Bài tập sách giáo khoa vật lý 11 từ thông

Nhà bạn đã bao giờ sử dụng bếp từ chưa? Đã bao giờ bạn thắc mắc bếp từ hoạt động thế nào chưa? Bài học này tech12h sẽ giúp bạn tìm hiểu nguyên lí vật lí được ứng dụng trong bếp từ, đó là hiện tượng Cảm ứng điện từ.

Nội dung bài viết gồm 2 phần:

• Lý thuyết
• Hướng dẫn giải bài tập SGK

A. Lý thuyết

I. Từ thông

Từ thông là thông lượng đường sức từ qua một diện tích và được xác định bởi công thức: $\phi = B.S.\cos (\alpha )$

Trong đó:

$\phi $: Là từ thông (Wb)

B: Từ trường (T)

S: Diện tích mặt (m2)

$\alpha $: Góc giữa $\overrightarrow{B}$ và $\overrightarrow{n}$ ($\overrightarrow{n}$ là vecto pháp tuyến của mặt phẳng S)

Từ thông là một đại lượng đại số.

Đơn vị đo từ thông: vêbe (Wb)

1 Wb = 1T.1m2

1. TH1: $\alpha $ = 0 thì $\phi $ = 0
2. TH2: $\alpha $ nhọn thì $\phi $ > 0
3. TH3: $\alpha $ nhọn thì $\phi $ < 0

II. Hiện tượng cảm ứng điện từ

Hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng trong một mạch kín khi từ thông qua mạch biến thiên.

Chú ý:

1. Khi từ thông qua mạch kín (C) biến thiên thì trong mạch xuất hiện một dòng điện, gọi là dòng điện cảm ứng. Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng trong (C) gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.
2. Hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ tồn tại trong khoảng thời gian từ thông qua mạch kín biến thiên.
3. Khi dòng điện cảm ứng thì cũng xuất hiện từ trường xung quanh mạch điện kín.

III. Định luật Len – xơ về chiều dòng điện cảm ứng

Quy ước:

Chiều dương trên mạch (C) là chiều của đường sức từ của nam châm qua (C) theo quy tắc nắm tay phải.

Chú ý:

Từ trường xuất hiện trong hiện tượng này là từ trường cảm ứng.

Từ trường của nam châm là từ trường ban đầu.

Chiều của từ trường cảm ứng và chiều của dòng điện cảm ứng liên quan chặt chẽ với nhau

Định luật Len-xơ: 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.

Cách phát biểu khác của định luật Len-xơ (Trường hợp từ thông qua (C) biến thiên do chuyển động): Khi từ thông qua (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.

IV. Dòng điện Fu-cô (Foucault)

Định nghĩa: Dòng điện Fu-cô là dòng điện xuất hiện trong các khối kim loại khi những khối này chuyển động trong một từ trường biến thiên theo thời gian.

Tính chất:

1. Mọi khối kim loại chuyển động trong từ trường đều chịu tác dụng của lực hãm điện từ.
2. Dòng điện Fu-cô cũng gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt Jun – Len-xơ: Khối kim loại chuyển động trong từ trường hoặc đặt trong từ trường biến thiên sẽ bị nóng lên.
3. Trong nhiều trường hợp, dòng Fu-cô gây nên những hao tổn năng lượng vô ích. Để giảm tác dụng của dòng Fu-cô người ta có thể tăng điện trở của khối kim loại.

Ứng dụng: Dòng Fu-cô được ứng dụng trong bộ phanh điện từ của ô tô hạng nặng, lò cảm ứng để nung kim loại, lò tôi kim loại.

Tóm tắt lý thuyết Vật lí 11 Bài 23: Từ thông. Cảm ứng điện từ ngắn gọn, chi tiết sẽ giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm Vật lí 11 Bài 23.

Lý thuyết Vật lí 11 Bài 23: Từ thông. Cảm ứng điện từ

Bài giảng Vật lí 11 Bài 23: Từ thông. Cảm ứng điện từ

1. Từ thông

1. Định nghĩa

Từ thông là số đường sức từ xuyên qua diện tích S đặt trong từ trường đều:

Φ = BScosα

Từ thông qua khung dây có N vòng dây: Φ = NBScosα

Trong đó:

+ α: góc tạo bởi pháp tuyến n→ và B→

+ Φ: từ thông xuyên qua diện tích S (Wb)

+ B: từ trường (T)

+ N: số vòng dây của khung dây

- Đơn vị từ thông là vêbe (Wb): 1 Wb = 1 T.m2.

- Các trường hợp đặc biệt:

2. Hiện tượng cảm ứng điện từ

Khi từ thông qua một mạch kín biến thiên thì trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng. Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng là hiện tượng cảm ứng điện từ.

3. Định luật Len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng

- Định luật Len-xơ: 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.

Ví dụ:

+ Đưa nam châm lại gần vòng dây kín (C), dòng điện cảm ứng xuất hiện có chiều sao cho từ trường do nó tạo ra có tác dụng chống lại sự tăng của từ thông ban đầu.

+ Đưa nam châm ra xa vòng dây kín (C), dòng điện cảm ứng xuất hiện có chiều sao cho từ trường do nó tạo ra có tác dụng chống lại sự giảm của từ thông ban đầu.

- Khi từ thông qua (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

1. Thí nghiệm

- Cho tấm kim loại (đồng hay nhôm) dao động trong từ trường của nam châm. Tấm kim loại chỉ dao động trong một khoảng thời gian rồi dừng lại.

- Cho tấm kim loại có rãnh xẻ dao động giữa hai cực của nam châm nó sẽ dao động được lâu hơn.

