Đáp án Vật lí 12 kết nối Bài 16: Từ thông. Hiện tượng cảm ứng điện từ

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

KHỞI ĐỘNG

Khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn kín biến thiên thì trong cuộc dây dẫn đó xuất hiện dòng điện cảm ứng. Hãy cho biết có những cách nào làm cho số đường sức từ qua tiết diện của cuộc dây dẫn kín biến thiên?

Hướng dẫn chi tiết:

Những cách làm cho số đường sức từ qua tiết diện của cuộc dây dẫn kín biến thiên là: 

- Thay đổi vị trí của cuộn dây so với nam châm: 

   + Khi di chuyển cuộn dây lại gần hoặc ra xa nam châm, số đường sức từ qua tiết diện của cuộn dây sẽ thay đổi. 

   + Di chuyển cuộn dây theo phương vuông góc với hướng của đường sức từ sẽ làm cho số đường sức từ qua tiết diện của cuộn dây biến thiên nhanh hơn.

- Thay đổi góc hợp giữa cuộn dây và hướng của đường sức từ: 

   + Khi xoay cuộn dây, góc hợp giữa cuộn dây và hướng của đường sức từ sẽ thay đổi, dẫn đến sự biến thiên của số đường sức từ qua tiết diện cuộn dây.

- Thay đổi cường độ dòng điện chạy qua nam châm điện: 

   + Khi cường độ dòng điện chạy qua nam châm điện thay đổi, từ trường do nam châm điện tạo ra cũng sẽ thay đổi, dẫn đến sự biến thiên của số đường sức từ qua tiết diện cuộn dây

- Sử dụng lõi sắt non: Lõi sắt non có thể tập trung từ trường, do đó khi sử dụng lõi sắt non, số đường sức từ qua tiết diện cuộn dây sẽ tăng lên

- Dùng cuộn dây có nhiều vòng dây: Cuộn dây có nhiều vòng dây sẽ có độ nhạy cao hơn với sự biến thiên của từ trường, do đó số đường sức từ qua tiết diện cuộn dây sẽ biến thiên nhiều hơn.

I. TỪ THÔNG

Câu hỏi :  Từ biểu thức (16.1) hãy cho biết trong trường hợp nào thì từ thông qua vòng dây diện tích S giới hạn bởi dẫn kín ( C) có trị số bằng 0, có trị số dương, có trị số âm.

Hướng dẫn chi tiết:

Từ thông qua vòng dây diện tích S giới hạn bởi dẫn kín ( C) có trị số bằng 0, có trị số dương, có trị số âm đó là:

- Trị số bằng 0: 

+ Khi B = 0: lúc này không có từ trường thì từ thông qua vòng dây luôn bằng 0.

+ Khi S = 0: vòng dây không có diện tích thì từ thông qua vòng dây cũng bằng 0.

+ Khi thì : do đó từ thông qua dây bằng 0

- Trị số dương khi cảm ứng từ, diện tích S đều lớn hơn 0 và góc hợp bởi vecto cảm ứng từ với mặt phẳng vòng dây luôn là góc nhọn.

- Trị số âm khi cảm ứng từ, diện tích S luôn dương và góc hợp bởi vecto cảm ứng từ với mặt phẳng vòng dây luôn là góc tù.

Hoạt động: Để làm từ thông biến thiên, có thể biến đổi từng đại lượng B, S, trong biểu thức (16.1). Hãy đề xuất các cách có thể làm biến thiên từ thông qua tiết diện khung dây dẫn mềm nối với điện kế thành mạch kín trong các trường hợp sau:

Trường hợp 1: Khung dây dẫn đặt cạnh nam châm vĩnh cửu (Hình 16.4).

Trường hợp 2: Khung dây dẫn đặt cạnh nam châm điện (Hình 16.5).

Nếu dòng diện đi vào chốt G₀ và ra chốt (-) thì kim điện kế lệch về phía (+) (lệch sang phải); ngược lại, kim điện kế lệch về phía (-) (lệch sang trái).

Hướng dẫn chi tiết:

Đề xuất các cách có thể làm biến thiên từ thông:

Trường hợp 1: Khung dây dẫn đặt cạnh nam châm vĩnh cửu (Hình 16.4).

- Thay đổi cảm ứng từ B: 

+ di chuyển nam châm (di chuyển ra xa, lại gần, song song, vuông góc với khung dây) 

+ thay đổi vị trí của khung dây ( di chuyển ra xa, lại gần, xoay làm sao cho góc hợp bởi vecto cảm ứng từ và vecto pháp tuyến của mặt phẳng khung dây thay đổi bất kì).

- Thay đổi diện tích S của khung dây: làm biến dạng khung dây, di chuyển khung dây ra khỏi từ trường.

- Thay đổi góc : xoay khung dây làm sao cho góc hợp bởi vecto cảm ứng từ và vecto pháp tuyến của mặt phẳng khung dây thay đổi bất kì. 

