SBT Vật lí 11 Bài 25: Tự cảm | Giải SBT Vật lí lớp 11

Chúng tôi giới thiệu Giải sách bài tập Vật lí lớp 11 Bài 25: Tự cảm 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 25: Tự cảm

Bài 25.1 trang 62 SBT Vật Lí 11: Câu nào dưới đây nói về hiện tượng tự cảm là không đúng ?

A. Là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong mạch chứa cuộn cảm khi có sự biến thiên của dòng điện trong mạch đó.

B. Là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong mạch chứa cuộn cảm khi đóng mạch hoặc ngắt mạch đột ngột.

C. Là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong mạch chứa cuộn cảm có dòng điện xoay chiều biến thiên liên tục theo thời gian chạy qua mạch đó.

D. Là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong mạch chứa cuộn cảm có dòng điện không đổi theo thời gian chạy qua mạch đó.

Phương pháp giải:

Sử dụng lý thuyết: Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch có dòng điện mà sự biến thiên từ thông qua mạch được gây ra bởi sự biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.

Lời giải:

Câu nói về hiện tượng tự cảm không đúng là: Là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong mạch chứa cuộn cảm có dòng điện không đổi theo thời gian chạy qua mạch đó vì Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch có dòng điện mà sự biến thiên từ thông qua mạch được gây ra bởi sự biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.

Chọn đáp án: D

Bài 25.2 trang 62 SBT Vật Lí 11: Câu nào dưới đây nói về suất điện động tự cảm là không đúng?

A. Là suất điện động xuất hiện trong mạch chứa cuộn cảm khi đóng mạch hoặc ngắt mạch đột ngột.

B, Là suất điện động xuất hiện trong mạch chứa cuộn cảm, có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch đó.

C. Là suất điện động sinh ra dòng điện không đổi trong mạch kín, có chiều tuân theo định luật Len – xơ.

D. Là suất điện động xuất hiện trong mạch chứa cuộn cảm, có trị số xác định bởi công thức $e_{tc}=-L{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }i}{\mathrm{\Delta }t}}$, với L là hệ số tự cảm của mạch và  ${\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }i}{\mathrm{\Delta }t}}$ là tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch đó.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về suất điện động tự cảm

Lời giải:

Câu nói về suất điện động tự cảm không đúng: suất điện động sinh ra dòng điện không đổi trong mạch kín, có chiều tuân theo định luật Len – xơ. Vì là suất điện động sinh ra khi dòng điện biến thiên.

Chọn đáp án: C

Bài 25.3 trang 62 SBT Vật Lí 11: Câu nào dưới đây nói về hệ số tự cảm của ống dây điện là không đúng?

A. Là một hệ số - gọi là độ tự cảm, đặc trưng cho mức độ tự cảm của mạch điện, chỉ phụ thuộc cấu tạo và kích thước của mạch điện.

B. Là một hệ số xác định mối quan hệ tỉ lệ giữa suất điện động tự cảm trong mạch và tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện chạy trong mạch đó.

C. Là một hệ số tính theo công thức  $L={\displaystyle \frac{i}{\mathrm{\Phi }}}$ và đo bằng đơn vị Henry (H).

D. Là một hệ số đặc trưng cho mức độ tự cảm của ống dây điện dài hình trụ, tính theo công thức  $L=4\pi {.10}^{-7}.{\displaystyle \frac{N^2}{\ell }}S$, với N là số vòng dây, l là độ dài và S là diện tích tiết diện của ống dây.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về hệ số tự cảm

Lời giải:

Câu nói về hệ số tự cảm của ống dây điện không đúng: Là một hệ số tính theo công thức  $L={\displaystyle \frac{i}{\mathrm{\Phi }}}$ và đo bằng đơn vị Henry (H). Vì L chỉ phụ thuộc vào cấu tạo và kích thước của mạch kín.

Chọn đáp án: C

Bài 25.4 trang 63 SBT Vật Lí 11: Một cuộn cảm có độ tự cảm 0,10 H. Khi cường độ dòng điện trong nó biến thiên đều 200 A/s, suất điện động tự cảm xuất hiện trong cuộn cảm này có độ lớn là:

A. 10V                                                  

B. 20V    

C. 0,10kV                                              

D. 2,0kV

Phương pháp giải:

sử dụng biểu thức tính suất điện động tự cảm trong cuộn cảm: $e_{tc}=-L{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }i}{\mathrm{\Delta }t}}$

Lời giải:

Ta có: $e_{tc}=L{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }i}{\mathrm{\Delta }t}}=0,1.200=20V$

Chọn đáp án: B

Bài 25.5 trang 63 SBT Vật Lí 11: Khi dòng điện trong cuộn cảm giảm từ 16 A đến 0 A trong thời gian 10 ms, thì suất điện động tự cảm trong cuộn cảm có giá trị trung bình là 64 V. Xác định độ tự cảm của cuộn cảm này.

