Vật lí 11 Bài 24: Suất điện động cảm ứng

Mục lục Giải Vật lí 11 Bài 24: Suất điện động cảm ứng

Video giải Vật lí 11 Bài 24: Suất điện động cảm ứng

C1 trang 149 Vật lí lớp 11:

a) Nhắc lại định nghĩa suất điện động của một nguồn điện.

b) Trong các sơ đồ mạch điện, nguồn điện lí tưởng một chiều được ký hiệu như hình 24.1a. Ngoài ra nguồn điện còn được ký hiệu như hình 24.1b, trong đó, điểm ngọn của mũi tên chỉ vào cực dương của nguồn; chiều của mũi tên được gọi là chiều của suất điện động. Tính U_AB theo sơ đồ hình 24.1c.

c) Tính U_CD theo sơ đồ hình 24.1d.

d) Tính U_AB theo sơ đồ hình 24.1e với một nguồn có r ≠ 0.

e) Nhắc lại biểu thức của điện năng do một nguồn điện sản ra trong một khoảng thời gian Δt.

Lời giải:

a) Suất điện động của nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện và được đo bằng thương số giữa công A của lực lạ thực hiện khi dịch chuyển một điện tích dương q ngược chiều điện trường và độ lớn của điện tích q đó.

b) Ta có E là suất điện động của nguồn điện, nên:

U_AB = E -  I.r

Vì r = 0 và mạch hở I = 0 ⇒ U_AB = E

c) E = U_DC + i.r. Vì r = 0

=> E = U_DC => U_CD = – E

d) E = i.r + U_AB => U_AB = E– i.r

e) Điện năng do một nguồn điện sản ra trong một khoảng thời gian Δt là:

W = E.i.Δt

C2 trang 149 Vật lí lớp 11: Nghiệm lại rằng, trong công thức (24.4), hai vế đều có cùng đơn vị:

$\left.e_c\right|=\left.\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}\right|$

Lời giải:

Xét đơn vị của hai vế:

-  Ta có đơn vị của suất điện động cảm ứng là: Vôn (V)

Mà ta có:  $1V=\frac{J}{C}$ (1)

- Mặt khác, ta có:

+ Đơn vị của từ thông là: Vebe (Wb)

+ Đơn vị của thời gian là: Giây (s)

Lại có: 1Wb = T.m² và $T=\frac{N}{A.m}$

=>$1Wb=\frac{N}{A}.m$

=> Đơn vị của vế phải:  $\frac{1Wb}{s}=\frac{Nm}{\text{As}}=\frac{J}{C}$ (2)

Từ (1) và (2) ta suy ra hai vế đều có cùng đơn vị

C3 trang 151 Vật lí lớp 11: Xác định chiều của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch kín (C) trên hình 24.3 khi nam châm:

a) đi xuống.

b) đi lên.

Lời giải:

a) Khi nam châm đi xuống, từ thông qua (C) tăng, e_C < 0 nên suất điện động có chiều ngược chiều dương của mạch (hình 24.3a)

b) Khi nam châm đi lên, từ thông qua (C) giảm, e_C > 0 nên suất điện động có chiều cùng chiều dương của mạch (hình 24.3b)

Bài 1 trang 152 Vật lí lớp 11: Phát biểu các định nghĩa:

– Suất điện động cảm ứng.

– Tốc độ biến thiên từ thông.

Lời giải:

- Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín.

+ Suất điện động cảm ứng trong mạch được xác định bằng biểu thức

$e_C=-\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}$

Dấu (-) trong công thức là để phù hợp với định luật Len-xơ, ΔΦ là độ biến thiên từ thông qua mạch (C) trong thời gian Δt.

- Tốc độ biến thiên từ thông là độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thông qua mạch kín đó.

Bài 2 trang 152 Vật lí lớp 11: Nêu ít nhất ba ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ.

Lời giải:

Hiện tượng cảm ứng điện từ là cơ sở:

– Chế tạo máy phát điện một chiều, xoay chiều.

– Chế tạo máy biến thế.

