Cộng đồng chia sẻ tri thức Lib24.vn

Vật lý 11 Bài 23 Từ thông- cảm ứng điện từ, trường THPT Quốc Oai - Hà Nội.

7e7806b957435dfd02388652d9134039
Gửi bởi: Nguyễn Trần Thành Đạt 8 tháng 2 2021 lúc 8:00:11 | Được cập nhật: hôm kia lúc 5:37:54 Kiểu file: DOCX | Lượt xem: 370 | Lượt Download: 3 | File size: 0.4505 Mb

Nội dung tài liệu

Tải xuống
Link tài liệu:
Tải xuống

Các tài liệu liên quan


Có thể bạn quan tâm


Thông tin tài liệu

BÀI 23: TỪ THÔNG. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1. Từ thông

a) Định nghĩa

- Từ thông là đại lượng đặc gtruwng cho số lượng đường sức từ xuyên qua khung dây.

- Kí hiệu: Φ

- Công thức: Φ = NBScosα

Trong đó: = ( );

: véc tơ pháp tuyến của mặt phẳng khung dây

N: tổng số vòng dây

B: Cảm ứng từ (T)

S: Diện tích của khung dây (m2)

- Từ thông là đại lượng đại số (có thể dương, âm hoặc bằng 0)

    + Nếu α nhọn thì cosα > 0 Φ > 0

    + Nếu α tù thì cosα < 0 Φ < 0

    + Nếu α = 0 thì cosα = 1 Φ = NBS

    + Nếu α = 900 thì cosα = 0 Φ = 0

b) Đơn vị từ thông

Trong hệ SI, đơn vị từ thông là vêbe (Wb)

1Wb = 1T.1m2

2. Hiện tượng cảm ứng điện từ

* Định nghĩa: 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.

* Ứng dụng: Chế tạo máy phát điện, máy biến áp, bếp từ…

3. Định luật Len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng

- 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.

- 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.

4. Dòng điện Fu-cô

a. Định nghĩa

Dòng điện Fu - cô là dòng điện cảm ứng xuất hiện trong một khối kim loại đặc khi từ trường qua khối kim loại đó biến thiên

b. Tính chất và công dụng của dòng Fu-cô

- Mọi khối kim loại chuyển động trong từ trường đều chịu tác dụng của những lực hãm điện từ. Tính chất này được ứng dụng trong các bộ phanh điện từ của những ô tô hạng nặng và trong công tơ điện.

- Dòng điện Fu-cô gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt Jun - Len-xơ trong khối kim loại đặt trong từ trường biến thiên. Tính chất này được ứng dụng trong các lò cảm ứng để nung nóng kim loại; ứn dụng trong các loại bếp từ

- Trong nhiều trường hợp, dòng điện Fu-cô gây nên những tổn hao năng lượng vô ích. Để giảm tác dụng của dòng Fu-cô, người ta có thể tăng điện trở của khối kim loại bằng cách đục các lỗ thủng trên vật hoặc xếp chồng các lá kim loại mỏng cách điện…

II. VÍ DỤ MINH HỌA

1. TỪ THÔNG

Ví dụ 1. Một vòng dây dẫn kín, phẳng có diện tích 10 cm2. Vòng dây được đặt trong từ trường đều có vectơ cảm ứng từ hợp với vectơ pháp tuyến của mặt phẳng vòng dây một góc 60° và có độ lớn là 1,5.10-4 T. Từ thông qua vòng dây dẫn này có giá trị là

Lời giải:

+

Ví dụ 2. Một vòng dây phẳng giới hạn diện tích S = 5 cm2 đặt trong từ trường đều cảm ứng từ B = 0,1T. Mặt phẳng vòng dây làm thành với từ trường một góc α = 30°. Tính từ thông qua S.

Lời giải:

+

Ví dụ 3. Một khung dây phẳng giới hạn diện tích S = 5 cm2 gồm 20 vòng dây đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ từ B = 0,1T sao cho mặt phẳng khung dây hợp với vectơ cảm ứng từ một góc 60°. Tính từ thông qua diện tích giới hạn bởi khung dây.

Lời giải:

+

Ví dụ 4. Một khung dây hình vuông cạnh 5 cm đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 8.10-4 T. Từ thông qua hình vuông đó bằng 10-6 Wb. Tính góc hợp giữa vectơ cảm ứng từ và Vectơ pháp tuyến của hình vuông đó.