A. 32 mH.              

B. 40 mH.          

C. 250 mH.    

D. 4,0 H.

Phương pháp giải:

sử dụng biểu thức tính suất điện động tự cảm trong cuộn cảm: $e_{tc}=-L{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }i}{\mathrm{\Delta }t}}$

Lời giải:

Ta có: $e_{tc}=-L{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }i}{\mathrm{\Delta }t}}$

=> $L={\displaystyle \frac{e_{tc}.\mathrm{\Delta }t}{\mathrm{\Delta }i}}={\displaystyle \frac{{\mathrm{64.10.10}}^{-3}}{16}}=40mH$

Chọn đáp án: B

Bài 25.6 trang 63 SBT Vật Lí 11: Năng lượng từ trường tích luỹ trong cuộn cảm có độ tự cảm 2,0 mH khi có dòng điện cường độ 10 A chạy trong cuộn cảm là:

A. 50.10-3J

B. 100 mJ.    

C. 1,0 J.                  

D. 0,10 kJ.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức tính năng lượng từ trường: $W={\displaystyle \frac{1}{2}}L{i}^2$

Lời giải:

Ta có: $W={\displaystyle \frac{1}{2}}L{i}^2=0,{\mathrm{5.2.10}}^{-3}{.10}^2=100mJ$

Chọn đáp án: B

Bài 25.7 trang 63 SBT Vật Lí 11: Ống dây dẫn hình trụ có lõi chân không, dài 20 cm, gồm 1000 vòng dây, mỗi vòng dây có diện tích 100cm2.

a) Tính độ tự cảm của ống dây.

b) Tính độ lớn của suất điện động tự cảm xuất hiện trong ống dây khi dòng điện chạy qua ống dây tăng đều từ 0 đến 5,0 A trong thời gian 0,10 s.

c) Tính năng lượng từ trường tích luỹ trong ống dây khi cường độ dòng điện chạy qua ống dây đạt tới giá trị 5,0 A.

Phương pháp giải:

+ Sử dụng biểu thức tính độ tự cảm của ống dây dẫn:  $L=4\pi {.10}^{-7}.{\displaystyle \frac{N^2}{\ell }}S$

+ Sử dụng biểu thức tính năng lượng từ trường: $W={\displaystyle \frac{L{i}^2}{2}}$

Lời giải:

a) Độ tự cảm của ống dây dẫn:  $L=4\pi {.10}^{-7}.{\displaystyle \frac{N^2}{\ell }}S$

Thay số ta tìm được:  $L=4.3,{14.10}^{-7}.{\displaystyle \frac{{1000}^2}{{20.10}^{-2}}}.100{.10}^{-4}=6,{28.10}^{-2}H$

b) Độ lớn của suất điện động tự cảm xuất hiện trong ống dây dẫn

$\left|e_{tc}\right|=L|{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }i}{\mathrm{\Delta }t}}|=6,{28.10}^{-2}.{\displaystyle \frac{5,0-0}{0,10}}=3,14V$

c) Năng lượng từ trường tích lũy trong ống dây dẫn:

$W={\displaystyle \frac{L{i}^2}{2}}=0,5.6,{28.10}^{-2}.(5,0{)}^2=0,785J$

Bài 25.8 trang 63 SBT Vật Lí 11: Một ống dây đồng hình trụ dài 25 cm gồm nhiều vòng dây quấn sít nhau và có điện trở 0,20 Ω. Dây đồng có tiết diện 1,0 mm2 và điện trở suất 1,7.10-8 Ω.m. Xác định :

a) Số vòng dây đồng và độ tự cảm của ống dây đồng.

b) Từ thông qua mỗi vòng dây đồng và năng lượng từ trường trong ống dây khi có dòng điện cường độ 2,5 A chạy trong ống dây đồng.

Phương pháp giải:

+ Sử dụng biểu thức tính: Độ tự cảm của ống dây đồng được tính theo công thức : $L=4\pi {.10}^{-7}{\displaystyle \frac{N^2}{\ell }}S$

+ Sử dụng biểu thức tính: Năng lượng từ trường tích luỹ trong ống dây đồng tính bằng : $W={\displaystyle \frac{L{i}^2}{2}}$

Lời giải:

a) Đường kính d của dây đồng có tiết diện S0 = 1,0 mm2 :

$S_0={\displaystyle \frac{\pi .d^2}{4}}\Rightarrow d=\sqrt{{\displaystyle \frac{4.S_0}{\pi }}}=\sqrt{{\displaystyle \frac{4.1,{0.10}^{-6}}{3,14}}}\approx 1,13mm$

Suy ra số vòng dây đồng quấn trên ống dây có độ dài l = 25 cm : 

$N={\displaystyle \frac{\ell }{d}}={\displaystyle \frac{{25.10}^{-2}}{1,{13.10}^{-3}}}\approx 221$  vòng dây

Áp dụng công thức điện trở của dây dẫn :  $R=\rho {\displaystyle \frac{{\ell }_0}{S_0}}$ ta tính được độ dài tổng cộng l0 của N vòng dây đồng quấn trên ống dây :

