Skkn vận dụng hiện tượng cảm ứng điện từ trong một số bài toán phức tạp

Suất điện động cảm ứng - Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạchkín, nó tỉ lệ với độ biến thiên từ thông qua mạch và tỉ lệ nghịch với khoảng thờigia

MỤC LỤC Trang

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU SÁNG KIẾN……… 1

1 Lời giới thiệu……… 1

1.1 Lí do chọn đề tài……… 1

1.2 Mục đích nghiên cứu……… 2

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu……… 2

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu……… 2

1.5 Phương pháp nghiên cứu……… 2

1.6 Thời gian nghiên cứu……… 2

1.7 Điểm mới trong kết quả nghiên cứu……… 2

2 Tên sáng kiến……… 3

3 Tác giả sáng kiến ……… 3

4 Chủ đầu tư sáng kiến……… 3

5 Lĩnh vực áp dụng của sáng kiến……… 3

6 Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử………… 3

7 Mô tả bản chất sáng kiến……… 4

7.1 Kiến thức liên quan……… 4

7.2 Bài tập mẫu và có lời giải……… 6

7.3 Bài tập tự giải……… 35

7.4 Khả năng áp dụng của sáng kiến……… 37

Tài liệu tham khảo……… 38

8 Những thông tin cần được bảo mật……… 38

9 Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến……… 38

9.1 Đối với giáo viên……… 38

9.2 Đối với học sinh……… 38

10 Đánh giá lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng sáng kiến theo ý kiến của tác giả; của tổ chức hoặc cá nhân……

38 38 10.1 Đánh giá lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng sáng kiến theo tổ chức, cá nhân……… 38

10.2 Đánh giá lợi ích thu được hặc dự kiến có thể thu được do áp dụng sáng kiến theo ý kiến của tổ chức và cá nhân……… 39

11 Danh sách những tổ chức, cá nhân đã tham gia áp dụng thử…… 40

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN

1 LỜI GIỚI THIỆU

1.1 Lí do chọn đề tài

Bồi dưỡng học sinh giỏi nói chung, bồi dưỡng học sinh giỏi môn vật lí nóiriêng cho các kỳ thi tuyển học sinh giỏi là vấn đề luôn được các cấp quản lý, cácgiáo viên trực tiếp giảng dạy quan tâm, trăn trở Đây là công việc hàng năm, khókhăn thường nhiều hơn thuận lợi nhưng rất có ý nghĩa đối với các trường THPT.Kết quả thi học sinh giỏi số lượng và chất lượng là một trong các tiêu chí quantrọng, phản ánh năng lực, chất lượng dạy và học của các trường, của giáo viên vàhọc sinh

Thực trạng trình độ nhận thức của học sinh THPT chưa cao, đặc biệt là đốivới học sinh vùng nông thôn, trung du phân phối thời gian cho học tập còn ít so vớilượng kiến thức của SGK và thiếu thốn sách tham khảo nên việc nhận dạng và phânloại, tổng hợp các dạng bài toán để xác định được cách giải của bài toán là hết sứckhó khăn đối với phần lớn học sinh

Trong quá trình dạy học và bồi dưỡng HSG vật lý 11, 12 khi dạy chươngchương V: Cảm ứng điện từ, tôi nhận thấy các em đều gặp khó khăn trong khi làmbài tập phần này Đa số các em chỉ có thể làm được các bài toán cơ bản, mang tínhchất vận dụng công thức chứ ít khi hiểu rõ bản chất và làm được những bài toánmang tích chất phức tạp Trong quá trình dạy học những học sinh khá giỏi, để giảiđược các bài toán về phần này đòi hỏi các em phải có tính vận dụng cao Vậy làmthế nào để học sinh có thể giải được các bài toán về hiện tượng cảm ứng điện từ?

