Vật lí 11 BÀI 24. SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG

[Elishuchi]

[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
Chắc suất Đại học top - Giữ chỗ ngay!!

ĐĂNG BÀI NGAY để cùng trao đổi với các thành viên siêu nhiệt tình & dễ thương trên diễn đàn.

VẬT LÍ 11​

BÀI 24. SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG​

I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM​

1. Suất điện động cảm ứng trong mạch kín​

+ Định nghĩa: Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch điện kín..
+ Độ lớn của suất điện động cảm ứng. Định luật Fa-ra-đây
Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch: e_c=|\dfrac{\Delta\Phi }{\Delta t}|⋅
Trong đó ec: suất điện động cảm ứng [imath][V].[/imath]
[imath]\Delta\Phi =\Phi_2−\Phi_1[/imath]: độ biến thiên của từ thông [imath][Wb].[/imath]
[imath]\Delta t=t_2−t_1[/imath]: khoảng thời gian từ thông biến thiên qua mạch [imath][s].[/imath]

2. Quan hệ giữa suất điện động cảm ứng và định luật Len-xơ​

+ Sự xuất hiện dấu [imath](−)[/imath] trong công thức suất điện động phù hợp với định luật Len-xơ: [imath]e_c=−\dfrac{\Delta \Phi }{\Delta t}⋅[/imath]

• Nếu [imath]F[/imath] tăng [imath](\Delta \Phi >0)[/imath] thì [imath]e_c<0[/imath]: chiều của suất điện động cảm ứng ngược chiều của mạch.
• Nếu [imath]F[/imath] giảm [imath](\Delta \Phi<0)[/imath] thì [imath]e_c>0[/imath]: chiều của suất điện động cảm ứng cùng chiều của mạch.

3. Chuyển hóa năng lượng trong hiện tượng cảm ứng điện từ​

+ Trong hiện tượng cảm ứng điện từ ở bài học này, để tạo ra sự biến thiên từ thông trong mạch [imath](C)[/imath], phải có ngoại lực tác dụng vào [imath](C)[/imath] và ngoại lực đã sinh công cơ học, công cơ học này làm xuất hiện suất điện động cảm ứng trong mạch, nghĩa là đã tạo ra điện năng. Vậy bản chất của hiện tượng cảm ứng điện từ đã nêu ở đây là quá trình chuyển hóa cơ năng thành điện năng.

II. GIẢI CÂU HỎI SÁCH GIÁO KHOA​

Câu C1 :​

a) Nhắc lại định nghĩa suất điện động của một nguồn điện. b) Trong các sơ đồ mạch điện, nguồn điện lí tưởng một chiều được kí hiệu như hình 24.1a SGK. Ngoài ra nguồn điện còn được kí hiệu như hình [imath]24.1b SGK[/imath], trong đó, điểm ngọn của mũi tên chỉ vào cực dương của nguồn; chiều của mũi tên được gọi là chiều của suất điện động. Tính [imath]U_{AB}[/imath] theo sơ đồ hình [imath]24.1c SGK.[/imath]

Trả lời:
a) Suất điện động của nguồn điện: là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện và được đo bằng thương số giữa công [imath]A[/imath] của lực lạ thực hiện khi dịch chuyển một điện tích dương q ngược chiều điện trường và độ lớn của điện tích [imath]q[/imath] đó.
b) Ta có [imath]E[/imath] là suất điện động của nguồn điện, nên: [imath]U_{AB} = E – I.r[/imath]
Vì [imath]r = 0[/imath] và mạch hở [imath]I = 0 \to U_{AB} = E[/imath]
[imath]c) E=U_{DC}+i.r.[/imath]
Vì [imath]r=0\to E=U_{DC}\to U_{CD}=−E[/imath]
[imath]d) E=i.r+U_{AB}\to U_{AB}=E−i.r[/imath]
e) Điện năng do một nguồn điện sản ra trong một khoảng thời gian [imath]\Delta t[/imath] là: [imath]A=E.i.\Deltat[/imath]

Câu C2 :​

Nghiệm lại rằng, trong công thức [imath](24.4),[/imath] hai vế đầu có cùng đơn vị.

