Vật lý 11 Suất điện động cảm ứng, tự cảm, trường THPT Quốc Oai - Hà Nội

SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG - TỰ CẢM A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT I. SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG: là suất điện động gây ra dòng điện cảm ứng 1. Công thức tính suất điện động cảm ứng  𝑒𝑐 = − (V) 𝑡 Trong đó: : độ biến thiên từ thông ; : = 2 - 1 (Wb) t: thời gian từ thông biến thiên (s)  : Tốc độ biến thiên từ thông (Wb/s) 𝑡 Độ lớn:  |𝑒𝑐 | = | | 𝑡 Chú ý: + Nếu B biến thiên thì :  = NB2Scos - N.B1Scos = N.B.S.cos  𝑁.𝐵.𝑆.𝑐𝑜𝑠 𝐵 |; | |: tốc độ biến thiên cảm ứng từ (T/s)  |𝑒𝑐 | = | | = | 𝑡 𝑡 𝑡 + Nếu S biến thiên thì:  = NBS2cos - N.BS1cos = N.B.  S.cos 2. Cường độ dòng điện cảm ứng 𝑒 𝐼𝑐 = 𝑐 ; R: Điện trở của khung dây 𝑅 II. HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM 1. Định nghĩa: Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ trong một mạch điện do chính sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó gây ra. 2. Từ thông riêng của mạch:  = L.i ; L: Hệ số tự cảm của mạch (H) 3. Hệ số tự cảm của ống dây đặt trong không khí L= 4.10-7 𝑁2 𝑙 . 𝑆 = 4π.10-7n2V Trong đó: N: Tổng số vòng dây l: chiều dài của ống dây(m) S: diện tích của mỗi vòng dây (m2) n là mật độ vòng dây; n = 𝑁 𝑙 V: thể tích trong ống dây (m3) 4. Suất điện động tự cảm là suất điện động sinh ra do hiện tượng tự cảm 𝑒𝑡𝑐 = −𝐿  ∆𝑖 ∆𝑡 Độlớn : ∆𝑖 𝑒𝑡𝑐 = 𝐿. | | ∆𝑡 Trong đó: L: hệ số tự cảm của( H) i: độ biến thiên cường độ dòng điện; i = i2 - i1 (A) ∆𝑖 | |: tốc độ biến thiên cường độ dòng điện (A/s) ∆𝑡 4.Năng lượng của ống dây : W= 1 2 Li (J) 2 B. Bài tập củng cố Câu 1. Một vòng dây dẫn kín, phẳng được đặt trong từ trường đều. Trong khoảng thời gian 0,04 s, từ thông qua vòng dây giảm đều từ giá trị 6.10-3 Wb về 0 thì suất điện động cảm ứng xuất hiện trong vòng dây có độ lớn là A. 0,12 V. B. 0,15 V. C. 0,30 V. D. 70,24V. Câu 2. Một vòng dây dẫn hình vuông, cạnh a = 10 cm, đặt cố định trong một từ trường đều có vectơ cảm ứng từ vuông góc với mặt khung. Trong khoảng thời gian 0,05 s, cho độ lớn của cảm ứng từ tăng đều từ 0 đến 0,5 T. Xác định độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong vòng dây. A. 100 (V). B. 0,1 (V). C. l,5 (V). D. 0,15 (V). 2 Câu 3. Một khung dây phẳng diện tích 20 cm , gồm 10 vòng được đặt trong từ trường đều. Vectơ cảm ứng từ làm thành với mặt phẳng khung dây góc 30° và có độ lớn bằng 2.10-4 T. Người ta làm cho từ trường giảm đều đến 0 trong thời gian 0,01 s thì độ lớn suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong thời gian từ trường biến đổi. A. 200 (µV). B. 180 (µV). C. 160 (µV). D. 80 (µV). 