Để giải quyết vấn đề trên tôi bước vào nghiên cứu đề tài “Vận dụng hiện tượng cảm ứng điện từ trong một số bài toán phức tạp” Để từ đó giúp các em học sinh

có cái nhìn tổng quát hơn về hiện tượng cảm ứng điện từ và không còn cảm thấykhó khăn khi gặp dạng toán này

- Bản thân rèn luyện chuyên môn nhằm nâng cao nghiệp vụ sư phạm.

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

*Đối tượng nghiên cứu

- Các dạng bài toán về hiện tượng cảm ứng điện từ có trong đề thi học sinh giỏi

*Phạm vi nghiên cứu

- Bám sát nội dung, chương trình giáo dục phổ thông, có sự mở rộng phù hợp vớinội dung thi học sinh giỏi tỉnh

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Đề xuất, tuyển chọn các bài toán trong đề thi học sinh giỏi

- Đưa ra một số nhận xét, hướng nghĩ chủ quan có hệ thống về cách tiếp cận lời giảitrong các bài toán điển hình

1.5 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý luận

- Thu thập, nghiên cứu hệ thống lại các tài liệu

- Phân tích, đề xuất phương án giải quyết bài toán

- Thực nghiệm sư phạm qua công tác ôn luyện thi học sinh giỏi lớp 12 năm học

2019 – 2020

1.6 Thời gian nghiên cứu:

- Năm học: Từ tháng 9 năm 2018 đến tháng 9 năm 2019

- Số tiết giảng dạy : 8 tiết (được dạy trong các tiết học ôn thi HSG)

1.7 Điểm mới trong kết quả nghiên cứu

- SKKN này đã hệ thống tóm tắt những nội dung chính khi nghiên cứu các bài toán

về hiện tượng cảm ứng điện từ

- SKKN này còn đưa ra nhiều bài toán mẫu và các bài tập tương tự nhằm mục tiêu giúp học sinh rèn luyện kỹ năng tính toán và phát triển tư duy trước mỗi bài toán.

- Qua SKKN này, học sinh sẽ tích lũy hình thành kinh nghiệm cho bản thân để có thể sáng tạo ,có hướng tư duy tốt hơn khi giải bài toán tổng hợp, nâng cao hơn

*****************

Với mục đích, nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu đã nêu ở trên, đề tài “Vận dụng

hiện tượng cảm ứng điện từ trong một số bài toán phức tạp” chỉ đề cập đến các

dạng toán phức tạp như đề tài đã nêu ra Mặc dù rất nhiệt huyết với đề tài được rút

ra từ kinh nghiệm giảng dạy của bản thân nhưng vẫn còn rất nhiều hạn chế, vậy mong quý thầy cô góp ý kiến để tôi có thể hoàn thiện chuyên đề, cũng như phương pháp giảng dạy của mình được tốt hơn

2 TÊN SÁNG KIẾN

“Vận dụng hiện tượng cảm ứng điện từ trong một số bài toán phức tạp”.

3 TÁC GIẢI SÁNG KIẾN

- Họ và tên: Phạm Văn Nam.

- Địa chỉ tác giả sáng kiến: Trường THPT Đồng Đậu – Yên Lạc – Vĩnh Phúc.

- Số điện thoại: 0989742720 E_mail: Namdd1987@gmail.com

4 CHỦ ĐẦU TƯ TẠO RA SÁNG KIẾN

- Họ và tên: Phạm Văn Nam.

- Địa chỉ tác giả sáng kiến: Trường THPT Đồng Đậu – Yên Lạc – Vĩnh Phúc.

