Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 11 - Phương pháp tính suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây chuyển động (Có lời giải)

Nội dung text: Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 11 - Phương pháp tính suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây chuyển động (Có lời giải)

1. PHƯƠNG PHÁP TÍNH SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRONG MỘT ĐOẠN DÂY CHUYỂN ĐỘNG 1. Phương pháp chung a. Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường Khi đoạn dây dẫn chuyển động cắt các đường sức từ thì trong đoạn dây đó xuất hiện suất điện động (đóng vai trò như nguồn điện). Suất điện động trong trường hợp này cũng gọi là suất điện động cảm ứng. b. Quy tắc bàn tay phải Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngón tay cái choãi ra 900 chỉ chuyều chuyển động của đoạn dây, khi đó đoạn dây dẫn đóng vai trò như một nguồn điện, chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa chỉ chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn điện đó. Chú ý: - Khi mạch được nối kín thì trong mạch có dòng điện cảm ứng ic. - Bên trong nguồn điện, dòng điện có chiều từ cực âm sang cực dương, bên ngoài thì ngược lại. c. Biểu thức suất điện động cảm ứng trong đoạn dây  - Xét trường hợp đơn giản từ trường B vuông góc với mặt khung dây, khi đó suất điện động trong khung dây được tính theo công thức:  B. S eC t t eC Blv S l.s lv. t  - Trong trường hợp B và v hợp với nhau một góc thì: eC Bvl sin Chú ý: e - Khi mạch kín thì dòng cảm ứng chạy trong dây dẫn có điện trở R: i C C R - Khi trong mạch có hai dòng điện thì số chỉ Ampe kế sẽ là tổng đại số hai dòng điện (hai dòng điện ở đây chính là dòng I do nguồn E tạo ra và dòng iC do hiện tượng cảm ứng điện từ tạo ra). 2. Ví dụ minh hoạ Ví dụ 1: Thanh kim loại AB dài 20 cm kéo trượt đều trên hai thanh ray kim loại nằm ngang như hình vẽ. Các dây nối nhau bằng điện trởR 3 . Vận tốc của thanh AB là 12 m/s. Hệ thống đặt trong từ trường đều có  B 0,4 T, B vuông góc với mạch điện. a) Tìm suất điện động cảm ứng trong khung. A. 0,48 V.B. 0,96 V.C. 0,83 V. D. 0,69 V.
2. C. I 0,25 A; F 0,025 N. D. I 0,25 A; F 0,05 N. b. Ampe kế chỉ bao nhiêu khi MN di chuyển về phía phải với vận tốc v 3 m / s sao cho hai đầu MN luôn tiếp xúc với hai thanh đỡ bằng kim loại? Tính độ lớn lực từ tác dụng lên thanh MN khi đó. A. I 0,1 A; F 0,01 N. B. I 0,5 A; F 0,05 N. C. I 0,6 A; F 0,06 N. D. I 0,4 A; F 0,04 N. c. Muốn Ampe kế chỉ số 0 phải để thanh MN di chuyển về phía nào với vận tốc là bao nhiêu? A. MN chuyển động sang trái, v 10 m / s. B. MN chuyển động sang phải, v 10 m / s. C. MN chuyển động sang trái, v 15 m / s. D. MN chuyển động sang phải, v 15 m / s. Lời giải E a) Khi thanh MN đứng yên thì trong mạch không có dòng cảm ứng nên số chỉ ampe kế là:I 0,5 A R r + Độ lớn từ tác dụng lên thanh MN: F B.I.l 0,05 N Đáp án B. b) Khi thanh chuyển động về phía phải thì trong mạch có dòng cảm ứng có chiều từ M đến N và có độ lớn e Blv được xác định theo công thức: i C 0,1 A. C R r R r + Trong mạch có hai dòng điện là dòng do nguồn tạo ra và dòng do cảm ứng do hiện tượng cảm ứng điện từ tạo ra, hai dòng điện này cùng chiều nên số chỉ của ampe kế chính là tổng của hai dòng này, do đó: I A I iC 0,6 A + Lực từ tác dụng lên thanh MN khi này là: F B.I A.l 0,06 N. Đáp án C. c) Muốn ampe kế chỉ số 0 thì iC phải có độ lớn bằng I 0,5 A và dòng iC phải ngược chiều với dòng i, tức dòng iC có chiều từ N đến M vậy suy ra thanh MN phải chuyển động sang trái. Blv i R r Gọi v là vận tốc của thanh MN, ta có: i v C 15 m/s C R r Bl Đáp án D. Ví dụ 4: Hai thanh kim loại song song, thẳng đứng có điện trở không đáng kể, một đầu nối vào điện trở R 0,5 . Một đoạn dây dẫn AB, độ dài l 14 cm, khối lượng m 2 g, điện trở r 0,5  tì vào hai thanh kim loại tự do trượt không ma sát xuống dưới và luôn luôn vuông góc với hai thanh kim loại đó. Toàn bộ hệ thống đặt trong một từ trường đều có hướng vuông góc với mặt phẳng hai thanh kim loại có cảm ứng từ B 0,2 T. Lấy g 9,8 m / s2 .
3. - Hiện tượng xảy ra tương tự như trường hợp b) khi ta thay P bằng Psina, thay B bằng B1 với B1 Bsin a. Bsin 2 l 2v - Lập luận tương tự ta có: F mg sin mg sin . R r R r mg sin 0,5 0,5 .2.10 3.9,8.sin 600 v 2 2 28,87 m/s Bsin l 2 0,2.sin 600 .0,142 - Hiệu điện thế giữa hai đầu thanh khi đó là: Bsin .lv 0,2.sin 600.0,14.28,87 U I.R .R .0,5 0,35 V AB R r 0,5 0,5 Đáp án D.