2. Định nghĩa

Dòng điện cảm ứng được sinh ra ở trong khối vật dẫn khi vật chuyển động trong từ trường hay được đặt trong từ trường biến đổi theo thời gian là dòng điện Fu – cô.

3. Tính chất và công dụng của dòng Fu-cô:

- Ứng dụng của dòng điện Fu-cô:

+ Bộ phanh điện từ của những ô tô hạng nặng.

+ Lò cảm ứng để nung nóng kim loại.

+ Dòng Fu – cô cũng được ứng dụng trong một số lò tôi kim loại.

- Trong trường hợp dòng điện Fu-cô gây nên những tổn hao năng lượng vô ích. Để giảm tác dụng của dòng Fu-cô, người ta có thể tăng điện trở của khối kim loại bằng cách:

+ Khoét những lỗ trên bánh xe.

+ Thay khối kim loại nguyên vẹn bằng một khối gồm nhiều lá kim loại xếp liền nhau, cách điện với nhau.

Trắc nghiệm Vật lí 11 Bài 23: Từ thông. Cảm ứng từ

Câu 1. Một diện tích S đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B, góc giữa vectơ cảm ứng từ và vectơ pháp tuyến của mặt phẳng khung dây là α. Từ thông qua diện tích S được tính theo công thức

1. Φ=BS.sinα.

2. Φ=BS.cosα.

3. Φ=BS.tanα.

4. Φ=BS.cotα.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Từ thông qua diện tích S được tính theo công thức: Φ=BScosα.

Câu 2. Trong hệ SI, đơn vị của từ thông là

1. tesla.

2. ampe.

3. vêbe.

4. vôn.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Trong hệ SI, đơn vị của từ thông là Vêbe.

Câu 3. Từ thông qua một diện tích S không phụ thuộc yếu tố nào sau đây?

1. Độ lớn cảm ứng từ.

2. Diện tích khung dây đang xét.

3. Góc tạo bởi pháp tuyến và véc tơ cảm ứng từ.

4. Nhiệt độ môi trường.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

Từ thông qua diện tích S được xác định bởi biểu thức:

Φ=BScosαvới α=B→,n→

⇒ Φ không phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường.

Câu 4. 1 Vêbe bằng

1. 1 T.m2.

2. 1 T/m.

3. 1 T.m.

4. 1 T/ m2.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Từ thông qua diện tích S là

Φ=BScosαvới α=B→,n→

⇒Φmax=BS⇒1Wb=1T. m2.

Câu 5. Điều nào sau đây không đúng khi nói về hiện tượng cảm ứng điện từ?

1. Trong hiện tượng cảm ứng điện từ, từ trường có thể sinh ra dòng điện.

2. Dòng điện cảm ứng có thể tạo ra từ từ trường của dòng điện hoặc từ trường của nam châm vĩnh cửu.

3. Dòng điện cảm ứng trong mạch chỉ tồn tại khi có từ thông biến thiên qua mạch.

4. Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín nằm yên trong từ trường không đổi.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

A – đúng

B – đúng

C – đúng

D – sai, dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín nằm yên trong từ trường biến thiên hoặc chuyển động trong từ trường không đổi nhưng vẫn làm thay đổi từ thông.

Câu 6. Một vòng dây kín có diện tích S, đặt trong từ trường đều B→(B→ hợp với mặt phẳng của vòng dây góc α), từ thông Φ gửi qua diện tích S là

1. Φ=BS.cos1800−α.

2. Φ=BS.cos900−α

3. Φ=BS.cosα

4. Φ=B→S→.n→

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Khi B→ hợp với mặt phẳng của vòng dây góc α thì từ thông được xác định bằng công thức: Φ=BS.cos900−α

Câu 7. Từ thông qua mỗi mặt S có độ lớn tỉ lệ

1. nghịch với số đường sức từ qua S.

2. với số đường sức từ qua S.

3. với chu vi của mạch S.

4. với bán kính của mạch S.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Từ thông qua diện tích S được tính theo công thức:

Φ=BScosα

⇒ Từ thông tỉ lệ với số đường sức từ qua S, nếu B càng lớn thì số đường sức từ càng dày và ngược lại.

Câu 8. Từ thông qua khung dây có diện tích S đặt trong từ trường đều đạt giá trị cực đại khi

1. các đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung dây.

2. các đường sức từ song song với mặt phẳng khung dây.

3. các đường sức từ hợp với mặt phẳng khung dây góc 0o.

4. các đường sức từ hợp với mặt phẳng khung dây góc 40o.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Ta thấy từ thông: Φ = B.S.cosα cực đại khi cosα = 1⇔α = 0.

Khi đó pháp tuyến n→ của mặt phẳng khung dây và véc tơ cảm ứng từ B→ tức là các đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung dây.

Câu 9. Biểu thức biểu diễn một đại lượng có đơn vị là Vêbe (Wb) là

1. BπR2.

2. πR2B.

3. 1πR2.

4. πR2B.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

Từ thông qua diện tích S được tính theo công thức:

Φ=BScosα

Nếu diện tích S là hình tròn thì: S=πR2

⇒Biểu thức có đơn vị Vêbe (Wb) là πR2B.

Câu 10: Dòng điện cảm ứng IC trong vòng dây có chiều như hình vẽ.

1. Từ trường của nam châm đang tăng đều.

2. Nam châm đang rời xa cuộn dây.

3. Nam châm đang đứng yên.

4. Nam châm đang đến gần cuộn dây.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Dựa vào định luật Len – xơ, xác định được từ trường cảm ứng có chiều từ trái sang phải, nhận thấy từ trường này cùng chiều từ trường ban đầu.

Lại có từ trường cảm ứng sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó, đồng nghĩa với việc từ trường ban đầu đang có xu hướng giảm.