- Số điện thoại: 0989742720 E_mail: Namdd1987@gmail.com

5 LĨNH VỰC ÁP DỤNG SÁNG KIẾN

- Lĩnh vực sáng kiến: Ôn tập cho học sinh giỏi lớp 11 và 12

- Vấn đề mà sáng kiến giải quyết: học sinh vận dụng được hiện tượng cảm ứng điện

từ trong một số bài toán phức tạp

6 NGÀY SÁNG KIẾN ĐƯỢC ÁP DỤNG LẦN ĐẦU HOẶC ÁP DỤNG THỬ

Ngày 15 tháng 09 năm 2018

Với là góc hợp bởi giữa vectơ cảm ứng từ và pháp tuyến của mặt S.

b Hiện tượng cảm ứng điện từ

- Hiện tượng cảm ứng điện từ là sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trong mạch kínkhi từ thông qua mạch đó biến đổi Suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trongmạch điện kín là suất điện động cảm ứng

- Khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch điện kín thì trongmạch xuất điện suất điện động cảm ứng

- Dòng điện cảm ứng chỉ tồn tại trong thời gian từ thông biến thiên, nếu từ thôngngừng biến thiên thì dòng điện cảm ứng cũng tắt

- Định luật Lenxơ: Dòng điên cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra cótác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó

c Suất điện động cảm ứng

- Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạchkín, nó tỉ lệ với độ biến thiên từ thông qua mạch và tỉ lệ nghịch với khoảng thờigian của sự biến thiên ấy:

(dấu trừ thể hiện định luật Lenxơ)

+ Nếu mạch kín có N vòng dây thì

+ Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong đoạn dây dẫn chiều dài ℓ chuyểnđộng với vận tốc trong từ trường có cảm ứng từ bằng:

EC =Với và cùng vuông góc với đoạn dây và là góc hợp bởi và

- Sự xuất điện của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây đó tương đương với sựtồn tại của một nguồn điện trên đoạn dây đó Nguồn điện này có suất điện độngbằng EC và có hai cự dương và âm được xác định bằng quy tắc bàn tay phải

d Hiện tượng tự cảm

- Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ trong một mạch điện do chính

sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó gây ra

- Suất điện động được sinh ra do hiện tượng tự cảm gọi là suất điện động tự cảm.Suất điện động tự cảm xuất hiện trong mạch, khi đó xảy ra hiện tượng tự cảm, cóbiểu thức: EC =

Trong đó là độ biến thiên cường độ dòng điện trong mạch trong thời gian L là hệ số tự cảm ( hay độ tự cảm) của mạch có giá trị tùy thuộc vào hình dạng

và kích thước của mạch, có đơn vị là henri (H)

- Từ thông tự cảm qua mạch có dòng điện I:

- Độ tự cảm của ống dây dài là:

- Năng lượng từ trường của ống dây dẫn có độ tự cảm L và có dòng điện I chạy

7.2 BÀI TẬP MẪU VÀ CÓ LỜI GIẢI

Câu 1: Trên hai cạnh AB và CD của một khung dây dẫn hình

vuông cạnh a = 0,5m, điện trở tổng cộng R = 4 , người ta mắc hai

nguồn điện E1 = 10V, E2 = 8V; điện trở trong của hai nguồn bằng

không như hình vẽ bên Mạch điện được đặt trong một từ trường

đều có vectơ cảm ứng từ vuông góc với mặt khung dây và hướng

ra sau hình vẽ, độ lớn của B tăng theo thời gian theo quy luật

Tính cường độ dòng điện trong mạch?

Hướng dẫn giải

- Vì cảm ứng từ tăng B nên từ thông qua mạch tăng và trong mạch suất hiện suấtđiện động cảm ứng EC, dòng điện cảm ứng sinh ra có chiều sao cho từ trường do nósinh ra ngược chiều với từ trường ngoài và do đó, dòng điên cảm ứng có chiềuDCBAD

- Độ lớn của suất điện động cảm ứng là: EC =

- Cường độ dòng điện trong mạch có chiều DCBAD và có độ lớn:

Câu 2: HSG Vĩnh Phúc năm 2011 – 2012: Hai

thanh ray có điện trở không đáng kể được ghép

song song với nhau, cách nhau một khoảng l trên

mặt phẳng nằm ngang Hai đầu của hai thanh

được nối với nhau bằng điện trở R Một thanh

kim loại có chiều dài cũng bằng l, khối lượng m,

điện trở r, đặt vuông góc và tiếp xúc với hai thanh Hệ thống đặt trong một từtrường đều có phương thẳng đứng như hình vẽ bên

1 Kéo cho thanh chuyển động đều với vận tốc v

a Tìm cường độ dòng điện qua thanh và hiệu điện thế giữa hai đầu thanh

b Tìm lực kéo nếu hệ số ma sát giữa thanh với ray là μ.