– Chế tạo động cơ không đồng bộ 3 pha,…

Bài 3 trang 152 Vật lí lớp 11: Phát biểu nào dưới đây là đúng?

Khi một mạch kín phẳng, quay xung quanh một trục nằm trong mặt phẳng chứa mạch trong một từ trường, thì suất điện động cảm ứng đổi chiều một lần trong

A. 1 vòng quay.

B. 2 vòng quay.

C. $\frac{1}{2}$ vòng quay.

D. $\frac{1}{4}$ vòng quay.

Lời giải:

Giả sử mặt kín đặt trong từ trường như hình vẽ:

 Lúc đầu từ thông qua mạch bằng không:

– Trong nửa vòng tay đầu, từ thông qua mạch tăng dần đến giá trị cực đại (khi $\overrightarrow{B}$vuông góc với mặt phẳng của mạch), trong mạch xuất hiện suất điện động e_C < 0 có chiều của suất điện động cảm ứng ngược với chiều của mạch.

– Trong nửa vòng quay cuối, từ thông qua mạch giảm dần từ giá trị cực đại xuống 0, khi này suất điện động trong mạch có chiều là chiều của mạch.

Vậy suất điện động cảm ứng trong mạch sẽ đổi chiều một lần trong $\frac{1}{2}$ vòng quay.

Bài 4 trang 152 Vật lí lớp 11: Một mạch kín hình vuông cạnh 10cm, đặt vuông góc với một từ trường đều có độ lớn thay đổi theo thời gian. Tính tốc độ biến thiên của từ trường, biết cường độ dòng điện cảm ứng i = 2A và điện trở của mạch r = 5Ω.

Lời giải:

Đổi: 10cm = 0,1m

Suất điện động cảm ứng trong mạch: |e_c | = i .r = 10 (V)

Độ biến thiên từ thông qua mạch kín:

$\left.e_c\right|=\left.\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}\right|=\left.\frac{\Delta B.S}{\Delta t}\right|\Rightarrow \left.\frac{\Delta B}{\Delta t}\right|=\frac{e_c}{S}=\frac{10}{0,1^2}={10}^3(T/s)$

Đáp án: 10³ T/s

Bài 5 trang 152 Vật lí lớp 11: Một khung dây dẫn hình vuông cạnh a = 10cm, đặt cố định trong một từ trường đều có vectơ cảm ứng từ vectơ B vuông góc với mặt khung. Trong khoảng thời gian Δt = 0,05s; cho độ lớn của vectơ B tăng từ 0 đến 0,5T. Xác định độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung.

Lời giải:

Đổi: 10cm = 0,1m

Suất điện động cảm ứng trong khung:

$\left.e_c\right|=\left.\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}\right|=\left.\frac{\Delta B.S}{\Delta t}\right|=\frac{(0,5-0).0,01}{0,05}=0,1\left(V\right)$

Đáp án: 0,1(V)

Bài 6* trang 152 Vật lí lớp 11: Một mạch kín tròn (C) bán kính R, đặt trong từ trường đều, trong đó vectơ cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ lúc đầu có hướng song song với mặt phẳng chứa (C) (Hình 24.4). Cho (C) quay đều xung quanh trục Δ cố định đi qua tâm của (C) và nằm trong mặt phẳng chứa (C); tốc độ quay là ω không đổi. Xác định suất điện động cảm ứng cực đại xuất hiện trong (C).

Lời giải:

Suất điện động xuất hiện trong mạch (C)

 $e_C=-\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}=-\Phi \text{'}\left(t\right)$(khi Δt rất nhỏ)

Ta có Φ(t) = B.S.cosα = B.S.cos(ωt + φ)

Φ là góc hợp bởi véctơ pháp tuyến khung dây $\overrightarrow{n}$ và cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ tại thời điểm ban đầu t = 0.

Khi đó e_C = – Φ’(t) = N.B.S.ω.sin(ωt + φ)

Suy ra (e_C)_max = B.S.ω = B.ω.π.R²

Bài giảng Vật lí 11 Bài 24: Suất điện động cảm ứng