Học tốt Vật lí 11 bài 23: Từ thông – Cảm ứng điện từ

Thứ ba - 30/07/2019 13:07

Hệ thống kiến thức cơ bản cần nhớ và hướng dẫn giải bài tập Vật lí 11 bài 23: Từ thông – Cảm ứng điện từ

A/ Kiến thức cơ bản
1. Từ thông: (ɸ)
Từ thông qua một mặt có diện tích S, đặt trong một từ trường đều

được tính bởi công thức:
ɸ = B.S.cosα với

Trong đó: α là góc tạo bởi

và vectơ pháp tuyến dương

. Đơn vị đo từ thông là vêbe (Wb).
2. Hiện tượng cảm ứng điện từ:

Xét mạch kín (C), mỗi khi từ thông qua mạch kín (0) biến thiên thì trong mạch kín xuất hiện một dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng.
Hiện tượng này 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.
3. Định luật Len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng:
a) 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.
b) Phát biểu dạng khác của định luật Len-xơ: Khi từ thông qua mạch kín (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:
Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong các khối kim loại khi khối này chuyển động trong từ trường hoặc được đặt trong một từ trường biến thiên theo thời gian gọi là dòng điện Fu-cô.

B/ TRẢ LỜI CÂU HỎI C1, C2, C3 SGK VẬT LÝ 11 BÀI 23
Cl. Hãy giải thích sự biến thiên từ thông qua mạch kín (C) trong từng thí nghiệm.
Trả lời:

Thí nghiệm 1: ( Xem hình 23.3a)
Khi ta đưa nam châm SN dịch chuyển lại gần (C) thì B và cosα tăng nên từ thông tang.
Vì ɸ = B.S.cosα
- Thí nghiệm 2: ( Xem hình 23.3b)
Khi cho nam châm SN dịch chuyển ra xa (C) thì B và cosα giảm nên từ thông giảm Vì ɸ = B.S.cosα

C2. Mô tả và giải thích thí nghiệm Fa-ra-đây được vẽ trên hình 23.4 SGK

Trả lời:
+ Ở hình 23.4a) thí nghiệm Fa-ra-đây gồm có:
- Một ống dây (1) có điện kế G tạo thành mạch kín.
- 1 ống dây (2) nối với nguồn điện và khóa K.
∗ Mô tả thí nghiệm
- Khi K ngắt, kim điện kế G không bị lệch.
- Khi đóNg khóa K, kim điện kế G bị lệch chứng tỏ trong ống dây (1) có dòng điện.
∗ Giải thích hiện tượng
- Khi K ngắt, ống dây (2) không có dòng điện chạy qua. Không có sự biến thiên từ thông qua ống dây (1) nên không xuất hiện dòng điện cảm ứng. Kim điện kế không lệch.
- Khi đóng khóa K, ống dây (2) có dòng điện chạy qua trở thành một nam châm điện gây ra một từ trường xuyên qua ống dây (1). Từ thông qua ống dây (1) tăng (từ giá trị không khi K mở) làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong ống dây (1) để chống lại sự biến thiên từ thông qua nó. Kim điện kế lệch.
+ Ở hình 23.4b) thí nghiệm Fa-ra-đây gồm có:
- 1 ống dây (1) có điện kế G tạo thành một mạch kín.
- 1 ống dây (2) nối với nguồn điện và một biến trở và trở thành một nam châm điện.
∗ Mô tả thí nghiệm:
- Khi chưa dịch chuyển con chạy của biến trở, kim điện kế G không bị lệch.
- Dịch chuyển con chạy của biến trở, kim điện kế G bị lệch chứng tỏ trong ống dây (1) có dòng điện.
∗ Giải thích hiện tượng
- Khi chưa dịch chuyển con chạy, cường độ dòng điện trong ống dây không đổi nên từ thông qua ống dây (1) không đổi nên không xuất hiện dòng điện cảm ứng. Kim điện kế không lệch.
- Khi bắt đầu dịch chuyển con chạy trên biến trở, điện trở biến trở thay đổi làm cường độ dòng điện qua ống dây (2) biến đổi, làm cho từ trường của nam châm điện này thay đổi dẫn đến từ thông xuyên qua ống dây (1) để chống lại sự biến thiên từ thông này. Kim điện kế lệch.

C3. Cho nam châm SN rơi thẳng đứng chui qua mạch kín (C) cố định như hình 23.5. Hãy xác định chiều dòng điện cảm ứng xuất hiện trong (C).

Trả lời:

Trên hình 23.5a, Khi nam châm SN rơi thẳng đứng xuống thì từ thông qua (C) tăng nên dòng điện cảm ứng có chiều ngược với chiều + trên (C)

C/ TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP SGK VẬT LÝ 11 BÀI 23 TRANG 147, 148
1. Phát biểu các định nghĩa:
- Dòng điện cảm ứng.
- Hiện tượng cảm ứng điện từ.
- Từ trường cảm ứng.
Trả lời:
a) Dòng điện cảm ứng: khi từ thông qua mạch kín biến thiên thì trong mạch kín xuất hiện dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng.
b) Hiện tượng cảm ứng điện từ :
Hiện tượng từ thông qua mạch kín biến thiên, trong mạch kín xuất hiện dòng điện cảm ứng gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.
c) Từ trường cảm ứng.
Từ trường do dòng điện cảm ứng sinh ra gọi là từ trường cảm ứng.

2. Dòng điện Fu-cô là gì?
Trả lời:
Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong các khối kim loại khi những khối này chuyển động trong một từ trường hoặc được đặt trong một từ trường biến thiên theo thời gian gọi là dòng diện Fu-cô.

3. Mạch kín (C) không biến dạng trong từ trường đều B. Hỏi trường hợp nào dưới đây, từ thông qua mạch biến thiên?
A. (C) chuyển động tịnh tiến.
B. (C) chuyển động quay xung quanh một trục cố định vuông góc với mặt phẳng chứa mạch.
C. (C) chuyển động trong một mặt phẳng vuông góc với( B) ⃗.
D. (C) quay xung quanh trục cố định nằm trong mặt phẳng chứa mạch và trục này không song song với đường sức từ.
Trả lời:
Đáp án: D.
Vì từ thông ɸ = BScosα, với α là góc hợp bởi

và

B và S không đổi, khi α đổi thì ɸ thay đổi.
Trong câu D, thì (C) quay xung quanh trục cố định nằm trong mặt phẳng chứa mạch thì α thay đổi nên từ thông qua mạch biến thiên.

4. Mạch kín tròn (C) nằm trong cùng mặt phẳng P với dòng điện thẳng I (hình 23.8). Hỏi trường hợp nào dưới đây, từ thông qua (C) biến thiên?

A. (C) dịch chuyển trong P lại gần I hoặc ra xa I.
B. (C) dịch chuyển trong P với vận tốc song song với dòng I.
C. (C) cố định, dây dẫn thẳng mang dòng I chuyển động tịnh tiến dọc theo chính nó.
D. (C) quay xung quanh dòng điện thẳng I.
Trả lời:
Đáp án: A.
Khi ta dịch chuyển (C) lại gần I hoặc xa I thì khoảng cách giữa dòng điện I và (C) thay đổi nên từ trường B thay đổi, do đó từ thông (p qua (C) biến thiên (xem hình 23.8).

5. Xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong các thí nghiệm dưới đây (hình 23.9).
a) Nam châm chuyển động (hình 23.9a)
hinh 23.9a

b) Mạch (C) chuyển động tịnh tiến (hình 25.9b)
hinh 23.9B

c) Mạch (C) quay (hình 23.9c)
hinh 23.9C

d) Nam châm quay liên tục(hình 23.9d)
hinh 23.9d

Trả lời:
a) Nam châm chuyển động ra xa (C): Khi nam châm chuyển động ra xa (C) thì từ thông qua (C) giảm, nên từ trường cảm ứng

c cùng chiều từ trường ban đầu B

. Dùng qui tắc “vào nam ra bắc” ta tìm được chiều của dòng điện cảm ứng như hình 23.2a
Giai vat ly lop 11 bai 23 cau 5a

Mặt của (C) đối điện với cực S của nam châm là mặt Bắc.
b) Khi mạch (C) chuyển động tịnh tiến gần nam châm thì từ thông qua (C) tăng, nên

c ngược chiều

. Dùng qui tắc “vào nam ra bắc” ta tìm được chiều của dòng điện như hình 23.2b).
Giai vat ly lop 11 bai 23 cau 5b

Mặt của (C) đối điện với cực S của nam châm là mặt Nam
c) Khi mạch (C) quay như hình 23.2c, thì từ thông qua (C) không biến thiên, nên không xuất hiện dòng điện cảm ứng.
Giai vat ly lop 11 bai 23 cau 5C

d) Khi nam châm quay liên tục thì từ thông qua mạch biến thiên nên trong mạch (C) cũng xuất hiện dòng điện cảm ứng xoay chiều (hình 23.2d)
Giai vat ly lop 11 bai 23 cau 5D