2 Ban đầu thanh đứng yên Bỏ qua điện trở của thanh và ma sát giữa thanh với ray.Thay điện trở R bằng một tụ điện C đã được tích điện đến hiệu điện thế U0 Thả chothanh tự do, khi tụ phóng điện sẽ làm thanh chuyển động nhanh dần Sau một thờigian, tốc độ của thanh sẽ đạt đến một giá trị ổn định vgh Tìm vgh? Coi năng lượng

hệ được bảo toàn

2 Khi thanh chuyển động ổn định thì gia tốc của nó bằng 0

 cường độ dòng điện trong mạch bằng 0

 hiệu điện thế trên tụ bằng suất điện động cảm ứng: U = E = Blvgh

Bảo toàn năng lượng:

hay

- Ta suy ra được: vgh =

Câu 3: Một khung dây dẫn hình tròn đồng tâm O đặt

trong từ trường đều B = 0,005T, đường sức từ vuông góc

với mặt phẳng khung dây Thanh kim loại OM dài ℓ = A

O

M

D C

2 1

50cm, quay quanh điểm O và đầu M của thanh luôn luôn tiếp xúc với khung dây.Điểm C của khung dây được nối với đầu O của thanh kim loại qua một ampe kế.Chiều quay của thanh kim loại OM và chiều của đường sức từ như hình vẽ bên.

a Hãy chỉ ra chiều dòng điện cảm ứng qua các dây dẫn C1M và C2M?

b Sợi dây dẫn làm khung làm khung có tiết diện như nhau và có điện trở R =0,05 Hỏi khi thanh kim loại OM quay từ điểm 1 đến điểm 2 thì số chỉ của ampe

kế thay đổi theo thế nào? Hỏi số chỉ của ampe kế khi đầu M của thanh đi qua điểmD? Cho biết thanh OM quay đều với tốc độ góc là 2 vòng/giây

Hướng dẫn giải

a

- Khi thanh kim loại quay thì thanh kim loại đóng vai trò

như một nguồn điện

- Theo quy tắc bàn tay phải ta xác định được đầu O của

thanh là cực âm, đầu M là cực dương của nguồn điện đó

Do đó các dòng điện i1, i2 có chiều như đã chỉ trên hình vẽ

bên

b

- Giả sử thanh OM quay được một góc nhỏ là Khi đó thanh OM đã quét đượcmột diện tích bằng hình MOM’ (như hình vẽ) Vì nhỏ nên cung tròn MM’ cũngnhỏ Do đó ta có thể coi hình MOM’ là hình tam giác Diện tích của hình tam giácnày là:

- Từ thông mà thanh quét được tương ứng với diện tích đó là:

- Độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất điện trong thanh OM là:

A O

M

D C

2 1

 u B r

M’M





i1

i2

- Vì thanh OM quay đều nên Do đó

- Gọi cung C1M là thì cung C2M là

- Gọi điện trở của cung C1M và C2M lần lượt là R1 và R2 Khi đó ta có

- Khi đó cường độ dòng điện tương ứng là:

- Cường độ dòng điện qua Ampe kế là:

- Khi đầu M của thanh kim loại gần điểm 1 thì rất nhỏ, gần điểm 2 thì cũngrất nhỏ, khi đó i rất lớn Do tính chất đối xứng của khung dây nên ta có thể suy luận

ra rằng khi đầu M tiến lại gần D thì i giảm dần, ra xa D thì i tăng dần Vậy khi Mđến đúng điểm D thì i cực tiểu Khi đó Do đó ta có:

Câu 4: Một ống dây dài 40cm, đường kính 4cm có 400 vòng dây quấn sát nhau.

Ống dây mang dòng điện cường độ I = 1A

a Hãy tính cảm ứng từ và năng lượng tù trường trong ống dây?

b Tính từ thông qua ống dây?

c bây giờ ngắt ống dây khỏi nguồn điện Hãy tính suất điện động cảm ứngtrong ống dây Coi rằng từ thông qua ống dây giảm đều từ giá trị ban đầu đến 0Atrong khoảng thời gian 0,01s

Hướng dẫn giải

a

- Cảm ứng từ bên trong ống dây là:

- Năng lượng từ trường trong ống dây bằng:

dài, song song nhau, cách nhau một khoảng l = 50 cm.

Khung được đặt trong một từ trường đều có cảm ứng từ

B = 0,5 T, đường sức từ hướng vuông góc với mặt

phẳng của khung như hình vẽ bên Thanh kim loại MN có điện trở R= 0,5  có thể

trượt không ma sát dọc theo hai cạnh AB và CD

1 Hãy tính công suất cơ cần thiết để kéo thanh MN trượt đều với tốc độ v=2 m/s

dọc theo các thanh AB và CD So sánh công suất này với công suất tỏa nhiệt trênthanh MN

2 Thanh MN đang trượt đều thì ngừng tác dụng lực Sau đó thanh còn có thể

trượt thêm được đoạn đường bao nhiêu nếu khối lượng của thanh là m = 5 g?

I E 

- Khi đó lực từ tác dụng lên thanh MN sẽ hướng ngược chiều với và có độ lớn:

AB

2 2

R

v l B BIl

R

v l B v F Fv

P  t 

- Thay các giá trị đã cho ta được: P0 W,5

- Công suất tỏa nhiệt trên thanh MN:

2 2 2 2

R

v l B R I

P n  

- Vậy công suất cơ bằng công suất tỏa nhiệt trên MN

- Sau khi ngừng tác dụng lực, thanh chỉ còn chịu tác dụng của lực từ Độ lớn trung

bình của lực này là: .

2 2

2 2

R

v l B F

F  t 

- Giả sử sau đó thanh trượt được thêm đoạn đường S thì công của lực từ này là:

2

2 2

S R

v l B S F

- Theo định luật bảo toàn NL, đến khi thanh dừng lại thì toàn bộ động năng này

được chuyển thành công của lực từ (lực cản) nên: .

2 2

R

v l B

mv 

Từ đó suy ra: 2 2 0 , 08 (m) 8cm.

l B

mvR

S   

Câu 6: Hai dây dẫn thẳng song song, điện trở

không đáng kể, đặt trong mặt phẳng nằm ngang,

một đầu nối vào nguồn điện E 0 ( E 0 = 3 V, r 0 = 1,5

Ω), đầu kia nối với điện trở R = 1Ω thông qua một

khóa K Một thanh kim loại MN có chiều dài l = 20 cm, điện trở r = 1 Ω, chuyển

E 0 ,r 0

động dọc theo hai dây dẫn nói trên với vận tốc không đổi v = 20 m/s và luôn vuông

góc với hai dây dẫn này Mạch điện đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ hướng

thẳng đứng và độ lớn B = 0,5T như hình vẽ bên.

1 Khóa K mở

a) Tính cường độ dòng điện qua thanh MN, và U MN ?

b) Cho khối lượng của thanh là m = 30 g, hệ số ma sát giữa thanh với hai dây

là μ = 0,1 Tìm lực kéo nằm ngang cần tác dụng lên thanh MN để làm cho nó

chuyển động đều với vận tốc như trên?

2 Khóa K đóng Tìm hiệu điện thế giữa hai điểm MN.

Hướng dẫn giải

1.a

- Khi thanh MN chuyển động trong từ trường, trong thanh xuất hiện một suất điện

động cảm ứng là: E =B.l.v =2V

- Ta có thể vẽ lại mạch bằng cách thay thế thanh MN

bởi nguồn điện (E,r) như hình vẽ

- Khi K mở: hai nguồn E0 và E mắc xung đối, vì E0 >E

nên dòng điện chạy trong thanh MN đi từ M đến N

Suy ra: UMN = - E0 + I.r0 = -2,4V

1.b Lực kéo nằm ngang cần tác dụng lên thanh để làm cho nó chuyển động đều

Câu 7: Hai thanh kim loại song song, thẳng đứng có điện trở

không đáng kể, một đầu nối vào điện trở Một đoạn

dây dẫn AB, độ dài , khối lượng , điện trở

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 đặttrong một từ trường đều có hướng vuông góc với mặt phẳng hai thanh kim loại có

a) Xác định chiều dòng điện qua R

b) Chứng minh rằng lúc đầu thanh AB chuyển động nhanh dần, sau một thờigian chuyển động trở thành chuyển động đều Tính vận tốc chuyển động đều ấy vàtính UAB

c) Bây giờ đặt hai thanh kim loại nghiêng với mặt phẳng nằm ngang một góc Độ lớn và chiều của vẫn như cũ Tính vận tốc v của chuyển động đều củathanh AB và UAB

Hướng dẫn giải

a) Do thanh đi xuống nên từ thông qua mạch tăng Áp dụng định

luật Lenxơ, dòng điện cảm ứng sinh ra ngược chiều (Hình

I

R N



B

- Mặt khác, suất điện động xuất hiện trong AB là: nên

Cho nên khi v tăng dần thì F tăng dần  tồn tại thời điểm mà F=P Khi đó thanhchuyển động thẳng đều

-Khi thanh chuyển động đều thì:

- Hiệu điện thế giữa hai đầu thanh khi đó là:

c) Khi để nghiêng hai thanh kim loại ta có hình vẽ bên:

- Hiện tượng xảy ra tương tự như trường hợp b) khi ta thay P bằng Psin, thay Bbằng B1 với B1=Bsin

- Lập luận tương tự ta có:

- Hiệu điện thế giữa hai đầu thanh khi đó là:

Câu 8: Trên một mặt phẳng nghiêng

góc α = 450 với mặt phẳng ngang có hai

dây dẫn thẳng song song, điện trở không

đáng kể nằm dọc theo đường dốc chính

của mặt phẳng nghiêng ấy như vẽ bên

Đầu trên của hai dây dẫn ấy nối với điện

trở R =0,1Ω Một thanh kim loại MN = l

= 10 cm điện trở r = 0,1 Ω khối lượng m = 20g đặt vuông góc với hai dây dẫn nóitrên, trượt không ma sát trên hai dây dẫn ấy Mạch điện đặt trong một từ trườngđều, cảm ứng từ có độ lớn B = 1T có hướng thẳng đứng từ dưới lên trên Lấy g

1) Trong thanh MN xuất hiện dòng điện cảm ứng có cường độ I:

và có chiều chạy qua thanh MN theo chiều từ N đến M ( theo quy tắc bàn tay phải)2) Trong thanh MN có dòng điện I được đặt trong từ trường phải chịu tác dụngcủa lực từ , lực từ có phương vuông góc với và với MN, có chiều theo quy tắcbàn tay trái, có độ lớn:

F = B.I.l.sin90 0 =B.I.l =

+ Thành phần của lực từ (nằm dọc theo dốc chính) có cường độ:

+ Ta thấy ngược chiều với Như vậy thanh MN chịu tác dụng của hai lực cùngphương, ngược chiều: kéo xuống kéo lên

+ Lúc đầu, vận tốc v của thanh còn nhỏ F1 < P1 hay P1 - F1>0 Lực tổng hợp +gây ra gia tốc cho thanh MN chuyển động nhanh dần, do đó v tăng dần và kết quả

là F1 tăng dần trong khi P1 là không đổi Đến một giá trị vmax của vận tốc sao cho F1