2 Câu 4. Một khung dây dẫn hình chữ nhật có diện tích 200 cm , ban đầu ở vị trí song song với các đường sức từ của một từ trường đều có độ lớn B = 0,01 T. Khung quay đều trong thời gian Δt = 0,04 s đến vị trí vuông góc với các đường sức từ. Độ lớn suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung là A. 5 mV. B. 12 mV. C. 3.6V. D. 4,8 V. Câu 5. Một mạch kín hình vuông, cạnh 10 cm, đặt vuông góc với một từ trường đều có độ lớn thay đổi theo thời gian. Tính tốc độ biến thiên của cảm ứng từ, biết cường độ dòng điện cảm ứng 2 A và điện trở của mạch 5Ω. A. 1000 (T/s). B. 0,1 (T/s). C. 1500 (T/s). D. 10 (T/s). Câu 6. Một vòng dây dẫn kín, phẳng có điện trở 0,5  được đặt trong từ trường đều. Trong khoảng thời gian 0,04 s, từ thông qua vòng dây giảm đều từ giá trị 6.10−3 Wb về 0 thì cường độ dòng điện cảm ứng trong vòng dây có độ lớn là A. 0,12 A. B. 0,15 A. C. 0,30 A. D. 0,24 A. Câu 7. Một khung dây phẳng đặt trong từ trường đều nhưng biến đổi theo thời gian, các đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung dây. Trong 0,1 s đầu cảm ứng từ tăng từ 10-5 T đến 2.10-5 T; 0,1 s tiếp theo cảm ứng từ tăng từ 2.10-5 T đến 5.10-5 T. Gọi e1 và e2 là suất điện động cảm ứng trong khung dây ở giai đoạn 1 và giai đoạn 2 thì A. e1 = 2e2. B. e1 = 3e2. C. e1 = 4 e2. D. e2 = 3e1. Câu 8. Một khung dây dẫn tròn, phẳng, bán kính 0,10 m gồm 50 vòng được đặt trong từ trường đều. Cảm ứng từ hợp với mặt phẳng khung dây góc 60°. Lúc đầu cảm ứng từ có giá trị bằng 0,05 T. Trong khoảng 0,05 s, nếu cảm ứng từ tăng đều lên gấp đôi thì độ lớn suất điện động cảm ứng trong khung là e1, còn nếu cảm ứng từ giảm đều đến không thì độ lớn suất điện động cảm ứng trong khung là e2. Khi đó, e1 + e2 bằng A. 3,36 (V). B. 2,56 (V). C. 2,72 (V). D. 1,36 (V). Câu 9. Đơn vị của hệ số tự cảm là Henri(H) tương đương với A. J.A2 B. J/A2 C. V.A2 D. V/A2 Câu 10. Chọn câu sai ? Suất điện động tự cảm có giá trị lớn khi A. độ tự cảm của ống dây lớn C. dòng điện giảm nhanh. B. cường độ dòng điện qua ống dây lớn D. dòng điện tăng nhanh Câu 11. Cho mạch điện như hình vẽ. Hiện tượng tự cảm phát sinh khi mạch điện có hiện tượng nào sau đây ? A. Đóng khóa K B. Ngắt khóa K C. Đóng khóa K và di chuyển con chạy C. C E L K D. cả A, B, và C Câu 12. Trong hình vẽ bên đáp án nào sau đây là đúng khi xác định chiều dòng điện tự cảm do ống dây gây ra và dòng điện qua đèn 2 trong thời gian K đóng 1 R A B C A. Itc từ A đến B; I2 từ B đến C 2 B. Itc từ A đến B; I2 từ C đến B K C. Itc từ B đến A; I2 từ B đến C E D. Itc từ B đến A; I2 từ C đến B Câu 13. Một ống dây dài 50cm tiết diện ngang của ống là 10cm2 gồm 100 vòng. Hệ số tự cảm của ống dây là A. 25µH. B. 250µH. C. 125µH. D. 1250µH. Câu 14. Hai ống dây có diện tích các vòng dây bằng nhau, chiều dài l1 =2l2; số vòng dây lần lượt là N1, N2 với N1=2N2, có độ tự cảm lần lượt