A. α = 0°. B. α = 30°. C. α = 60°. D. α = 90°.

Lời giải:

+

Ví dụ 5. Một khung dây hình chữ nhật MNPQ gồm 20 vòng, MN = 5 cm, MQ = 4 cm. Khung được đặt trong từ trường đều, có độ lớn B = 3 mT, có đường sức từ qua đỉnh M vuông góc với cạnh MN và hợp với cạnh MQ của khung một góc 30°. Tìm độ lớn độ biến thiên của từ thông qua khung khi:

a. Tịnh tiến khung dây trong từ trường.

b. Quay khung dây 180° xung quanh cạnh MN.

c. Quay khung dây 360° xung quanh cạnh MQ.

d. Quay khung dây 90° xung quanh cạnh MQ.

Lời giải:

a. Chuyến động tịnh tiến thì từ thông không thay đổi Độ biến thiên từ thông  = 0

b. Khi khung dây quay 180° quanh MN thì pháp tuyến quay một góc 180° nên độ biến thiên từ thông:

c. Khi khung dây quay 360° quanh MQ thì trở lại vị trí ban đầu nên độ biến thiên từ thông:

d. Khi khung dây quay 90° quanh MQ thì pháp tuyến vuông góc với từ trường nên độ biến thiên từ thông:

2. XÁC ĐỊNH CHIỀU DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG

Bước 1: Xác định từ trường ban đầu (từ trường của nam châm) theo quy tắc "Vào nam (S) ra Bắc (N)"

Bước 2: Xác định từ trường cảm ứng Bcdo khung dây sinh ra theo định luật Len-xơ.

    + Xét từ thông qua khung dây tăng hay giảm

    + Nếu Φ tăng thì   ngược chiều  , nếu Φ giảm thì   cùng chiều

Bước 3: Xác định dòng điện cảm ứng sinh ra trong khung dây theo qui tắc nắm tay phải.

Ví dụ 1: Đặt một thanh nam châm thẳng ở gần một khung dây kín ABCD như hình vẽ. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây khi đưa nam châm lại gần khung dây.

Hướng dẫn:

Khi đưa nam châm lại gần khung dây, từ thông qua khung dây tăng, dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây gây ra từ trường cảm ứng ngược chiều với từ trường ngoài (để chống lại sự tăng của từ thông qua khung dây) nên dòng điện cảm ứng chạy trên cạnh AB theo chiều từ B đến A (xác định nhờ quy tắc nắm tay phải).

Ví dụ 2: Đặt một thanh nam châm thẳng ở gần một khung dây kín ABCD như hình vẽ. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây khi kéo nam châm ra xa khung dây.

Hướng dẫn:

Khi đưa nam châm ra xa khung dây, từ thông qua khung dây giảm, dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây gây ra từ trường cảm ứng cùng chiều với từ trường ngoài (để chống lại sự giảm của từ thông qua khung dây) nên dòng điện cảm ứng chạy trên cạnh AB theo chiều từ A đến B.

Ví dụ 3: Cho một ống dây quấn trên lỏi thép có dòng điện chạy qua đặt gần một khung dây kín ABCD như hình vẽ. Cường độ dòng điện trong ống dây có thể thay đổi được nhờ biến trở có có con chạy R. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong các trường hợp:

a) Dịch chuyển con chạy về phía N.

b) Dịch chuyển con chạy về phía M.

III. BÀI TẬP CỦNG CỐ

1. Vê-be là đơn vị đo từ thông, kí hiệu là Wb. Vậy một Vê-be bằng

A. 1T.m2. B. 1T/m. C. 1T.m. D. 1T/m2.

2. Từ thông qua một diện tích S không phụ thuộc yếu tố nào sau đây?

A. Độ lớn cảm ứng từ. B. Diện tích đang xét.

C. Góc tạo bởi pháp tuyến và véc tơ cảm ứng từ. D. Nhiệt độ môi trường.

3. Cho véc tơ pháp tuyến của khung dây vuông góc với các đường sức từ thì khi độ lớn cảm ứng từ tăng 2 lần, từ thông

A. bằng 0. B. tăng 2 lần. C. tăng 4 lần. D. giảm 2 lần.

4. Điều nào sau đây không đúng khi nói về hiện tượng cảm ứng điện từ?

A. Trong hiện tượng cảm ứng điện từ, từ trường có thể sinh ra dòng điện.

B. Dòng điện cảm ứng có thể tạo ra từ từ trường của dòng điện hoặc từ trường của nam châm vĩnh cửu.

C. Dòng điện cảm ứng trong mạch chỉ tồn tại khi có từ thông biến thiên qua mạch.

D. Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín khi nằm yên trong từ trường không đổi.

5. Chọn phát biểu sai về định luật Len-xơ ? Định luật Len-xơ là định luật

A. cho phép xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong mạch kín.

B. khẳng định 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.

C. khẳng định dòng điện cảm ứng xuất hiện khi từ thông qua mạch kín biến thiên do kết quả của một chuyển động nào đó thì từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại chuyển động này.

D. cho phép xác định lượng nhiệt toả ra trong vật dẫn có dòng điện chạy qua.

6. Dòng điện cảm ứng trong mạch kín có chiều

A. sao cho từ trường cảm ứng có chiều chống lại sự biến thiên từ thông ban đầu qua mạch.

B. hoàn toàn ngẫu nhiên.

C. sao cho từ trường cảm ứng luôn cùng chiều với từ trường ngoài.

D. sao cho từ trường cảm ứng luôn ngược chiều với từ trường ngoài.

7. Có ba nam châm giống nhau được thả rơi thẳng đứng từ cùng một độ cao. Thanh thứ nhất rơi tự do, thanh thứ hai rơi qua một ống dây để hở. thanh thứ ba rơi qua một ống dây kín. Trong khi rơi thanh nam châm không chạm vào ống dây. So sánh thời gian rơi của ba thanh lần luợt là t1,t2 t3 ?

A. t1 = t2 = t3. B. t1 < t2< t3 C. t3 = t2 < t1 D. t1 = t2 < t3.

8. Chọn phát biểu sai về dòng điện Fu-cô? Dòng điện Fu-cô là dòng điện cảm ứng trong khối kim loại

A. cố định trong từ trường đều.

B. chuyển động trong từ trường hoặc được đặt trong từ trường biến thiên theo thời gian.

C. có tác dụng toả nhiệt theo hiệu ứng Jun - Len-xơ, được ứng dụng trong lò cảm ứng nung nóng kim loại.

D. có tác dụng cản trở chuyển động của khối kim loại trong từ trường. 

9. Dòng điện Fu-cô không xuất hiện trong trường hợp nào sau đây?

A. Khối đồng chuyển động trong từ trường đều cắt các đường sức từ.

B. Lá nhôm dao động trong từ trường.

C. Khối thủy ngân nằm trong từ trường biến thiên.

D. Khối lưu huỳnh nằm trong từ trường biến thiên.

10. Để giảm tác hại của dòng Fu-cô trong lõi sắt của máy biến thế người ta sẽ

A. dùng lá thép mỏng phủ một lớp sơn cách điện ghép sát nhau.

B. thay bằng lõi niken và chế tạo thành một khối liền.

C. dùng lá silic mỏng phủ một lớp sơn cách điện ghép sát nhau.

D. chế tạo lõi sắt thành một khối liền.

11. Ứng dụng nào sau đây không phải liên quan đến dòng Fu-cô?

A. phanh hãm điện từ.

B. nấu chảy kim loại bằng cách để nó trong từ trường biến thiên.

C. lõi máy biến thế được ghép từ các lá thép mỏng cách điện với nhau.

D. đèn hình TV

12. Một nam châm thẳng N-S đặt thẳng đứng gần khung dây tròn. Trục của nam châm vuông góc với mặt phẳng của khung dây. Giữ khung dây đứng yên.Lần lượt cho nam châm chuyển động như sau:

I.Tịnh tiến dọc theo trục của nó.

II.Quay nam châm quanh trục thẳng đứng của nó.

III.Quay nam châm quanh một trục nằm ngang và vuông góc với trục của nam châm.

Các trường hợp có dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây

A. I và II. B. I và III. C. II và III. D. I, II, và III.

13. Một khung dây hình chữ nhật chuyển động song song với dòng điện thẳng dài vô hạn như hình vẽ. Dòng điện cảm ứng trong khung

A. có chiều ADCB. B. có giá trị bằng 0.

C. có chiều ABCD. D. có chiều thay đổi.

14. Một khung dây hình vuông ABCD đi vào vùng không gian có từ trường đều  được giới hạn trong hình MNPQ như hình vẽ. Khi khung dần ra khỏi từ trường đều thì chiều của dòng điện cảm ứng trong khung dây ABCD chạy theo chiều

A. A đến D đến C đến B. B. A đến B đến C đến D.

C.:A đến C đến B đến D. D. A đến B đến D đến C.