= P1 thì thanh MN sẽ chuyển động với vmax không đổi

Khi đó : = 4 m/s

Lưu ý: Có thể nhận xét vì lúc này F1 = P1 nên khi đó cường độ dòng điện qua R là:

Câu 9: Một thanh kim loại đồng chất, tiết diện đều, có điện

trở không đáng kể, được uốn thành một cung tròn đường kính

d Thanh dẫn MN có điện trở cho mỗi đơn vị chiều dài là r,

gác trên cung tròn như hình vẽ bên Cả hệ thống đặt trên mặt

phẳng nằm ngang và ở trong một từ trường đều có cảm ứng từ hướng thẳng đứngdưới lên Tác dụng một lực F theo phương ngang lên thanh MN sao cho thanh MNchuyển động tịnh tiến với vận tốc v không đổi (vectơ luôn vuông góc với thanhMN) Bỏ qua ma sát, hiện tượng tự cảm và điện trở ở các điểm tiếp xúc giữa cácdây dẫn Coi B, v, r, d đã biết

a Xác định chiều và cường độ của dòng điện qua thanh MN

b Tại thời điểm ban đầu t = 0, thanh MN ở vị trí tiếp tuyến với cung tròn Viếtbiểu thức lực F theo thời gian t

Hướng dẫn giải

a

- Theo quy tắc bàn tay phải dòng điện qua MN theo chiều từ N đến M

- Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong đoạn thanh dẫn giữa hai điểm tiếp xúc(gọi l là chiều dài của thanh dẫn giữa hai điểm tiếp xúc): E = Blv

- Điện trở của đoạn thanh dẫn giữa hai điểm tiếp xúc: R = lr

- Cường độ dòng điện chạy trong đoạn thanh dẫn: I = e/R = Bv/r

b

- Lực F có độ lớn bằng lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn

B ur



F

F = BIl = với

- Biểu thức F theo t:

Câu 10: Một thanh kim lạo MN, chiều dài ℓ, điện trở R,

khối lượng m = 100g, đặt vuông góc với hai thanh ray

song song nằm ngang và nối với nguồn điện có suất điện

động E Hệ thống đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ

hướng thẳng đứng xuống dưới và có độ lớn B (như hình

vẽ bên) Hệ số ma sát giữa thanh MN và các ray bằng k Bỏ qua điện trở các thanhray, điện trở tại các chỗ tiếp xúc Mô tả chuyển động của thanh MN Giải thích vìsao thanh MN chuyển động sang trái với gia tốc biến đổi nhưng sau đó lại chuyểnđộng với vận tốc không đổi Tính vận tốc đó?

- Dòng điện I nằm trong từ trường B nên chịu tác dụng của các lực từ Ft Lực này

có phương vuông góc với mặt phẳng chứa thanh MN và , có chiều xác định theoquy tắc bàn tay trái:

- Lực từ F làm cho thanh MN chuyển động sang trái

- Thanh MN chuyển động cắt vuông góc các đường cảm ứng từ nên ở hai đầu thanh

- Khi đó thanh MN chịu thêm tác dụng của:

+ Lực ngược chiều với ( theo quy tắc bàn tay trái) và có độ lớn:

+ Lực ma sát cùng phương và ngược chiều với , có độ lớn :

- Áp dụng định luật II Niutơn:

(1)

- (1) cho thấy khi v tăng thì a giảm

- Gia tốc a triệt tiêu khi:

Câu 11: Hai thanh kim loại song song thẳng đứng, điện trở không

đáng kể, hai đầu trên được khép kín bằng một nguồn điện có suất

điện động E và điện trở trong r = 0,2Ω (như hình vẽ bên) Một

đoạn dây dẫn AB có khối lượng m = 10g, dài ℓ = 20cm, điện trở r

= 2Ω, trượt không ma sát theo hai thanh ray kim loại đó (AB luôn

luôn vuông góc với từ trường đều , có B = 1T)

a Giải sử nguồn điện có suất điện động E = 1V và AB đi xuống Hãy tính vận tốccủa AB khi đã đạt tới giá trị không đổi v0

b Nguồn điện phải có suất điện động bằng bao nhiêu để thanh AB đi lên với vậntốc không đổi v0?

