SBT Vật lí 11 Bài 24: Suất điện động cảm ứng | Giải SBT Vật lí lớp 11

Chúng tôi giới thiệu Giải sách bài tập Vật lí lớp 11 Bài 24: Suất điện động cảm ứng chi tiết giúp học sinh xem và so sánh lời giải từ đó biết cách làm bài tập trong SBT Vật lí 11. Mời các bạn đón xem:

Giải SBT Vật lí 11 Bài 24: Suất điện động cảm ứng

Bài 24.1 trang 60 SBT Vật Lí 11: Câu nào dưới đây nói về suất điện động cảm ứng là không đúng ?

A. Là suất điện động trong mạch kín khi từ thông qua mạch kín biến thiên.

B. Là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín.

C. Là suất điện động có độ lớn không đổi và tuân theo định luật Ôm toàn mạch.

D. Là suất điện động có độ lớn tuân theo định luật Fa-ra-đây và có chiều phù hợp với định luật Len-xơ.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về suất điện động cảm ứng.

Lời giải:

Câu nói về suất điện động cảm ứng không đúng là: Là suất điện động có độ lớn không đổi và tuân theo định luật Ôm toàn mạch. Vì suất điện động cảm ứng có độ lớn tuân theo định luật Fa-ra-đây.

Chọn đáp án: C

Bài 24.2 trang 60 SBT Vật Lí 11: Công thức nào dưới đây biểu diễn đúng và đủ định luật Fa-ra-đây về suất điện động cảm ứng ec , với $\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }$ là độ biến thiên từ thông qua mạch kín trong khoảng thời gian Δt?

A. $e_c={\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }}{\mathrm{\Delta }t}}$  

B. $e_c=-{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }}{\mathrm{\Delta }t}}$        

C. $e_c=|{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }}{\mathrm{\Delta }t}}|$            

D. $e_c=-|{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }}{\mathrm{\Delta }t}}|$

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức của định luật Fa-ra-day : $e_c=-{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }}{\mathrm{\Delta }t}}$  

Lời giải:

Ta có: Công thức biểu diễn đúng và đủ định luật Fa-ra-đây về suất điện động cảm ứng ec là: $e_c=-{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }}{\mathrm{\Delta }t}}$ 

Chọn đáp án: B

Bài 24.3 trang 60 SBT Vật Lí 11: Một thanh kim loại dài 10 cm chuyển động với vận tốc 15 m/s theo phương vuông góc với các đường sức của một từ trường đều có cảm ứng từ 100 mT. Xác định độ lớn của suất điện động cảm ứng trong thanh kim loại này.

A. 0,15V         B. 2,5V          

C. 1,5V           D. 4,5V

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức của định luật Fa-ra-đây: $\left|e_c\right|=|{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }}{\mathrm{\Delta }t}}|$

Lời giải:

Sau khoảng thời gian Δt, thanh kim loại có độ dài l chuyển động với vận tốc $\overrightarrow{v}$ theo phương vuông góc với các đường sức của một từ trường có cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ , quét được diện tích ΔS = IvΔt. Khi đó từ thông qua diện tích quét ΔS bằng :

$\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }=B\mathrm{\Delta }S=B\ell v\mathrm{\Delta }t$ 

Áp dụng công thức của định luật Fa-ra-đây

$\left|e_c\right|=|{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }}{\mathrm{\Delta }t}}|$, ta xác định được suất điện động cảm ứng trong thanh kim loại :

$|e_c|=Blv={100.10}^{-3}.10{.10}^{-2}.15=0,15V$

Chọn đáp án A

Bài 24.4 trang 60 SBT Vật Lí 11: Một cuộn dây dẫn dẹt có đường kính 10 cm gồm 500 vòng dây được đặt trong từ trường. Nếu độ lớn của cảm ứng từ tăng từ 0 đến 2,0 T trong khoảng thời gian 0,10 s thì suất điện động cảm ứng trong cuộn dây dẫn này bằng:

A. 7,5V                       B. 78,5 mV

C. 78,5V                     D. 6,75V

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức của định luật Fa-ra-đây: $\left|e_c\right|=|{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }}{\mathrm{\Delta }t}}|$

Lời giải:

$$\begin{gathered} \left|e_c\right|=|{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }}{\mathrm{\Delta }t}}| \\ ={\displaystyle \frac{\mathrm{500.2.78},{5.10}^{-4}}{0,10}}=78,5V \end{gathered}$$

Chọn đáp án: C

Bài 24.5 trang 60 SBT Vật Lí 11: Một thanh kim loại nằm ngang dài 100 cm, quay quanh một trục thẳng đứng đi qua một đầu của thanh. Trục quay song song với các đường sức của một từ trường đều có cảm ứng từ 50μT. Giữa hai đầu thanh này xuất hiện một hiệu điện thế 1,0 mV. Tốc độ góc của thanh kim loại là:

A. 6 vòng/s.

B. 6 vòng/phút.

C. 3,9 rad/s.

D. 40 rad/s.

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức của định luật Fa – ra – đây: $\left|e_c\right|=|{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }}{\mathrm{\Delta }t}}|$