Trả lời:
Trong công thức [imath]|e_c|=|\dfrac{\Delta\Phi }{\Delta t}|[/imath]
+ Đơn vị của ec là vôn [imath](V)[/imath]
+ Đơn vị của [imath]\dfrac{\Delta\Phi }{\Delta t}[/imath] là [imath]Wb/s[/imath]
Ta có: [imath]Wb/s=\dfrac{T.m^2}{s}=\dfrac{N}{A.m}⋅\dfrac{m^2}{s}=\dfrac{J}{A.s}=\dfrac J C=V[/imath]

Câu C3 :​ Xác định chiều của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch kín [imath](C)[/imath] trên hình [imath]24.2[/imath] khi nam châm: [imath]a)[/imath] đi xuống. [imath]b)[/imath] đi lên.
Trả lời: [imath]a)[/imath] Khi nam châm đi xuống, từ thông qua [imath](C)[/imath] tăng, [imath]e_C < 0[/imath] nên suất điện động có chiều ngược chiều dương của mạch (hình [imath]24.3a).[/imath] b) Khi nam châm đi lên, từ thông qua [imath](C)[/imath] giảm, [imath]e_C > 0[/imath] nên suất điện động có chiều cùng chiều dương của mạch.

Chúc em học tốt!
Xem thêm tại HỆ THỐNG MỤC LỤC CÁC BÀI

 

[Elishuchi]

III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA​

Bài 1 :​

Phát biểu các định nghĩa:
– Suất điện động cảm ứng.
– Tốc độ biến thiên của từ thông.

Lời giải:
+ Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch điện kín.
Công thức tính suất điện động cảm ứng: [imath]e_c=−\dfrac{\Delta\Phi }{\Delta t}⋅[/imath]
+ Tốc độ biến thiên của từ thông là [imath]\dfrac{\Delta\Phi }{\Delta t}[/imath]

Bài 2 :​

Nêu ít nhất ba ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ.

Lời giải:
Hiện tượng cảm ứng điện từ là cơ sở:
– Chế tạo máy phát điện một chiều, xoay chiều.
– Chế tạo máy biến thế.
– Chế tạo động cơ không đồng bộ 3 pha,…

Bài 3 :​

Phát biểu nào dưới đây là đúng?
Khi một mặt kín phẳng, quay xung quanh một trục nằm trong mặt phẳng chứa mạch trong một từ trường, thì suất điện động cảm ứng đổi chiều [imath]1[/imath] lần trong

[imath]A.[/imath] một vòng quay.
[imath]B. 2[/imath] vòng quay.
[imath]C. \dfrac 1 2[/imath] vòng quay.
[imath]D. \dfrac 1 4[/imath] vòng quay.

Lời giải:
– Lúc đầu từ thông qua mạch bằng không.
– Trong nửa vòng tay đầu, từ thông qua mạch tăng dần đến giá trị cực đại (khi [imath]B[/imath] vuông góc với mặt phẳng của mạch), trong mạch xuất hiện suất điện động [imath]e_C[/imath] có chiều cùng chiều [imath](+)[/imath] của mạch.
– Trong nửa vòng quay cuối, từ thông qua mạch giảm dần từ giá trị cực đại xuống [imath]0[/imath], khi này suất điện động trong mạch có chiều ngược chiều của mạch.
Vậy suất điện động cảm ứng trong mạch sẽ đổi chiều một lần trong [imath]\dfrac 1 2[/imath] vòng quay.

Bài 4 :​

Một mạch kín hình vuông cạnh [imath]10 cm[/imath], đặt vuông góc với một từ trường đều có độ lớn thay đổi theo thời gian. Tính tốc độ biến thiên của từ trường, biết cường độ dòng điện cảm ứng [imath]i = 2 A[/imath] và điện trở của mạch [imath]r = 5 \Omega.[/imath]

Lời giải:
Suất điện động cảm ứng trong mạch: [imath]|e_c| = ir = 2.5 = 10 V.[/imath]
Độ biến thiên từ thông qua mạch kín: [imath]|e_C|=|\dfrac{\Delta\Phi }{\Delta t}|=|\dfrac{\Delta B.S}{\Delta t}|\to |\dfrac{\Delta B}{\Delta t}|=\dfrac{|e_C|}{S}=100,12=103T/s.[/imath]

Bài 5 :​

Một khung dây dẫn hình vuông cạnh [imath]a = 10 cm[/imath], đặt cố định trong một từ trường đều có vectơ cảm ứng từ [imath]\overrightarrow{B}[/imath] vuông góc với mặt khung. Trong khoảng thời gian [imath]\Delta t=0,05s[/imath]; cho độ lớn của [imath]\overrightarrow{B}[/imath] tăng từ [imath]0[/imath] đến [imath]0,5 T[/imath]. Xác định độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung.

Lời giải:
Độ lớn suất điện động cảm ứng trong khung : [imath]|e_c|=|\dfrac{\Delta \Phi }{\Delta t}|=|\dfrac{\Delta B⋅S}{\Delta t}|=\dfrac{0,5.0,12}{0,05}=0,1V[/imath]

Bài 6 :​ Một mạch kín tròn [imath](C)[/imath] bán kính [imath]R[/imath], đặt trong từ trường đều, trong đó vectơ cảm ứng từ [imath]\overrightarrow{B}[/imath] lúc đầu có hướng song song với mặt phẳng chứa [imath](C)[/imath] (hình [imath]24.4[/imath]). Cho [imath](C)[/imath] quay đều xung quanh trục [imath]\Delta[/imath] cố định đi qua tâm của [imath](C)[/imath] và nằm trong mặt phẳng chứa [imath](C);[/imath] tốc độ quay là [imath]w[/imath] không đổi. Xác định suất điện động cảm ứng cực đại xuất hiện trong [imath](C).[/imath]

Lời giải:
Lúc đầu [imath]\overrightarrow{n}[/imath] và [imath]\overrightarrow{B}[/imath] hợp với nhau một góc [imath]\dfrac{\pi}{2}⋅[/imath]
Nên góc quay [imath]\alpha=wt+\dfrac{\pi}{2}\to \Phi=BS\cos(wt+\dfrac{\pi}{2})[/imath]
Suất điện động cảm ứng: [imath]e_c=−\dfrac{\Delta \Phi }{\Delta t}=−\dfrac{d\Phi }{dt}=−BSw\sin⁡(wt+\dfrac{\pi}{2})[/imath]
Vậy [imath]e_{cmax}=BSw=B.\pi R^2w\Leftrightarrow \sin⁡(wt+\dfrac{\pi}{2})=1[/imath]

Chúc em học tốt!
Xem thêm tại HỆ THỐNG MỤC LỤC CÁC BÀI

 

[Elishuchi]

III. GIẢI BÀI TẬP SBT​

Bài 24.1 : Câu nào dưới đây nói về suất điện động cảm ứng là không đúng ?
[imath]A.[/imath] Là suất điện động trong mạch kín khi từ thông qua mạch kín biến thiên.
[imath]B.[/imath] Là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín.
[imath]C.[/imath] Là suất điện động có độ lớn không đổi và tuân theo định luật Ôm toàn mạch.
[imath]D.[/imath] Là suất điện động có độ lớn tuân theo định luật Fa-ra-đây và có chiều phù hợp với định luật Len-xơ.

Lời giải:Đáp án [imath]C[/imath]
Suất điện động cảm ứng có độ lớn tuân theo định luật Faraday(suất điện động có thể thay đổi tuỳ theo tốc độ thay đổi của từ thông)[imath]. \to[/imath] sai

Bài 24.2 : Công thức nào dưới đây biểu diễn đúng và đủ định luật Fa-ra-đây về suất điện động cảm ứng ec , với Δφ là độ biến thiên từ thông qua mạch kín trong khoảng thời gian [imath]\Delta t[/imath]?
[imath]A.e_c=\dfrac{\Delta\Phi }{\Delta t}[/imath]
[imath]B.e_c=-\dfrac{\Delta\Phi }{\Delta t}[/imath]
[imath]C.e_c=|\dfrac{\Delta\Phi }{\Delta t}|[/imath]
[imath]D.e_c=-|\dfrac{\Delta\Phi }{\Delta t}|[/imath]

Lời giải:Đáp án B
Định luật Faraday: [imath]e_c=−\dfrac{\Delta\Phi }{\Delta t}[/imath]

Bài 24.3 : Một thanh kim loại dài [imath]10 cm[/imath] chuyển động với vận tốc [imath]15 m/s[/imath] theo phương vuông góc với các đường sức của một từ trường đều có cảm ứng từ [imath]100 mT[/imath]. Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong thanh kim loại này là
[imath]A. 0,15V[/imath]
[imath]B. 2,5V[/imath]
[imath]C. 1,5V[/imath]
[imath]D. 4,5V[/imath]