Trường hợp 2: Khung dây dẫn đặt cạnh nam châm điện (Hình 16.5).

- Thay đổi cảm ứng từ B: 

+ thay đổi cường độ dòng điện I (tăng, giảm cường độ dòng điện)

+ thay đổi số vòng dây của nam châm điện (sử dụng lõi sẵn có độ từ thẩm cao hơn)

- Thay đổi diện tích S của khung dây: làm biến dạng khung dây.

- Thay đổi góc : xoay khung dây làm sao cho góc hợp bởi vecto cảm ứng từ và vecto pháp tuyến của mặt phẳng khung dây thay đổi bất kì. 

II. HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

Câu hỏi: Từ các cách làm biến thiên từ thông qua cuộn dây dẫn kín, hãy đề xuất một số phương án thí nghiệm minh hoạ hiện tượng cảm ứng điện từ.

Hướng dẫn chi tiết:

* Chuẩn bị dụng cụ:

+ nam châm 

+ cuộn dây dẫn kín

+ điện kế

* Tiến hành: 

- Nối hai đầu cuộn dây dẫn kín với điện kế

- Sau đó đưa nam châm lại gần cuộn dây dẫn kín

- Quan sát điện kế

- Nhật xét và kết luận kết quả

* Nhận xét và kết quả quan sát được:

- Khi nam châm lại gần cuộn dây dẫn kín, kim điện kế sẽ quay, chứng tỏ có dòng điện xuất hiện trong cuộn dây.

- Khi nam châm ra xa cuộn dây dẫn kín, kim điện kế sẽ quay theo chiều ngược lại, chứng tỏ có dòng điện xuất hiện trong cuộn dây với chiều ngược lại.

* Giải thích: Khi đưa nam châm lại gần cuộn dây, số đường sức từ qua tiết diện cuộn dây tăng lên, dẫn đến xuất hiện dòng điện cảm ứng.

Hoạt động 1: Thí nghiệm 1

Chuẩn bị: Nam châm (1), cuộn dây (2), điện kế (3) và các dây dẫn.

Tiến hành:

- Bố trí thí nghiệm như Hình 16.6 và điều chỉnh kim điện kế chỉ đúng vạch số 0.

- Quan sát chiều lệch của kim điện kế trong các trường hợp sau:

+ Dịch chuyển cực Bắc của nam châm lại gần cuộn dây.

+ Dịch chuyển cực Bắc của nam châm ra xa cuộn dây.

Từ kết quả thí nghiệm quan sát được, thực hiện các yêu cầu sau:

1. Khi nào kim điện kế dịch chuyển? Kim điện kế lệch khỏi vạch 0 chứng tỏ điều gì?

2. Giải thích sự biến thiên từ thông qua cuộn dây trong các trường hợp trên.

3. Nhận xét về mối liên hệ giữa sự biến thiên của từ thông qua cuộn dây với sự xuất hiện của dòng điện cảm ứng trong cuộn dây đó.

Hướng dẫn chi tiết:

1. Kim điện kế dịch chuyển khi:Dịch chuyển cực Bắc của nam châm lại gần cuộn dây. Dịch chuyển cực Bắc của nam châm ra xa cuộn dây. Kim điện kế lệch khỏi vạch 0 thì chứng tỏ có dòng diện đi qua.

2. Giải thích:

- Dịch chuyển cực Bắc của nam châm lại gần cuộn dây thì số đường sức từ qua tiết diện cuộn dây tăng, dẫn đến từ thông cũng sẽ tăng

- Dịch chuyển cực Bắc của nam châm ra xa cuộn dây thì số đường sức từ qua tiết diện cuộn dây giảm, dẫn đến từ thông cũng sẽ giảm

3. Nhận xét: dòng điện cảm ứng chỉ xuất hiện trong cuộn dây khi từ thông qua cuộn dây biến thiên.

Hoạt động 2: Thí nghiệm 2

Chuẩn bị:

Nam châm điện (1), cuộn dây (2), điện kế (3), khoá K (4), nguồn điện (5), biến trở (6) và các dây dẫn.

Tiến hành:

- Lắp mạch điện như Hình 16.7 và điều chỉnh kim điện kế chỉ đúng vạch số 0.

- Quan sát kim điện kế khi đóng hoặc ngắt khoá K.

- Đóng khoá K rồi di chuyển con chạy trên biến trở sang trái hoặc sang phải. Quan sát kim điện kế.

Từ kết quả thí nghiệm quan sát được, thực hiện các yêu cầu sau:

1. Khi đóng, ngắt khoá K hoặc di chuyển con chạy trên biến trở thì kim điện kế có lệch khỏi vạch 0 không? Giải thích.

2. Khi đóng hoặc ngắt khoá K, đại lượng nào trong công thức (16.1) thay đổi làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn kín?

Hướng dẫn chi tiết: