Giải SBT Vật lí 12 Kết nối tri thức Bài 16. Từ thông. Hiện tượng cam ứng điện từ

Đáp án đúng là A

A – sai vì từ thông là đại lượng vô hướng.

Đáp án đúng là A

B – sai vì cuộn dây không kín thì không có dòng điện.

C – sai vì trong khối vật dẫn mà có dòng điện chạy qua, có từ thông qua khối vật dẫn biến thiên thì vẫn xuất hiện hiện tượng cảm ứng điện từ.

D – sai vì dòng điện có tác dụng nhiệt (nhiều hay ít tuỳ vào bản chất kim loại dẫn).

Đáp án đúng là B

B sai vì số đường sức từ qua mặt phẳng khung dây trong trường hợp này không đổi.

Giải thích:

- Cuộn dây chuyển động rơi tự do, số đường sức từ qua cuộn dây biến thiên nên kim điện kế bị lệch do có dòng điện cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây.

- Khi cuộn dây rơi đến giữa nam châm thì số đường sức từ qua cuộn dây là ít nhất nên kim điện kế bị lệch ít nhất.

- Thời điểm cuộn dây rơi ra khỏi đầu dưới của nam châm thì kim điện kế bị lệch nhiều nhất.

- Chiều của dòng điện cảm ứng xuát hiện tại thời điểm cuộn dây đi vào nam châm và cuộn dây đi ra khỏi nam châm là ngược chiều nhau.

Giải thích:

- Kim điện kế bị lệch khỏi vạch số 0 khi nguồn điện là nguồn điện một chiều là sai vì từ thông qua cuộn dây không biến thiên.

- Mắc cuộn dây với nguồn điện một chiều và dịch chuyển cuộn dây ra xa thì kim điện kế vẫn không bị lệch khỏi vạch số 0 là sai vì khi dịch chuyển cuộn dây thì từ thông qua cuộn dây biến thiên.

Đáp án đúng là B

Dựa vào quy tắc nắm bàn tay phải và định luật Lenz.

Dòng điện cảm ứng sinh ra có chiều chống lại nguyên nhân sinh ra nó.

Đáp án đúng là A

Dòng điện cảm ứng khi nam châm đi vào và đi ra khỏi cuộn dây có chiều ngược nhau.

Đáp án đúng là D

Đáp án đúng là A

Dựa vào quy tắc nắm bàn tay phải và định luật Lenz.

Dòng điện cảm ứng sinh ra có chiều chống lại nguyên nhân sinh ra nó.

Diện tích khung dây: $S=25·{10}^{-4} m^2.$

Áp dụng công thức tính từ thông:

$\varphi =BS\cos \alpha \Rightarrow {10}^{-6}=8.{10}^{-4}.25.{10}^{-4}.\cos \alpha \Rightarrow \cos \alpha =\frac{1}{2}\Rightarrow \alpha =\pm \frac{\mathrm{\pi }}{3}.$

Trong đó $\alpha$ là góc tạo bởi vectơ pháp tuyến của mặt phẳng hình vuông và vectơ cảm ứng từ, nên góc tạo bởi vectơ cảm ứng từ với mặt phẳng hình vuông là: $\beta =\frac{\mathrm{\pi }}{2}-\alpha =\frac{\mathrm{\pi }}{6}$ hoặc $\frac{5\mathrm{\pi }}{6}$.

Do góc hợp bởi vectơ cảm ứng từ với mặt phẳng của hình vuông là góc nhọn, nên chọn $\beta =\frac{\mathrm{\pi }}{6}$.

Từ thông qua một vòng dây của cuộn dây là: $\varphi =BS\cos \alpha$, trong đó $\alpha =0$ và $S={\mathrm{\pi r}}^2$ Xét trong khoảng thời gian từ $t_0=0$ đến thời điểm t, từ thông qua 1 vòng dây thay đổi từ ${\varphi }_0$ đến ${\varphi }_t$ ứng với cảm ứng từ là $B_0={10}^{-2}T$ và $B_t=0.$

Theo định luật Faraday ta có suất điện động qua N vòng dây của cuộn dây là:

$e=-N\frac{∆\varphi }{∆t}=-NS\frac{∆B}{∆t}$

Cường độ dòng điện xuất hiện trong cuộn dây là: $i=\frac{e}{R}$

Trong đó, $R=L{R}_0=N2{\mathrm{\pi rR}}_0$ là điện trở của khung dây.