Lời giải:

|ec|=Bπl2n

Vì thanh kim loại có hai đầu hở, nên suất điện động cảm ứng xuất hiện trong thanh này bằng hiệu điện thế giữa hai đầu của nó : |ec|= u = 1,0 mV. Thay vào công thức trên, ta tìm được tốc độ quay của thanh kim loại :

$n={\displaystyle \frac{u}{B\pi .{\ell }^2}}={\displaystyle \frac{1,{0.10}^{-3}}{{50.10}^{-6}.3,14.({100.10}^{-2}{)}^2}}\approx 6,4$ vòng/giây

Tốc độ góc của thanh kim loại là: $\omega =2\pi .n=40rad/s$

Chọn đáp án: D

Bài 24.6 trang 60 SBT Vật Lí 11: Một khung dây dẫn cứng hình chữ nhật có diện tích 200 cm2, đặt ở vị trí tại đó mặt phẳng khung dây song song với các đường sức của một từ trường đều có cảm ứng từ 10 mT. Trong vòng 0,4s người ta quay khung dây dẫn đến vị trí mà mặt phẳng khung dây vuông góc với các đường sức từ. Độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung.

A. 50 V

B. 5 V

C. 0,5 mV

D. 5 mV

Phương pháp giải:

Sử dụng công thức của định luật Fa-ra-đây : $e_c=-\frac{\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }}{\mathrm{\Delta }t}$

Lời giải:

$e_c=-{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }}{\mathrm{\Delta }t}}=-{\displaystyle \frac{BS}{\mathrm{\Delta }t}}=-{\displaystyle \frac{{10.10}^{-3}.200{.10}^{-4}}{0,4}}=-0,5mV<0$ 

Dấu (-) trong công thức biểu thị định luật Len-Xơ.

Chọn đáp án: C

Bài 24.7 trang 61 SBT Vật Lí 11: Hai thanh đồng song song T1 và T2 nằm trong mặt phẳng ngang, có hai đầu P và Q nối với nhau bằng một dây dẫn, được đặt vuông góc với các đường sức của một từ trường đều hướng thẳng đứng lên trên và có cảm ứng từ 0,20 T (Hình 24.1). Một thanh đồng MN dài 20 cm đặt tựa vuông góc trên hai thanh T1 và T2, chuyển động tịnh tiến dọc theo hai thanh này với vận tốc không đổi u = 1,2 m/s. Xác định :

a) Độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong thanh đồng MN.

b) Chiều của dòng điện cảm ứng chạy trong thanh đồng MN.

Phương pháp giải:

+ Áp dụng công thức của định luật Fa-ra-đây : $\left|e_c\right|=|{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }}{\mathrm{\Delta }t}}|$

+ Sử dụng 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) Sau khoảng thời gian Δt, thanh đồng MN có độ dài l chuyển động tịnh tiến với vận tốc v dọc theo hai thanh đồng T1 và T2, quét được diện tích ΔS = lvΔt. Khi đó từ thông qua diện tích quét ΔS bằng :

 $\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }=B\mathrm{\Delta }S=B\ell v\mathrm{\Delta }t$

Áp dụng công thức của định luật Fa-ra-đây : $\left|e_c\right|=|{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }}{\mathrm{\Delta }t}}|$ ta xác định được độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong thanh đồng MN :

$|e_c|=Blv=0,\mathrm{20.20.}{10}^{-2}.1,2=48mV$

b) Vì từ thông qua diện tích quét ΔS của thanh đồng MN luôn tăng (  $\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }$> 0), nên theo định luật Len-xơ, dòng điện cảm ứng ic chạy trong thanh đồng MN phải theo chiều MNQP sao cho từ trường cảm ứng của dòng ic luôn ngược chiều với từ trường  để có tác dụng cản trở chuyển động của thanh đồng MN, chống lại sự tăng của từ thông qua diện tích quét ΔS.

Bài 24.8 trang 61 SBT Vật Lí 11: Một ống dây dẫn hình trụ dài gồm 1000 vòng dây, diện tích mỗi vòng là 100 cm2. Ống dây có điện trở 16Ω, hai đầu dây nối đoản mạch và được đặt trong một từ trường đều có vectơ cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ hướng song song với trục của ống dây và có độ lớn tăng đều 4,0.10-2 T/s. Xác định công suất toả nhiệt trong ống dây dẫn này.

