Câu hỏi và bài tập tự luận vật lí 12 kết nối tri thức

BÀI 16: TỪ THÔNG. HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

(14 CÂU)

1. NHẬN BIẾT (4 CÂU)

Câu 1: Từ thông là gì? Nêu đơn vị của từ thông.

Trả lời:

- Từ thông qua diện tích S đặt trong từ trường đều  dùng để diễn tả số đường sức từ xuyên qua diện tích S đó: .

- Đơn vị của từ thông trong hệ SI là vêbe (weber) kí hiệu Wb.

Ta có 1 Wb = 1 T.1 m².

Câu 2: Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì?

Trả lời:

- Khi từ thông qua cuộn dây dẫn kín biến thiên thì trong cuộn dây dẫn đó xuất hiện một dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng. Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.

- Hiện tượng này chỉ tồn tại trong khoảng thời gian từ thông qua cuộn dây dẫn kín biến thiên.

Câu 3: Phát biểu nội dung định luật Lenz về chiều dòng điện cảm ứng.

Trả lời:

- Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông qua mạch kín đó.

Câu 4: Phát biểu nội dung định luật Faraday về cảm ứng điện từ.

Trả lời:

- Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch.

- Biểu thức suất điện động cảm ứng:

Trong đó, N là số vòng dây và là tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch kín.

2. THÔNG HIỂU (4 CÂU)

Câu 1: Đặt một vòng dây có diện tích 8 cm² trong một từ trường đều có các véc tơ cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng vòng dây và có độ lớn 0,6 T. Tính độ lớn của từ thông qua vòng dây?

Trả lời:

Đổi: 8 cm² = 8.10^-4 m²

Vì véc tơ cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng vòng dây nên α = 0.

Độ lớn của từ thông qua vòng dây là:

Câu 2: Một cuộn dây có 250 vòng dây và tiết diện mặt cắt ngang là 0,1 m² được đặt trong một từ trường đều có độ lớn 2.10^-3 T vuông góc với mặt phẳng vòng dây. Tính độ lớn của từ thông qua cuộn dây?

Trả lời:

Vì véc tơ cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng vòng dây nên α = 0.

Độ lớn của từ thông qua 1 vòng dây là:

Độ lớn của từ thông qua cuộn dây là:

Câu 3: Một khung dây có diện tích 0,4 m² được đặt vuông góc với cảm ứng từ có độ lớn 0,12 T. Biết từ thông qua mặt khung dây là 2 Wb. Tính số vòng dây của khung dây.

Trả lời:

Vì véc tơ cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng vòng dây nên α = 0.

Số vòng dây của khung dây là

Câu 4: Một đoạn dây dẫn MN trên hai thanh kim loại trong từ trường đều có cảm ứng từ . Trong đoạn dây MN có suất điện động cảm ứng nên nó có thể được coi là một nguồn điện. Tìm các cực của nguồn điện này.

Trả lời:

Khi đoạn dây MN chuyển động từ trái qua phải, dòng điện cảm ứng có chiều MNPQ. Do đó, nếu coi MN là nguồn điện thì M đóng vai trò cực âm, N đóng vai trò cực dương của nguồn điện này.

3. VẬN DỤNG (4 CÂU)

Câu 1: Xét một khung dây dẫn hình vuông có cạnh 6 cm được đặt trong từ trường đều có độ lớn cảm ứng từ là 7.10^-3 T. Biết véc tơ pháp tuyến của mặt phẳng khung dây hợp với véc tơ cảm ứng từ một góc 45⁰. Tính độ lớn suất điện động cảm ứng từ qua khung dây giảm đều về 0 trong khoảng thời gian 0,01 s.

Trả lời:

Diện tích khung dây: S = 6.6 = 36 cm² = 36.10^-4 m²

Từ thông qua khung dây dẫn khi cảm ứng từ có độ lớn 7.10^-3 T là:

Từ thông qua khung dây khi cảm ứng từ có độ lớn 0 T là:

Độ lớn suất điện động cảm ứng sinh ra trong khung dây:

Câu 2: Một cuộn dây có 2500 vòng và tiết diện mặt cắt 1,2 cm² được đặt giữa hai cực của nam châm sao cho từ thông đi qua vuông góc với cuộn dây. Độ lớn cảm ứng từ là 0,5 T. Cuộn dây bị kéo nhanh ra khỏi từ trường trong thời gian 0,1 s. Tính độ lớn suất điện động cảm ứng từ qua cuộn dây.