Lời giải:Đáp án A
Sau khoảng thời gian [imath]\Delta t[/imath], thanh kim loại quét được diện tích [imath]\Delta S = Iv\Delta t.[/imath]
Khi đó từ thông qua diện tích quét [imath]\Delta S[/imath] bằng : [imath]\Delta\Phi=B\Delta S=BIv\Delta t.[/imath]
Mặt khác [imath]e_c=−\dfrac{\Delta\Phi }{\Delta t}[/imath]
[imath]\to[/imath] Độ lớn suất điện động cảm ứng trong thanh kim loại:
[imath]|e_c|=|-\dfrac{\Delta\Phi }{\Delta t}|=|−\dfrac{BIv\Delta t}{\Delta t}|=Blv=100.10^{−3}.10.10^{−2}.15=0,15V[/imath]

Bài 24.4 : Một cuộn dây dẫn dẹt có đường kính [imath]10 cm[/imath] gồm [imath]500 vòng[/imath] dây được đặt trong từ trường. Nếu độ lớn của cảm ứng từ tăng từ 0 đến [imath]2,0 T[/imath] trong khoảng thời gian [imath]0,10 s[/imath] thì suất điện động cảm ứng trong cuộn dây dẫn này bằng
[imath]A. 7,5V[/imath]
[imath]B. 78,5 mV[/imath]
[imath]C. 78,5V[/imath]
[imath]D. 6,75V[/imath]

Lời giải:
Mỗi vòng của cuộn dây dẫn có diện tích: [imath]S=\dfrac{\pi.d^2}{4}=\dfrac{3,14.10^2}{4}=78,5cm^2=78,5.10^{-4}m^2[/imath]
Trong thời gian [imath]\Delta t[/imath], từ thông qua cuộn dây dẫn biến thiên một lượng:
[imath]\Delta \Phi=NB\Delta S[/imath]
Độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây dẫn:
[imath]|e_c|=|\dfrac{−\Delta \Phi }{\Delta t}|=\dfrac{500.2,78.5.10^{−4}}{0,1}=78,5V[/imath]

Bài 24.10 : Một ống dây dẫn hình trụ dài gồm [imath]1000[/imath] vòng dây, mỗi vòng có đường kính [imath]10 cm[/imath], được đặt trong một từ trường đều có vectơ cảm ứng từ [imath]B[/imath] hướng song song với trục của ống dây và độ lớn của cảm ứng từ tăng đều theo thời gian với quy luật [imath]\dfrac{\Delta B}{\Delta t} = 0,010 T/s[/imath] . Cho biết dây dẫn có tiết diện [imath]0,40 mm^2[/imath] và có điện trở suất [imath]1,75.10-8 \Omega .m[/imath]. Xác định :
[imath]a)[/imath] Năng lượng của một tụ điện có điện dung [imath]10\mu F[/imath] khi nối tụ điện này với hai đầu của ống dây dẫn .
[imath]b)[/imath] Công suất toả nhiệt trong ống dây dẫn khi nối đoản mạch hai đầu của ống dây dẫn này.

Lời giải:
a)Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong ống dây dẫn :
[imath]|e_c|=N.|\dfrac{\Delta \Phi}{\Delta t}|=\dfrac{N.|\Delta B|.S}{\Delta t}[/imath]
mà [imath]S=\dfrac{\pi d^2}{4}=78,5.10^{-4}m^2[/imath]
[imath]\dfrac{|\Delta B|}{\Delta t}=0,01 T/s[/imath]
[imath]\to e_c=78,5.10^{-4}V[/imath]
Hiệu điện thế giữa hai cực tụ điện là:
[imath]U = e_c[/imath]
Năng lượng của tụ điện là :
[imath]W=\dfrac 1 2 C.U^2=\dfrac 1 2 C.U^2=3,08.10^{-8}J[/imath]

b) Độ dài của dây làm ống là
[imath]l = N\pi d[/imath]
Điện trở của ống dây dẫn là :
[imath]R=\rho .\dfrac{l}{S}=\rho .\dfrac{N\pi d}{S}[/imath]
Công suất toả nhiệt trên ống dây dẫn là :
[imath]P=\dfrac{U^2}{R}=\dfrac{e_c^2}{R}=\dfrac{e_c^2.S_0}{\rho N\pi d}=4,48.10^{-3}W[/imath]

Chúc em học tốt!
Xem thêm tại HỆ THỐNG MỤC LỤC CÁC BÀI