Phương pháp giải:

+ Áp dụng công thức của định luật Fa-ra-đây :

+ Áp dụng định luật Jun - Len-xơ, ta tính được công suất nhiệt toả ra trong ống dây dẫn : $P=R{i}_c^2$$\left|e_c\right|=|{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }}{\mathrm{\Delta }t}}|$

Lời giải:

$i_c={\displaystyle \frac{|e_c|}{R}}={\displaystyle \frac{0,40}{16}}=25mA$

Áp dụng định luật Jun - Len-xơ, ta tính được công suất nhiệt toả ra trong ống dây dẫn :

$P=R{i}_c^2=16.({25.10}^{-3}{)}^2=10mW$

Bài 24.9 trang 61 SBT Vật Lí 11: Một cuộn dây dẫn dẹt gồm 1000 vòng dây, mỗi vòng có đường kính 20 cm, mỗi mét dài của dây dẫn có điện trở 0,50 Ω. Cuộn dây được đặt trong một từ trường đều có vectơ cảm ứng từ  hướng vuông góc với mặt phẳng của các vòng dây dẫn và có độ lớn giảm đều từ 1,0 mT đến 0 trong khoảng thời gian 10 ms. Xác định cường độ dòng điện cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây dẫn này

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức của định luật Fa – ra – đây:$|-e_c|=|{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }}{\mathrm{\Delta }t}}|$

Lời giải:

Trong khoảng thời gian Δt, từ thông qua cuộn dây dẫn biến thiên một lượng :

$\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }=\left|\mathrm{\Phi }-{\mathrm{\Phi }}_0\right|=\left|0-NBS\right|=NB{\displaystyle \frac{\pi d^2}{4}}$

Áp dụng công thức của định luật Fa – ra – đây:$|-e_c|=|{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }}{\mathrm{\Delta }t}}|$

Ta xác định được độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây dẫn:

$\left|e_c\right|={\displaystyle \frac{NB\pi .d^2}{4\mathrm{\Delta }t}}$ 

Các vòng của cuộn dây dẫn có độ dài tổng cộng l = Nπd . Vì mỗi mét dài của dây dẫn có điện trở R0 = 0,5 Ω, nên điện trở của cả cuộn dây dẫn tính bằng : R = IR0 = NπdR0. Từ đó suy ra cường độ dòng điện cảm ứng chạy trong cuộn dây dẫn :

$i_c={\displaystyle \frac{\left|e_c\right|}{R}}={\displaystyle \frac{1}{N\pi d{R}_0}}.{\displaystyle \frac{NB\pi d^2}{4\mathrm{\Delta }t}}={\displaystyle \frac{Bd}{4R_0\mathrm{\Delta }t}}$

Thay số, ta tìm được :

$i_c={\displaystyle \frac{1,{0.10}^{-3}.20{.10}^{-2}}{4.0,{\mathrm{50.10.10}}^{-3}}}=10mA$ 

Bài 24.10* trang 61 SBT Vật Lí 11: Một ống dây dẫn hình trụ dài gồm 1000 vòng dây, mỗi vòng có đường kính 10 cm, được đặt trong một từ trường đều có vectơ cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ hướng song song với trục của ống dây và độ lớn của cảm ứng từ tăng đều theo thời gian với quy luật   $\frac{\mathrm{\Delta }B}{\mathrm{\Delta }t}$ = 0,010 T/s . Cho biết dây dẫn có tiết diện 0,40 mm2 và có điện trở suất 1,75.10-8 Ω.m. Xác định :

a) Năng lượng của một tụ điện có điện dung 10μF khi nối tụ điện này với hai đầu của ống dây dẫn .

b) Công suất toả nhiệt trong ống dây dẫn khi nối đoản mạch hai đầu của ống dây dẫn này.

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức của định luật Fa-ra-đây về độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong ống dây dẫn :

$\left|e_c\right|=N|{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }\mathrm{\Phi }}{\mathrm{\Delta }t}}|$

Lời giải:

a) Khi nối tụ điện với hai đầu của ống dây dẫn, thì không có dòng điện chạy qua ống dây dẫn (i = 0), nên giữa hai cực tụ điện có hiệu điện thế u = ec. Do đó, năng lượng của tụ điện tính theo công thức :

$\mathrm{W}={\displaystyle \frac{C{u}^2}{2}}={\displaystyle \frac{C{e}_c^2}{2}}={\displaystyle \frac{{10.10}^{-6}.(78,{5.10}^{-3}{)}^2}{2}}=3,{08.10}^{-8}J$

b) Các vòng của ống dây dẫn có độ dài tổng cộng l = Nπd, nên ống dây dẫn này có điện trở : $R=\rho {\displaystyle \frac{\ell }{S_0}}=\rho {\displaystyle \frac{N\pi d}{S_0}}$. Khi nối đoản mạch hai đầu của ống dây dẫn, thì dòng điên trong ống dây dẫn có cường độ $i={\displaystyle \frac{e_c}{R}}$

Do đó, công suất toả nhiệt trên ống dây dẫn tính theo công thức :

 $P=\left|e_c\right|i_c={\displaystyle \frac{e_c^2}{R}}={\displaystyle \frac{e_c^2{S}_0}{\rho N\pi d}}$

Thay số:  

$P={\displaystyle \frac{(78,{5.10}^{-3}{)}^2.0,{40.10}^{-6}}{1,{75.10}^{-8}.1000.3,{\mathrm{14.10.10}}^{-2}}}=4,{48.10}^{-3}\mathrm{W}$