Trả lời:

Vì véc tơ cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng vòng dây nên α = 0.

Độ lớn của từ thông qua 1 vòng dây là:

Độ lớn của từ thông qua cuộn dây là:

Độ lớn suất điện động cảm ứng từ qua cuộn dây là:

Câu 3: Một đoạn dây dây dài 0,2 m chuyển động với tốc độ ổn định 3 m/s vuông gốc trong một từ trường đều có độ lớn cảm ứng từ là 0,1 T. Sử dụng định luật Faraday để xác định suất điện động cảm ứng trên đoạn dây.

Trả lời

Trên hình vẽ ta có trong 1 s, đoạn dây di chuyển được 3m

Độ lớn của từ thông qua đoạn dây là:

Độ lớn suất điện động cảm ứng từ qua cuộn dây là:

Câu 4: Một cuộn dây có 200 vòng có điện trở 2 Ω, diện tích mỗi vòng dây là 0,01 m² được đặt cố định trong từ trường đều cho cho véc tơ cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng khung dây. Biết cường độ dòng điện trong mạch là 0,3 A. Tìm tốc độ biến thiên cảm ứng từ qua mạch.

Trả lời:

Ta có: I = 0,3 A nên ξ = IR = 0,3.2 = 0,6 V

Lại có:

4. VẬN DỤNG CAO (2 CÂU)

Câu 1: Cho một khung dây dẫn kín đồng chất, cứng, hình chữ nhật ABCD. Biết AB = a = 20 cm, BC = b = 10 cm. Khung dây dẫn được đặt trong từ trường đều sao cho cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng khung dây. Biết rằng trong khoảng thời gian Δt = 0,02 s, độ lớn cảm ứng từ B giảm đều từ B₀ = 0,92 T đến B = 0,32 T. Tính độ lớn của suất điện động cảm ứng và xác định chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung dây.

Trả lời:

Diện tích khung dây: S = a.b = 0,2.0.1 = 0,02 m²

Vì cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng khung dây nên:

Độ lớn suất điện động cảm ứng:

Độ lớn cảm ứng từ giảm, từ thông qua mạch giảm nên từ trường cảm ứng và từ trường ban đầu cùng hướng.

Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải suy ra chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khung cùng chiều kim đồng hồ.

Câu 2: Một khung dây dẫn hình chữ nhật có N = 500 vòng dây diện tích S = 10 cm², quay đều với tốc độ 50 vòng/giây quanh một trục vuông góc với các đường sức của một từ trường đều có độ lớn cảm ứng từ là 0,05 T. Chọn gốc thời gian t = 0 là lúc véc tơ pháp tuyến  của diện tích S của khung dây cùng chiều với véc tơ cảm ứng từ  và chiều dương là chiều quay của khung dây.

1. a) Viết biểu thức xác định từ thông qua khung dây.
2. b) Viết biểu thức xác định suất điện động xuất hiện trong khung dây.

Trả lời:

50. a) Khung dây dẫn quay đều với tốc độ góc: ω = 50.2π = 100π (rad/s).

Tại thời điểm ban đầu t = 0, vectơ pháp tuyến  của diện tích S của khung dây có chiều trùng với chiều vectơ cảm ứng từ  của từ trường. Đến thời điểm t, pháp tuyến  của khung dây đã quay được một góc bằng ωt. Lúc này từ thông qua khung dây là: Φ = NBScos(ωt).

Như vậy, từ thông qua khung dây biến thiên điều hoà theo thời gian với tần số góc ω và với giá trị cực đại (biên độ) là 

Thay N = 500, B = 0,05 T, S = 10 cm² = 10.10^-4 m² và ω = 100π (rad/s) ta được biểu thức của từ thông qua khung dây là: (Wb).

1. b) Từ thông qua khung dây biến thiên điều hoà theo thời gian, theo định luật cảm ứng điện từ của Faraday thì trong khung dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng.

Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây được xác định theo công thức:

Thay N = 500, B = 0,05 T, S = 10 cm² = 10.10^-4 m² và ω = 100π (rad/s), ta được biểu thức xác định suất điện động xuất hiện trong khung dây là: