Bài 3. Cảm ứng điện từ trang 37, 38, 39 SBT Vật lí 12 Cánh diều

3.31

Một vòng dây dẫn được đặt nằm theo phương ngang trong từ trường có cảm ứng từ \(\overrightarrow B \), trong vòng dây dẫn xuất hiện dòng điện cảm ứng theo chiều kim đồng hồ (nhìn từ trên xuống mặt phẳng vòng dây). Phát biểu nào sau đây về độ lớn và chiều của cảm ứng từ là đúng?

A. Có độ lớn không đổi, hướng thẳng đứng xuống dưới.

B. Có độ lớn không đổi, hướng thẳng đứng lên trên.

C. Có độ lớn tăng dần, hướng thẳng đứng xuống dưới.

D. Có độ lớn giảm dần, hướng thẳng đứng xuống dưới.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về quy tắc bàn tay phải

Lời giải chi tiết:

Khi dòng điện cảm ứng trong vòng dây xuất hiện theo chiều kim đồng hồ (nhìn từ trên xuống), điều này cho thấy từ trường đang giảm. Để đảm bảo rằng cảm ứng từ tạo ra trong vòng dây là hợp lý, cảm ứng từ trong vòng dây phải có chiều hướng xuống dưới và độ lớn giảm dần.

Đáp án: D

3.32

Ở thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ (Hình 3.3, trang 67, sách Vật lí 12). Khi tăng tốc độ di chuyển thanh nam châm, dòng điện trong ống dây

A. có độ lớn tăng lên.

B. có độ lớn giảm đi.

C. có độ lớn không đổi.

D. đảo ngược chiều.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về cảm ứng điện từ

Lời giải chi tiết:

Khi tăng tốc độ di chuyển thanh nam châm qua ống dây, sự thay đổi từ trường trong ống dây tăng lên, làm tăng dòng điện cảm ứng. Do đó, dòng điện trong ống dây có độ lớn tăng lên.

Đáp án: A

3.33

Cách nào sau đây không tạo ra suất điện động cảm ứng?

A. Di chuyển một dây dẫn giữa các cực của nam châm.

B. Di chuyển một thanh nam châm ra khỏi một ống dây dẫn.

C. Giữ cố định một dây dẫn giữa hai cực của nam châm.

D. Làm quay một khung dây dẫn trong từ trường.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về cảm ứng điện từ

Lời giải chi tiết:

Giữ cố định một dây dẫn giữa hai cực của nam châm: Khi dây dẫn được giữ cố định và không có sự thay đổi về từ trường qua nó, không có suất điện động cảm ứng xuất hiện.

Đáp án: C

3.34

Một học sinh đo cường độ dòng điện chạy trong ống dây khi di chuyển cực bắc của thanh nam châm lại gần ống dây. Cường độ dòng điện sẽ tăng khi

A. sử dụng thanh nam châm mạnh hơn.

B. di chuyển nam châm theo hướng ngược lại.

C. di chuyển cuộn dây, giữ yên nam châm.

D. di chuyển cực nam của thanh nam châm.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về cảm ứng điện từ

Lời giải chi tiết:

Cường độ dòng điện cảm ứng trong ống dây phụ thuộc vào sự thay đổi từ thông qua ống dây. Khi thanh nam châm mạnh hơn, từ trường sẽ mạnh hơn, dẫn đến dòng điện lớn hơn.

Do đó, cường độ dòng điện sẽ tăng khi: A. sử dụng thanh nam châm mạnh hơn.

Đáp án: A

3.35

Khi nam châm dịch chuyển ra xa ống dây (Hình 3.8), trong ống dây có dòng điện cảm ứng. Nếu nhìn từ phía thanh nam châm vào đầu ống dây, phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ, đầu 1 là cực bắc của ống dây và hút cực bắc của thanh nam châm.

B. Dòng điện chạy ngược chiều kim đồng hồ, đầu 1 là cực bắc của ống dây và đẩy cực nam của thanh nam châm.

C. Dòng điện chạy ngược chiều kim đồng hồ, đầu 1 là cực nam của ống dây và đẩy cực nam của thanh nam châm.

D. Dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ, đầu 1 là cực nam của ống dây và hút cực bắc của thanh nam châm.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về cảm ứng điện từ

Lời giải chi tiết:

– Hiện tượng cảm ứng điện từ: Khi từ thông qua một mạch kín biến thiên, trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng.

– Quy tắc bàn tay phải: Dùng để xác định chiều của đường sức từ trong ống dây khi biết chiều dòng điện chạy qua ống dây.

– Định luật Lenz: Dòng điện cảm ứng xuất hiện có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín.

Do đó: dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ, đầu 1 là cực nam của ống dây và hút cực bắc của thanh nam châm.

Đáp án: D

3.36

Phát biểu nào sau đây nói đến hiện tượng cảm ứng điện từ?

A. Sự tạo ra suất điện động qua một dây dẫn khi không có chuyển động giữa dây dẫn và từ trường.

B. Sự tạo ra suất điện động qua một dây dẫn khi có sự chuyển động tương đối giữa dây dẫn và dòng điện cảm ứng.

C. Sự tạo ra suất điện động qua một dây dẫn khi không có chuyển động giữa dây dẫn và dòng điện cảm ứng.

D. Sự tạo ra suất điện động qua một dây dẫn khi có chuyển động tương đối dây dẫn và từ trường.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về cảm ứng điện từ

Lời giải chi tiết:

Hiện tượng cảm ứng điện từ là sự tạo ra suất điện động qua một dây dẫn khi có chuyển động tương đối dây dẫn và từ trường.

Đáp án: D

3.37

Đoạn dây dẫn ở Hình 3.9 là một phần của mạch điện kín. Khi nâng đoạn dây dẫn thẳng đứng lên trên, trong đoạn dây xuất hiện dòng điện cảm ứng. Dòng điện cảm ứng trong đoạn dây dẫn sẽ thay đổi thế nào khi:

a) Di chuyển đoạn dây dẫn thẳng đứng xuống dưới?

b) Giữ đoạn dây dẫn nằm yên?

c) Di chuyển đoạn dây dẫn song song với đường sức từ?

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về cảm ứng điện từ

Lời giải chi tiết:

a) Dòng điện đảo chiều vì số đường sức từ xuyên qua đoạn dây thay đổi

b) và c) đều không có dòng điện vì số đường sức từ xuyên qua đoạn dây không thay đổi

3.38

Giải thích vì sao thời gian quay của một đĩa nhôm giữa hai cực từ của một nam châm lại nhỏ hơn khi không có nam châm.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về cảm ứng điện từ

Lời giải chi tiết:

Khi đĩa nhôm quay giữa hai cực từ của một nam châm, nó tạo ra dòng điện cảm ứng trong đĩa do sự thay đổi từ trường. Dòng điện này sinh ra lực cản từ trường, làm giảm tốc độ quay của đĩa. Khi không có nam châm, không có từ trường thay đổi, nên không có dòng điện cảm ứng và lực cản từ trường, do đó đĩa quay nhanh hơn.

3.39

Ví dụ nào sau đây không phải là ví dụ về cảm ứng điện từ?

A. Một khung dây quay trong từ trường sẽ tạo ra suất điện động trong khung dây dẫn đó.

B. Một nam châm di chuyển lại gần và ra xa ống dây dẫn sẽ tạo ra một điện áp trong ống dây dẫn đó.

C. Một dây dẫn có dòng điện chịu một lực khi được đặt giữa hai cực của một nam châm.

D. Một sự chênh lệch điện thế được tạo ra trên một dây dẫn chuyển động trong từ trường.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về cảm ứng điện từ

Lời giải chi tiết:

Đáp án C mô tả hiện tượng tác dụng của lực từ lên dòng điện. Khi một dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường, dây dẫn sẽ chịu tác dụng của lực từ. Hiện tượng này không liên quan đến sự biến thiên của từ thông và không phải là cảm ứng điện từ.

Đáp án: C

3.40

Một nhóm học sinh dùng ống dây nối với điện kế nhạy có điểm 0 ở giữa để làm thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ. Họ di chuyển một thanh nam châm lại gần một đầu ống dây như Hình 3.10. Kim của điện kế lệch sang trái.

a) Giải thích tại sao kim của điện kế di chuyển.

b) Hãy đề xuất cách làm cho kim điện kế lệch sang phải.

c) Nêu cách làm thế nào để có được số chỉ lớn hơn trên điện kế.

d) Cho biết số chỉ của điện kế sẽ thế nào nếu giữ nam châm đứng yên trong ống dây.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về cảm ứng điện từ

Lời giải chi tiết:

a) Ông dây và từ trường đang chuyển động tương đối với nhau, do đó xuất hiện một suất điện động cảm ứng trong ống dây.

b) Di chuyển nam châm ra khỏi ống dây hoặc di chuyển ống dây ra khỏi nam châm hoặc đưa cực nam của nam châm vào cùng một đầu của ống dây hoặc đưa cực bắc của nam châm vào đầu kia của ống dây.

c) Di chuyển nam châm nhanh hơn hoặc sử dụng nam châm mạnh hơn hoặc tăng số vòng trên một đơn vị chiều dài của ống dây.

d) Kim chỉ số 0.

3.41

Để tạo ra điện trường xoáy, không cần có

A. sự chuyển động của ống dây trong từ trường.

B. sự chuyển động của nam châm so với ống dây.

C. ống dây.

D. từ trường biến thiên.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về điện trường xoáy

Lời giải chi tiết:

Để tạo ra điện trường xoáy, điều kiện quan trọng nhất là phải có từ trường biến thiên theo thời gian. Ống dây chỉ là một trong những cách để tạo ra từ trường biến thiên, chứ không phải là điều kiện cần thiết duy nhất.

Đáp án: C

3.42

Trong sóng điện từ, từ trường có hướng

A. song song với hướng của điện trường.

B. ngược với hướng của điện trường.

C. vuông góc với hướng của điện trường.

D. tạo với hướng của điện trường một góc 45°.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về từ trường, điện trường

Lời giải chi tiết:

Trong sóng điện từ, từ trường có hướng vuông góc với hướng của điện trường.

Đáp án: C

3.43

Một sóng vô tuyến AM được phát ra và truyền đi trên mặt đất. Biết thành phần điện trường của sóng luôn vuông góc với mặt đất. Thành phần từ trường của sóng luôn có hướng

A. song song với mặt đất và vuông góc với phương truyền sóng.

B. vuông góc với mặt đất và phương truyền sóng.

C. song song với mặt đất và phương truyền sóng.

D. vuông góc với mặt đất và song song với phương truyền sóng.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về từ trường

Lời giải chi tiết:

Thành phần từ trường: Do sóng điện từ là sóng ngang, nên thành phần từ trường phải vuông góc với cả điện trường và phương truyền sóng. Mà điện trường đã vuông góc với mặt đất, nên từ trường sẽ song song với mặt đất và vuông góc với phương truyền sóng.

Đáp án: A

3.44

Một dây dẫn thẳng dài 0,20 m chuyển động đều với tốc độ 3,0 m/s trong từ trường và vuông góc với cảm ứng từ có độ lớn 0,10 T. Suất điện động cảm ứng giữa hai đầu dây là

A. 0,5 V.

B. 0,06 V.

C. 0,05 V.

D. 0,04 V.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về suất điện động cảm ứng

Lời giải chi tiết:

Suất điện động cảm ứng giữa hai đầu dây là: \(E = Bvl = 0,1.3.0,2 = 0,06(V)\)

Đáp án: B

3.45

Một khung dây dẫn gồm 200 vòng có diện tích 8,5.10^-4 m² khung dây vuông góc với cảm ứng từ có độ lớn thay đổi từ 0,03 T đến 0,12 T trong 15 ms. Tính độ lớn suất điện động cảm ứng trong khung dây.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về suất điện động cảm ứng

Lời giải chi tiết:

Độ lớn suất điện động cảm ứng trong khung dây là:

\(E = \frac{{\Delta \phi }}{{\Delta t}} = \frac{{N\Delta BS\cos \alpha }}{{\Delta t}} = \frac{{200.(0,12 - 0,03).8,{{5.10}^{ - 4}}.1}}{{{{15.10}^{ - 3}}}} \approx 1(V)\)

