Một nhóm học sinh tìm hiểu về mối liên hệ giữa độ lớn của suất điện động cảm ứng và tốc độ biến thiên của từ thông qua một mạch kín. Họ đã thực hiện các nội dung sau: (I) Chuẩn bị các dụng cụ
20/28
Một nhóm học sinh tìm hiểu về mối liên hệ giữa độ lớn của suất điện động cảm ứng và tốc độ biến thiên của từ thông qua một mạch kín. Họ đã thực hiện các nội dung sau:
(I) Chuẩn bị các dụng cụ gồm cuộn dây dẫn nối với điện kế G tạo thành mạch kín và có tổng điện trở bằng 1\({\rm{\Omega }}\), nam châm thẳng đặt dọc theo trục của cuộn dây (hình vẽ);
(II) Họ cho rằng độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ thuận với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch kín đó;
(III) Họ đã làm thí nghiệm cho nam châm và cuộn dây chuyển động tịnh tiến lại gần nhau thì kim của điện kế lệch khỏi vạch số 0 và khi cho tốc độ dịch chuyển tương đối giữa nam châm và cuộn dây càng lớn thì góc lệch của kim điện kế so với vạch số 0 cũng càng lớn;
(IV) Họ kết luận rằng thí nghiệm này đã chứng minh được nội dung ở (II).
Nội dung (II) là giả thuyết của nhóm học sinh trong quá trình nghiên cứu.
Khi cuộn dây và nam châm dịch chuyển lại gần nhau thì dòng điện cảm ứng trong mạch có chiều từ M đến N.
Nội dung (III) là đủ để đưa ra kết luận (IV).
Khi dịch chuyển nam châm so với cuộn dây trong nội dung (III), nếu số chỉ của điện kế G là 4mA thì tốc độ biến thiên của từ thông qua cuộn dây bằng \({4.10^{ - 3}}{\rm{\;Wb}}/{\rm{s}}\).
a. Đúng. Nội dung (II) đưa ra một dự đoán về mối liên hệ tỉ lệ thuận giữa hai đại lượng trước khi tiến hành thí nghiệm để kiểm chứng, đây chính là bước đề xuất giả thuyết trong tiến trình tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí nên phát biểu này đúng.
b. Sai. Khi nam châm dịch chuyển lại gần cuộn dây thì từ thông qua cuộn dây tăng lên. Đường sức từ của nam châm thoát ra từ cực Bắc (N) nên từ trường ngoài đang có hướng từ phải sang trái. Theo định luật Lenz, dòng điện cảm ứng sinh ra từ trường cảm ứng ngược chiều với từ trường ngoài để chống lại sự tăng từ thông này, tức là từ trường cảm ứng có hướng từ trái sang phải. Áp dụng quy tắc nắm tay phải, ngón cái hướng sang phải thì chiều khum của các ngón tay chỉ chiều dòng điện đi lên ở các vòng dây phía trước mặt ống dây. Quan sát hình vẽ ta thấy vòng dây ngoài cùng bên trái có phần dây phía trước nối với đoạn dây dẫn bên dưới chứa các điểm M và N. Để dòng điện đi lên ở mặt trước thì dòng điện phải chạy từ đoạn dây dẫn phía dưới đi vào ống dây, có nghĩa là nó phải chạy từ N sang M. Do vậy, dòng điện cảm ứng trên đoạn dây này có chiều từ N đến M chứ không phải từ M đến N nên phát biểu này sai.
c. Sai. Kết quả thí nghiệm ở nội dung (III) chỉ cho thấy khi tốc độ dịch chuyển tăng thì góc lệch kim điện kế tăng, chứng tỏ suất điện động tăng theo tốc độ biến thiên từ thông. Điều này mới chỉ chứng minh được mối quan hệ đồng biến chứ chưa có số liệu đo đạc định lượng cụ thể để khẳng định đó là mối quan hệ tỉ lệ thuận tuyến tính như kết luận ở (IV), vì vậy phát biểu này sai.
d. Đúng.
Theo định luật Ohm cho toàn mạch, suất điện động cảm ứng có độ lớn là \({e_c} = IR = {4.10^{ - 3}}.1 = {4.10^{ - 3}}{\rm{\;V}}\).
Theo định luật Faraday về cảm ứng điện từ, độ lớn suất điện động cảm ứng bằng tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch kín nên ta có \(\left| {\frac{{{\rm{\Delta \Phi }}}}{{{\rm{\Delta }}t}}} \right| = {e_c} = {4.10^{ - 3}}{\rm{\;Wb}}/{\rm{s}}\), do đó phát biểu này đúng.