là L1, L2. Ta có A. L1=2L2. B. L1=L2. C. L1=L2/2. D. L1=L2/4. Câu 15. Dùng một dây đồng đường kính 0,8 mm có một lớp sơn mỏng cách điện quấn quanh hình trụ đường kính 4 cm để làm một ống dây, các vòng dây quấn sát nhau. Điện trở của dây là 1,7 Ω; điện trở suất của đồng ρ = 1,7.10-8 Ω.m. Độ tự cảm của ống dây có giá trị là A. 7,89.10-4 H. B. 0,16.10-4 H. C. 2,51.10-4 H. D. 1,97.10-4 H. Câu 16. Một cuộn dây có độ tự cảm L = 30mH, có dòng điện chạy qua biến thiên đều đặn 150A/s thì suất điện động tự cảm xuất hiện có giá trị A. 4,5V. B. 0,45V. C. 0,045V. D. 0,05V. Câu 17. Một ống dây dài 40cm, có tất cả 2000 vòng dây, diện tích tiết diện ngang của ống dây bằng 100cm2. Ống dây được nối với 1 nguồn điện có cường độ tăng từ 0 đến 4A thì suất điện động tự cảm trong ống dây là 0,628V. Thời gian mà dòng điện đã biến thiên là A. 0,8s. B. 0,125s. C. 0,0004s. D. 0,05s. Câu 18. Một cuộn dây có hệ số tự cảm 10mH có dòng điện 20A chạy qua. Năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn dây là A. 2J. B. 4J. C. 0,4J. D. 1J. Câu 19. Một dòng điện trong ống dây phụ thuộc vào thời gian theo biểu thức I = 0,4(5 – t); I tính bằng ampe, t tính bằng giây. Ống dây có hệ số tự cảm L = 0,005H. Suất điện động tự cảm trong ống dây là A. 0,001V. B. 0,002V. C. 0,003 V. D. 0,004V. Câu 20. Một khung dây hình chữ nhật kín gồm N = 10 vòng dây, diện tích mỗi vòng s = 20 cm2 đặt trong một từ trường đều có vectơ cảm ứng từ hợp với pháp tuyến của mặt phẳng khung dây góc α = 60°, điện trở khung dây R = 0,2 Ω. Nếu trong thời gian Δt = 0,01 giây, độ lớn cảm ứng từ giảm đều từ 0,04 T đến 0 thì cường độ dòng cảm ứng có độ lớn là: A. 0,1 (A). B. 0,2 (A). C. 0,4 (A). D. 0,3 (A). Câu 21. Một khung dây dẫn đặt vuông góc với một từ trường đều, cảm ứng từ B có độ lớn biến đổi theo thời gian. Biết rằng cường độ dòng điện cảm ứng là 0,5 A, điện trở của khung là R = 2 Ω và diện tích của khung là S = 100 cm2. Tốc độ biến thiên của cảm ứng từ là A. 200 (T/s). B. 180 (T/s). C. 100 (T/s). D. 80 (T/s). Câu 22. Một ống dây hình trụ dài gồm 1000 vòng dây, diện tích mỗi vòng dây S = 100 cm2. Ống dây có điện trở R = 16Ω, hai đầu nối đoản mạch và được đặt trong từ trường đều có véc tơ cảm ứng từ song song với trục của ống dây và có độ lớn tăng đều 10-2 T/s. Công suất tỏa nhiệt của ống dây là; A. 200 µW B. 680 µW C. 1000 µW D. 625 µW Câu 23. Một vòng dây diện tích S = 100cm2 nối vào tụ điện có điện dung C = 200 µF, được đặt trong từ trường đều có vectơ cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng chứa khung dây, có độ lớn tăng đều 5.102 T/s. Tính điện tích của tụ điện: A. 0,2 µC B. 0,4 µC C. 0,1 µC D. 0,5 µC Câu 24. Một ống dây dẫn hình trụ dài gồm 500 vòng dây, bán kính mỗi vòng dây là R = 10cm. Ống dây trên được đặt trong từ trường đều, véc tơ cảm ứng từ B song song với trục ống dây và có độ lớn tăng dần đều theo thời gian. Hai đầu ống dây được nối với đoạn mạch gồm hai tụ điện mắc nối tiếp C1 = 3C2 và hiệu điện thế hai đầu tụ C1 có giá trị 1V. Tốc độ biến thiên của cảm ứng từ B có giá trị là A. 0,085 (T/s). B. 0,65(T/s). C. 0,095(T/s). D. 0,255 (T/s). 