CÔ (FOUCAULT)
Thực nghiệm chứng tỏ rằng dòng điện cảm ứng cũng xuất hiện trong các khối kim loại khi những khối này chuyển động trong một từ trường hoặc được đặt trong một từ trường biến thiên theo thời gian. Những dòng điện cảm ứng đó được gọi là dòng điện Fu- cô. Dòng điện Fu- cô là dòng điện cảm ứng nên nó cũng chống lại chuyển động tương đối của khối kim loại và tác dụng nhiệt làm nóng khối kim loại đó.
Dòng Fu - co có thể gây tác dụng có hại ( chẳng hạn, làm nóng máy biến áp) hoặc có lợi ( chẳng hạn, ứng dụng trong bộ phận phanh điện từ của một số ô tô, hoặc dùng để đốt nóng kim loại trong một số lò tôi kim loại).
Sơ đồ tư duy về Từ thông. Cảm ứng điện từ
