Giải bài tập SGK Vật lý 11 Bài 23: Từ thông - Cảm ứng điện từ

Phát biểu các định nghĩa:

- Dòng điện cảm ứng;

- Hiện tượng cảm ứng điện từ;

- Từ trường cảm ứng.

Phương pháp giải

- Dòng điện cảm ứng: xuất hiện khi từ thông biến thiên

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

- Từ trường cảm ứng: là từ trường sinh ra bởi dòng điện cảm ứng

Hướng dẫn giải

- Dòng điện cảm ứng:

Dòng điện cảm ứng là dòng điện xuất hiện trong một khung dây dẫn kín trong từ trường khi từ thông gửi qua khung dây bị biến thiên và có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông sinh ra nó.

- 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.

+ Khi có sự biến thiên từ thông qua diện tích giới hạn bởi một mạch điện kín thì trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng.

+ Hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ tồn tại trong khoảng thời gian từ thông qua mạch kín biến thiên.

- Từ trường cảm ứng:

+ Từ trường cảm ứng là từ trường sinh ra bởi dòng điện cảm ứng và có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó. Tức là chống lại sự biến thiên của từ thông gửi qua mạch kín mang dòng điện cảm ứng.

+ Nếu sự biến thiên của từ thông này là do sự chuyển động của khung dây thì từ trường cảm ứng sẽ sinh ra lực từ chống lại sự chuyển động đó.

Dòng điện Fu-cô là gì?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được định nghĩa dòng điện Fu – cô.

Hướng dẫn giải

- Mọi khối kim loại chuyển động trong từ trường, lực từ Lo-ren-xơ tác dụng nên các electron tự do trong khối kim loại làm các electron này chuyển động tạo thành dòng điện cảm ứng

- Dòng điện cảm ứng khi đó gọi là dòng điện Fu-cô.

Mạch kín (C) không biến dạng trong từ trường đều B. Hỏi trường hợp nào dưới đây, từ thông qua mạch biến thiên?

A. (C) chuyển động tịnh tiến.

B. (C) chuyển động quay xung quanh một trục cố định vuông góc với mặt phẳng chứa mạch.

C. (C) chuyển động trong một mặt phẳng vuông góc với \(\overrightarrow B \)

D. (C) quay xung quanh trục cố định nằm trong mặt phẳng chứa mạch và trục này không song song với đường sức từ.

Phương pháp giải

Từ thông qua mạch biến thiên khi (C) quay xung quanh trục không song song với đường sức từ

Hướng dẫn giải

- Vì khi (C) quay xung quanh trục nằm trong mặt phẳng chứa mạch thì khi đó góc giữa \(\overrightarrow B \) và  \(\overrightarrow n \) thay đổi và làm từ thông qua mạch biến thiên

- Chọn đáp án D.

Mạch kín tròn (C) nằm trong cùng mặt phẳng P với dòng điện thẳng I (hình 23.8). Hỏi trường hợp nào dưới đây, từ thông qua (C) biến thiên?

A. (C) dịch chuyển trong P lại gần I hoặc ra xa I.

B. (C) dịch chuyển trong P với vận tốc song song với dòng I.

C. (C) cố định, dây dẫn thẳng mang dòng I chuyển động tịnh tiến dọc theo chính nó.

D. (C) quay xung quanh dòng điện thẳng I.

Phương pháp giải

Từ thông qua (C) biến thiên khi (C) dịch chuyển trong P lại gần I hoặc ra xa I

Hướng dẫn giải

- Vì từ trường của dòng điện thẳng I mạnh ở những điểm gần dòng điện và càng giảm ở những điểm càng xa dòng điện.

=> Trường hợp (C) dịch chuyển trong P lại gần I hoặc ra xa I thì từ thông qua (C) biến thiên.

- Chọn đáp án A.

Xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong các thí nghiệm dưới đây (hình 23.9).

a) Nam châm chuyển động (hình 23.9a)

b) Mạch (C) chuyển động tịnh tiến (hình 25.9b)

c) Mạch (C) quay (hình 23.9c)

d) Nam châm quay liên tục(hình 23.9d)

Phương pháp giải

- Từ thông qua (C) biến thiên

⇒  trong (C) xuất hiện dòng điện cảm ứng.

- Xác định chiều của dòng điện cảm ứng theo định luật Len - xơ:

Chiều dòng điện cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua (C).

Hướng dẫn giải

a) Nam châm chuyển động

- Nam châm tịnh tiến ra xa vòng dây

- Từ thông qua vòng dây giảm nên trong vòng dây xuất hiện dòng điện cảm ứng gây ra một từ trường cảm ứng cùng chiều với từ trường của nam châm (theo định luật Len-xơ)

- Do đó dòng điện cảm ứng trong (C) ngược chiều kim đồng hồ

- Hình 23.9a:

b) Mạch (C) chuyển động tịnh tiến

- Vòng dây tịnh tiến lại gần nam châm, từ thông qua (C) tăng

- Trong vòng dây xuất hiện dòng điện cảm ứng sao cho từ trường mà nó sinh ra ngược chiều với từ trường của nam châm (theo định luật Len-xơ)

- Do đó dòng điện cảm ứng trong (C) chạy theo chiều kim đồng hồ 

- Hình 23.9b:

c) Mạch (C) quay

- (C) quay quanh trục vuông góc với (C)

⇒ Từ thông vòng dây không thay đổi

- Trong mạch (C) không xuất hiện dòng điện cảm ứng.

d) Nam châm quay liên tục

- Khi nam châm quay 90^o đầu tiên:

+ Từ thông từ phải sang trái giảm

+ Dòng điện cảm ứng trong mạch (C) có chiều như hình 23.9d1:

- Khi nam châm quay 90^o tiếp theo:

+ Từ thông từ trái sang phải tăng lên

+ Dòng điện có chiều như hình 23.9d2:

⇒ Trong nửa vòng quay đầu của nam châm, dòng điện cảm ứng trong (C) chạy theo một chiều.

- Khi nam châm quay 90^o tiếp theo:

+ Từ thông từ trái sang phải giảm

+ Dòng điện cảm ứng trong mạch (C) đổi chiều như hình 23.9d3:

- Khi nam châm quay 90^o tiếp theo

+ Nam châm trở về vị trí ban đầu

+ Từ thông từ trái sang phải tăng lên

+ Dòng điện giữ nguyên chiều như hình 23.9d4:

⇒ Trong nửa vòng quay cuối của nam châm, dòng điện cảm ứng trong (C) chạy theo chiều ngược lại.

Vậy: khi nam châm quay liên tục trong mạch (C) sẽ xuất hiện dòng điện xoay chiều.