2 Câu 25. Vòng dây kim loại diện tích S (m ), hợp với vectơ cảm ứng từ một góc 300, cho biết cảm ứng từ biến thiên theo thời gian B = 2t (B tính bằng Tesla, t tính bằng giây). Suất điện động cảm ứng sinh ra có giá trị là A. S 3 (V). 2 B. S 3 (V). C. S (V). S (V). 2 D. Câu 26. Một khung dây có diện tích khung 54 cm2 đặt trong từ trường mà vectơ cảm ứng từ hợp với mặt phẳng khung một góc 600, độ lớn vectơ cảm ứng từ có đồ thị như hình. Suất điện động cảm ứng trong khung bằng A. 0,7 V. B. 1,4V. C. 0,28 V. D. 0,405V. B (T) 3 O 0,02 t (s) Câu 27. Từ thông Φ qua một khung dây biến đổi theo thời gian được diễn tả bằng đồ thị trên hình vẽ. Khung dây có điện trở 0,5Ω. I(A)  ( Wb ) O 0,1 −4 t(s) 0,1 t(s) 0 0,1 I(A) 4 0, 2 0,3 0, 2 4 O 0,3 −4 t(s) 0,1 0, 2 Hình 2 Hình 1 0, 4 I(A) I(A) 4 t(s) 4 O 0,3 −4 O 0,1 −4 0,3 t(s) Hình 4 Hình 3 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi của dòng điện cảm ứng trong khung theo thời gian là hình: A. (1) B. (2) C. (3) D. (4) Câu 28. Suất điện động cảm ứng trong một mạch điện biến đổi theo thời gian được diễn tả bằng đồ thị trên hình vẽ. Biết từ thông cực tiểu bằng 0.  ( Wb )  ( Wb ) 0, 05 0,5 eC (V) t(s) t(s) O 0,5 O 0,1 0, 2 0,3 0, 4 Hình 1 O  ( Wb )  ( Wb ) t(s) 0,1 0, 2 0,3 0, 4 0,1 0, 2 0,3 0, 4 Hình 2 0,5 0, 05 t(s) t(s) O 0,1 0, 2 0,3 0, 4 Hình 3 O 0,1 0, 2 0,3 0, 4 Hình 4 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi của từ thông khung theo thời gian là hình: A. (1) B. (2) C. (3) D. (4) Câu 29. Một khung dây dẫn hình vuông cạnh a = 6 cm được đặt trong từ trường đều B = 4mT, đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung dây. Cầm hai cạnh đối diện hình vuông kéo về hai phía khác nhau để được một hình chữ nhật có cạnh này dài gấp hai lần cạnh kia. Cho điện trở của khung bằng R = 0,01 Ω. Điện lượng di chuyển qua tiết diện ngang của dây trong khung là: A. 240 µC B. 180 µC C. 160 µC D. 80 µC Câu 30. Một khung dây hình vuông MNPQ cạnh a = 6cm đặt trong từ M Q M trường đều B = 4mT, đường sức vuông góc với mặt phẳng khung dây B B hình 1. Giữ đinh M cố định, sau đó kéo và xoắn các cạnh của khung sao cho ta được hai hình vuông mà diện tích hình này lớn gấp 4 lần B P hình kia như trên hình 2. Cho điện trở của khung bằng R = 0,01Ω. Cho N P biết dây dẫn của khung có vỏ cách điện. Điện lượng di chuyển trong Hình 1 Hình 2 khung là: A. 840µC B. 980 µC C. 160 µC D. 960 µC