${\ell }_0=R{\displaystyle \frac{S_0}{\rho }}=0,20.{\displaystyle \frac{1,{0.10}^{-6}}{1,{7.10}^{-8}}}=11,76m$

Từ đó suy ra :

- Chu vi C của mỗi vòng dây:  $C={\displaystyle \frac{{\ell }_0}{N}}={\displaystyle \frac{11,76}{221}}\approx 0,053m\approx 53mm$

- Đường kính d của ống dây $C=\pi d\Rightarrow d={\displaystyle \frac{C}{\pi }}={\displaystyle \frac{53}{3,14}}\approx 17mm$

- Diện tích tiết diện s của ống dây :  $S={\displaystyle \frac{\pi .d^2}{4}}={\displaystyle \frac{3,14.(17{)}^2}{4}}\approx 227m{m}^2$

- Độ tự cảm của ống dây đồng được tính theo công thức :

$L=4\pi {.10}^{-7}{\displaystyle \frac{N^2}{\ell }}S$

Thay số ta xác định được:

 $L=4.3,{14.10}^{-7}.{\displaystyle \frac{(221{)}^2}{{25.10}^{-2}}}.227.10{}^{-6}\approx 55,{7.10}^{-6}H$

b)  Vì từ thông qua ống dây đồng có trị số  $\mathrm{\Phi }$ = Li, nên từ thông qua mỗi vòng dây khi dòng điện chạy trong ống dây có cường độ i = I = 2,5 A sẽ bằng :

 ${\mathrm{\Phi }}_0={\displaystyle \frac{\mathrm{\Phi }}{N}}={\displaystyle \frac{Li}{N}}={\displaystyle \frac{55,{7.10}^{-6}.2,5}{221}}\approx 0,63Wb$

và năng lượng từ trường tích luỹ trong ống dây đồng tính bằng :

 $W={\displaystyle \frac{L{i}^2}{2}}={\displaystyle \frac{55,{7.10}^{-6}.(2,5{)}^2}{2}}=1,{74.10}^{-4}J$

Bài 25.9* trang 63 SBT Vật Lí 11: Một cuộn dây dẫn có độ tự cảm 3,0 H được nối với nguồn điện có suất điện động 6,0 V và điện trở trong rất nhỏ không đáng kể. Sau khoảng thời gian bao lâu tính từ lúc nối cuộn dây dẫn với nguồn điện, cường độ dòng điện chạy trong cuộn dây dẫn đến giá trị 5,0 A. Giả sử cường độ dòng điện tăng đều theo thời gian.

Phương pháp giải:

Sử dụng định luật Ôm cho toàn mạch: Tổng các suất điện động trong mạch bằng tổng điện trở toàn mạch nhân với cường độ dòng điện mạch chính: $E+e_{tc}=(R+r)i$

Lời giải:

Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch : Tổng các suất điện động trong mạch bằng tổng điện trở toàn mạch nhân với cường độ dòng điện mạch chính.

$E+e_{tc}=(R+r)i$

Vì R + r = 0 , nên ta có :

$E-L{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }i}{\mathrm{\Delta }t}}=0$

Trong khoảng thời gian Δt, cường độ dòng điện i chạy trong cuộn dây dẫn tăng dần đều từ giá trị I0 = 0 đến I = 5,0 A, tức là :

$\Delta i=I–I_0=I$

Từ đó ta suy ra :

$\mathrm{\Delta }t={\displaystyle \frac{L}{E}}I={\displaystyle \frac{3,0}{6,0}}.5,0=2,5s$

Bài 25.10* trang 64 SBT Vật Lí 11: Một mạch điện gồm một nguồn điện có suất điện động 90 V và điện trở trong không đáng kể mắc nối tiếp với một cuộn dây dãn có độ tự cả 50 mH và một điện trở 20Ω. Xác định tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện chạy trong mạch tại thời điểm :

a) Khi dòng điện i trong mạch có cường độ I0 = 0.

b) Khi dòng điện i trong mạch có cường độ I = 2,0 A.

Phương pháp giải:

Sử dụng định luật Ôm cho toàn mạch: $E+e_{tc}=(R+r)i$

Lời giải:

Áp dụng định luật Ôm cho toàn mạch: $E+e_{tc}=(R+r)i$

Vì r = 0 nên ta có 

$E-L{\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }i}{\mathrm{\Delta }t}}=Ri$

Từ đó suy ra tốc độ biến thiên cường độ dòng điện trong mạch:

a) Khi i = I0= 0:

${\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }i}{\mathrm{\Delta }t}}={\displaystyle \frac{E}{L}}={\displaystyle \frac{90}{{50.10}^{-3}}}=1,{8.10}^{3}A/s$

b) Khi i = I= 2A:  

${\displaystyle \frac{\mathrm{\Delta }i}{\mathrm{\Delta }t}}={\displaystyle \frac{E-RI}{L}}={\displaystyle \frac{90-20.2,0}{{50.10}^{-3}}}=1,{0.10}^{3}A/s$