Hướng dẫn giải

- Khi lực từ tác dụng lên dây AB cân bằng với trọng lực của nó thì vận tốc của ABđạt giá trị không đổi v0 và từ đó AB chuyển động đều Áp dụng định luật Lenxơ tathấy nguồn điện tương đương Ec mắc nối tiếp với Ec và bằng:

B

ℓ, RA

E, r

B u r



- Từ điện kiện F = mg, suy ra Bil = mg Từ đó rút ra:

b Khi AB đi lên với vận tốc v0 thì nguồn điện tương đương Ec mắc xungg đối với E

và E > Ec ( để lực từ vẫn hướng lên trên F >P), với E = Biv0

Câu 12: Hai dây dẫn thẳng song song, điện trở không

đáng kể, đặt trong mặt phẳng nằm ngang, một đầu nối

với điện trở R = 1Ω qua khóa K Một thanh kim loại

AB, có chiều dài ℓ = 20cm, điện trở r = 1Ω, đặt vuông

góc với hai dây dẫn nói trên, trượt không ma sát dọc

theo hai dây dẫn ấy với vận tốc v = 20cm/s (như hình vẽ bên) Mạch điện đặt trong

từ trường đều có cảm ứng từ hướng thẳng đứng và có độ lớn B = 0,5T

1 Ban đầu K mở, Tính cường độ dòng điện qua AB và hiệu điện thế UAB?

2 Cũng câu hỏi như trên khi khóa K đóng?

Hướng dẫn giải

- Khi AB chuyển động trong từ trường, trong đoạn mạch dây dẫn AB xuất hiện suấtđiện động Ec có độ lớn Ec = Bvℓ = 2V Vị trí các cực của nguồn điện tương đươngđược xác định theo quy tắc bàn tay phải: Như vậy nguồn điện Ec có cực dương nốivới B và cực âm nối với A

1

- Khi K mở, mạch điện AE0C gồm hai ngyồn E0 và Ec mắc xung đối Vì E0 = 3V >

Ec nên E0 là nguồn, dòng điện đi ra từ cực dương của nguồn E0 chạy trên đoạn AB

- Khi K đóng, mạch điện gồm hai nguồn E0 và Ec mắc song song với điện trở R.Giả sư dòng điện I1 và I2 đều phát ra từ nguồn E0 và Ec đi tới B, còn dòng I đi qua Rtheo chiều BRA Áp dụng định luật Ôm ta có:

Câu 13: Một thanh kim loại MN nằm ngang có khối lượng

m có thể trượt không ma sát dọc theo hai thanh ray song

song, các ray hợp với mặt phằng ngang một góc α Đầu

dưới của hai ray nối với một tụ điện có điện dung C Hệ

thống đặt trong một từ trường đều thẳng đứng hướng lên

(như hình vẽ) Khoảng cách giữa hai ray là ℓ Bỏ qua điện

trở của mạch Tính gia tốc chuyển động của thanh MN?

Hướng dẫn giải

- Khi thanh chuyển động, suất điện động cảm ứng Ec bằng:

- Điện tích trên tụ điện là:

- Lưc từ tác dụng lên thanh:

- Vậy gia tốc chuyển động của thanh MN là:

Câu 14: Một cái vòng có đường kính d, khối lượng m và điện trở R rơi vào một từ

trường từ độ cao khá lớn Mặt phẳng vòng luôn nằm ngang và vuông góc với Tìm vận tốc rơi đều của vòng nếu B thay đổi theo độ cao h theo quy luật

M



N

C