Do đó, $i=-N{\mathrm{\pi r}}^2\frac{{\displaystyle \frac{∆\mathrm{B}}{∆\mathrm{t}}}}{\mathrm{N}2{\mathrm{\pi rR}}_0}=-\frac{\mathrm{r}}{2{\mathrm{R}}_0}·\frac{∆\mathrm{B}}{∆\mathrm{t}}=-\frac{0,1}{2·0,5}·\frac{0-{10}^{-2}}{{10}^{-2}}=0,1\mathrm{A}$

Ta có $\alpha =0$ và $N=1$, nên $\left|e\right|=\left|-N\frac{∆\varphi }{∆t}\right|=\left|-S\frac{∆B}{∆t}\right|=\left|-0,1^2.\frac{0,5}{0,05}\right|=0,1V$.

a) Tại thời điểm $t_0=0$ thì $B_0=2,4·{10}^{-3}T$; thời điểm $t=0,4s$ thì $B_t=0T$ và góc $\alpha =0$

Do đó, ta có $∆\varphi ={\varphi }_t-{\varphi }_0=NS.∆B=10·25·{10}^{-4}·\left(0-2,4·{10}^{-3}\right)=-6.{10}^{-5}Wb.$

b) Theo định luật Faraday ta có: $e=\left|-\frac{∆\varphi }{∆t}\right|=\frac{6·{10}^{-3}}{0,4}=1,5·{10}^{-4}V=0,15mV.$

c) Cảm ứng từ B giảm nên theo định luật Lenz cảm ứng từ do dòng điện cảm ứng sinh ra sẽ cùng chiều với cảm ứng từ B. Theo quy tắc bàn tay phải, tìm được chiều dòng điện cảm ứng theo chiều kim đồng hồ chạy trong cuộn dây.

Tại thời điểm $t_0=0$ khi khung dây có cạnh BC bắt đầu vào vùng từ trường đều thì diện tích khung dây nằm trong từ trường $S_0=0$ và thời điểm t thì diện tích khung dây vào trong từ trường là $S_t=BC.$vt = avt và góc $\alpha =0\Rightarrow$từ thông qua 1 vòng của khung dây là ${\varphi }_t=B{S}_t=Bav.∆t$

Theo định luật Faraday ta có:

$e=-N\frac{∆\varphi }{∆t}=N\frac{Bav·∆t}{∆t }=NBav=250.0,005.0,1.1,5=0,1875V$

Lại có $i=\frac{e}{R}=\frac{NBav}{R}=\frac{0,1875}{3}=0,0625A=62,5mA.$

Khi khung dây đi vào vùng từ trường, từ thông qua khung dây tăng, nên cảm ứng từ do dòng điện cảm ứng sinh ra ngược chiều với cảm ứng từ của vùng từ trường, do đó, chiều dòng điện qua khung theo chiều ngược chiều kim đồng hồ hay chiều từ A đến B.

Tại thời điểm $t_0=0:\alpha =0$; tại thời điểm $t:\alpha =\varpi t=\frac{\mathrm{\pi }}{12}rad$ nên $t=\frac{1}{12}.{10}^{-2}s\Rightarrow$từ thông qua mỗi vòng dây là: $\varphi =BS\cos \alpha$

Theo định luật Faraday ta có:

$e=-N\frac{∆\varphi }{∆t}=-NBS\frac{\cos {\displaystyle \frac{\mathrm{\pi }}{12}}-\cos 0}{∆t}=-59.0,5·0,1·0,2\frac{\cos {\displaystyle \frac{\mathrm{\pi }}{12}}-\cos 0}{{\displaystyle \frac{1}{12}}·{10}^{-2}}=6,5V$

Tại thời điểm $t_0=0:\alpha =0$; tại thời điểm $t:\alpha =\varpi t=\frac{\mathrm{\pi }}{12}rad$ nên $t=\frac{1}{12}.{10}^{-2}s\Rightarrow$từ thông qua mỗi vòng dây là: $\varphi =BS\cos \alpha$

Theo định luật Faraday ta có:

$e=-N\frac{∆\varphi }{∆t}=-NBS\frac{\cos {\displaystyle \frac{\mathrm{\pi }}{12}}-\cos 0}{∆t}=-59.0,5·0,1·0,2\frac{\cos {\displaystyle \frac{\mathrm{\pi }}{12}}-\cos 0}{{\displaystyle \frac{1}{12}}·{10}^{-2}}=6,5V$