3.46

Một vòng dây dẫn phẳng hình tròn có diện tích \[S = 30{\rm{ }}c{m^2}\]được đặt trong một từ trường đều có \[B = 0,2{\rm{ }}T\]. Gọi α là góc hợp bởi chiều của vectơ pháp tuyến của mặt phẳng vòng dây dẫn và chiều của cảm ứng từ. Tính từ thông qua diện tích giới hạn bởi vòng dây dẫn trong các trường hợp sau đây.

a) Mặt phẳng vòng dây dẫn vuông góc với hướng của cảm ứng từ.

b) Mặt phẳng vòng dây dẫn tạo với hướng của cảm ứng từ góc α = 60°.

c) Mặt phẳng vòng dây dẫn tạo với hướng của cảm ứng từ góc α = 90°.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về từ thông

Lời giải chi tiết:

a) \(\phi  = NBS\cos \alpha  = {30.10^{ - 4}}.0,2 = {6.10^{ - 4}}({\rm{W}}b)\)

b) \(\phi  = NBS\cos \alpha  = {30.10^{ - 4}}.0,2.\cos {60^o} = {3.10^{ - 4}}({\rm{W}}b)\)

c) \(\phi  = NBS\cos \alpha  = {30.10^{ - 4}}.0,2.\cos {90^o} = 0({\rm{W}}b)\)

3.47

Một vòng dây dẫn phẳng hình tròn có diện tích \[S = 30c{m^2}\]ở trong một từ trường đều có B = 0,2 T. Trong 0,5 s vòng dây quay đều được một góc 60° (Hình 3.11). Tìm:

a) Độ lớn suất điện động cảm ứng trong vòng dây.

b) Chiều của dòng điện cảm ứng trong vòng dây.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về cảm ứng từ

Lời giải chi tiết:

a) Độ lớn suất điện động cảm ứng trong vòng dây là:

\(E = \frac{{\Delta \phi }}{{\Delta t}} = \frac{{NBS\cos \alpha }}{{\Delta t}} = \frac{{0,{{2.30.10}^{ - 4}}.\cos {{60}^o}}}{{0,5}} = {6.10^{ - 4}}(V)\)

b) Dòng điện có hướng ngược chiều kim đồng hồ (nhìn từ trên xuống vòng dây).

3.48

Một khung dây dẫn hình chữ nhật gồm 50 vòng có kích thước (0,10m)x(0,20m). Trong 0,10 s, khung dây quay từ vị trí mặt phẳng của khung vuông góc đến vị trí mặt phẳng của khung song song với hướng của cảm ứng từ. Biết B = 0,50 T. Tìm độ lớn suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây dẫn.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về suất điện động cảm ứng

Lời giải chi tiết:

Độ lớn suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây dẫn là:

\(E = \frac{{\Delta \phi }}{{\Delta t}} = \frac{{NBS\cos \alpha }}{{\Delta t}} = \frac{{50.0,5.0,1.0,2.\cos {0^o}}}{{0,1}} = 5(V)\)

3.49

Một thanh dẫn điện MN trượt trên hai thanh kim loại trong vùng từ trường vuông góc với hướng của cảm ứng từ (Hình 3.12). Biết B = 0,60 T, MN = PQ = 0,30 m, toàn bộ mạch có điện trở 20 Ω. Thanh đang chuyển động về bên trái với vận tốc có độ lớn 6,0 m/s và có hướng vuông góc với thanh. Xác định:

a) Suất điện động cảm ứng.

b) Cường độ dòng điện.

c) Công suất cần thiết để di chuyển thanh.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về cảm ứng từ

Lời giải chi tiết:

a) Suất điện động cảm ứng: \(E = Bvl = 0,6.6.0,3 = 1,08(V)\)

b) Cường độ dòng điện: \(I = \frac{E}{R} = \frac{{1,08}}{{20}} = 0,054(A)\)

c) Công suất cần thiết để di chuyển thanh là:

\(P = Fv = BIl.v = 0,6.0,054.0,3.6 \approx 0,0583({\rm{W}})\)