15. Chiều dòng điện cảm ứng trong vòng dây đúng là

A. Hình 1 và Hình 2. B. Hình 1 và Hình 3.

C. Hình 2 và Hình 4. D. Hình 4 và Hình 3.

16. Một khung dây dẫn hình vuông cạnh 20 cm nằm trong từ trường đều độ lớn B = 1,2T sao cho các đường sức vuông góc với mặt khung dây. Từ thông qua khung dây đó là

A. 0,048Wb. B. 24Wb. C. 480Wb. D. 0Wb.

17. Một khung dây hình vuông có cạnh dài 4 cm, đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 4.10-5T, mặt phẳng khung dây tạo với các đường sức từ một góc 600. Từ thông qua mặt phẳng khung dây có độ lớn là

A. 11,1.10-6 Wb. B. 6,4.10-8 Wb. C. 5,54.10-8 Wb. D. 3,2.10-6 Wb.

18. Một khung dây đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,06 T sao cho mặt phẳng khung dây vuông góc với các đường sức từ. Từ thông qua khung dây là 1,2.10-5 Wb. Bán kín vòng dây bằng

A.8cm. B. 8mm. C. 4 cm. D. 4mm.

19. Một khung dây phẳng giới hạn diện tích S = 5 cm2 gồm 20 vòngdây đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ từ B = 0,1 T sao cho mặt phẳng khung dây hợp với véc tơ cảm ứng từ một góc 600. Từ thông qua diện tích giới hạn bởi khung dây là

A.8,7.10-5Wb. B.7,8.10-4Wb. C. 8,7.10-4Wb. D. 7,8.10-5Wb.

20. Một khung dây hình vuông cạnh 5 cm đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 8.10-4 T. Từ thông qua hình vuông đó bằng 10-6Wb. Góc hợp giữa véc tơ cảm ứng từ và véc tơ pháp tuyến của hình vuông đó bằng

A.900. B.300. C. 450. D.600.

21. Một khung dây dẫn phẳng đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ . Tại thời điểm ban đầu véc tơ trùng với mặt phẳng khung dây. Khi cho khung dây quay đều xung quanh trục xx’nằm trong mặt phẳng khung dây và vuông góc với véc tơ được ½ vòng thì độ lớn của từ thông qua khung dây

A. tăng dần từ 0 đến cực đại.

B. tăng dần từ 0 đến cực đại rồi giảm đến 0.

C. giảm từ cực đại đến bằng 0.

D. giảm từ cực đại đến bằng 0 rồi tăng đến cực đại.

22. Hình tròn biểu diễn miền trong đó có từ trường đều, có cảm ứng từ B. Khung dây hình vuông cạnh a ngoại tiếp đường tròn. Công thức nào sau đây biểu diễn chính xác từ thông qua khung ?

A. (Wb). B. (Wb).

C. (Wb). D. Ba2 (Wb).

23. Một khung dây hình chữ nhật ABCD gồm 100 vòng dây, AB = 6cm; AD = 4cm. Khung được đặt trong từ trường đều B = 2.10-3T, đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung. Quay khung dây 600 quanh cạnh AB. Độ biến thiên từ thông qua khung dây là

A. 24.10-5 Wb. B. 12  .10-5 Wb. C. -24.10-5Wb. D. -24  .10-5 Wb.

24. Một khung dây hình vuông cạnh 5 cm được đặt trong từ trường đều B = 0 ,01 T, đường sức từ vuông góc với khung. Quay khung đến vị trí sao cho mặt phẳng khung song song với đường sức từ. Độ biến thiên từ thông qua khung bằng:

A. - 20. 10-6 Wb B. - 30. 10-6 Wb C. - 15. 10-6 Wb D. - 25. 10-6 Wb

25. Một khung dây có diện tích 5 cm2 gồm 50 vòng dây. Đặt khung dây trong từ trường đều có cảm ứng từ B và quay khung theo mọi hướng. Từ thông qua khung có giá trị cực đại là 5.10-3 Wb. Cảm ứng từ B có giá trị là:

A. 0,2 T B. 0,02 T C. 0,25 T D. 0,03 T