Định hướng giải bài tập Vật lý 1 - Chương: Điện tử - Tuần 10, 11 - Trần Thiên Đức

Nội dung text: Định hướng giải bài tập Vật lý 1 - Chương: Điện tử - Tuần 10, 11 - Trần Thiên Đức

1. Trần Thiên Đức – ductt111@gmail.com – ductt111.com HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP ĐỊNH HƯỚNG TUẦN 10 - 11 DẠNG TOÁN: SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRÊN PHẦN TỬ CHUYỂN ĐỘNG 1. Nhận xét: - Các bài toán dạng này thường liên quan tới sự biến đổi từ thông qua một đơn vị diện tích kín. Quá trình biến đổi từ thông sẽ gây ra một suất điện động cảm ứng. - Mối liên hệ giữa từ thông và suất điện động: = − 2. Hướng giải: Bước 1: Xác định phần từ dS được quét bởi phần tử chuyển động (sao cho cảm ứng từ B qua dS là không đổi) Bước 2: Xác định độ từ thông theo thời gian t Bước 3: xác định suất điện động cảm ứng 3. Bài tập minh họa: Bài 5-3: Tại tâm của một khung dây tròn thẳng gồm N1 = 50 vòng, mỗi vòng có bán kính R = 20 cm, 2 người ta đặt một khung dây nhỏ gồm N2 = 100 vòng, diện tích mỗi vòng S = 1 cm . Khung dây nhỏ này quay xung quanh một đường kính của khung dây lớn với vận tốc không đổi ω = 300 vòng/s. Tìm giá trị cực đại của suất điện động trong khung nếu dòng điện chạy trong khung lớn có cường độ I = 10 A. (Giả thiết lúc đầu các mặt phẳng của hai khung trùng nhau). Tóm tắt: N1 = 50 vòng R = 20 cm N2 = 100 vòng S = 1 cm2 ω = 300 vòng/s Xác định Ecmax Giải: * Nhận xét: Bài toán liên quan đến hiện tượng cảm ứng điện từ. Nguồn gây từ trường là khung dây N1, khung dây N2 được đặt trong từ trường của khung dây 1 và quay đều
   từ thông qua khung dây 2 biến thiên
   sinh ra xuất điện động cảm ứng. Phương hướng của bài toán lúc này là xác định từ trường gây bởi khung dây 1 và tìm biểu thức thể hiện sự thay thay đổi của từ thông qua khung dây 2 theo thời gian t. Từ biểu thức từ thông dễ dàng suy ra biểu thức suất điện động
   suất điện động cực đại - Cảm ứng từ gây bởi bởi khung dây 1 là: = - Từ thông do khung dây tròn gửi qua khung dây nhỏ là:2 = + = (ϕ = 0, do giả thiết lúc đầu các mặt phẳng của hai khung trùng2 nhau) - Suất điện động cảm ứng trong khung dây 2 là: = − = 2 DNK - 2014 1
2. Trần Thiên Đức – ductt111@gmail.com – ductt111.com * Chú ý: - Công th ức c ần nh ớ: • Su ất điện động gây b ởi m ột thanh vuông góc v ới dòng điện và chuy ển động song song v ới dòng điện: + = − = − • Từ thông quét một thanh vuông góc v ới dòng điện2 và chuy ển động song song v ới dòng điện: + = = 2 2 Bài 5-7: Một thanh kim lo ại dài l = 1.2 m quay trong m ột t ừ tr ường đều có c ảm ứng t ừ B = 10 -3 T v ới v ận tốc không đổi ω = 120 vòng/phút. Tr ục quay vuông góc v ới thanh, song song v ới đường s ức t ừ tr ường và cách m ột đầu c ủa thanh m ột đoạn l1 = 25 cm. Tìm hi ệu điện th ế xu ất hi ện gi ữa hai đầu c ủa thanh. Tóm t ắt: l = 1.2 m l1 = 25 cm B = 10 -3 T ω = 120 vòng/phút Xác//Δ định U12 Gi ải: * Nh ận xét: Có th ể phân chia thanh thành hai ph ần để tính di ện tích c ủa t ừng ph ần quét trong th ời gian t. Trên m ỗi ph ần c ủa thanh s ẽ xu ất hi ện su ất điện c ảm ứng
   hi ệu điện th ế (n ếu xét v ề độ lớn) s ẽ bằng tr ị tuy ệt đối c ủa su ất điện động c ảm ứng. - Khi thanh quay bán kính l1, trong th ời gian t thanh s ẽ quét được m ột góc ωt
   di ện tích ứng v ới hình d ẻ qu ạt = = . 1 = = - Từ thông mà ph ần thanh ứng v ới chi ều dài l1 trong 2th ời gian2 dt là: = - Hi ệu điện th ế gi ữa đầu 1 và tâm c ủa tr ục quay là: 2 = || = − = - Tươ ng t ự đối v ới ph ần thanh ứng v ới chi ều dài l – l1 còn l ại 2 − = || = - Hi ệu điện th ế gi ữa hai đầu c ủa thanh là: 2 = − = − 2 = 5,3.10 * Chú ý: 2 DNK - 2014 3
3. Trần Thiên Đức – ductt111@gmail.com – ductt111.com 1 = − Bài 5-10: Một cu ộn dây d ẫn g ồm N = 100 vòng quay trong2 t ừ tr ường đều v ới v ận t ốc không đổi ω = 5 vòng/s , C ảm ứng t ừ B = 0,1 T. Ti ết di ện ngang c ủa ống dây S = 100 cm 2. Tr ục quay vuông góc v ới tr ục của ống dây và vuông góc v ới đường s ức t ừ tr ường. Tìm su ất điện động xu ất hi ện trong cu ộn dây và giá trị cực đại c ủa nó. Tóm t ắt: N = 100 vòng ω = 5 vòng/s B = 0,1 T S = 100 cm 2 Xác định Gi ải: , * Nh ận xét: Đây là bài toán cu ộn dây có N vòng nên các công th ức liên quan t ới t ừ thông, su ất điện động đều nhân thêm N - Từ thông qua cu ộn dây là: - Su ất điện động trong cu ộn dây là: = + - Su ất điện động c ực đại trong cu ộn dây là: = − = − = ≈ 3,14 Bài 5-12: Để đo c ảm ứng t ừ gi ữa hai c ực c ủa m ột nam châm điện ng ười ta đặt vào đó m ột cu ộn dây N = 50 vòng , di ện tích ti ết di ện ngang c ủa m ỗi vòng S = 2 cm 2. Tr ục c ủa cu ộn dây song song v ới các đường sức t ừ tr ường. Cu ộn dây được n ối kín v ới m ột điện k ế xung kích (dùng để đo điện l ượng phóng qua khung dây c ủa điện k ế). Điện tr ở của điện k ế R = 2.10 3 Ω. Điện tr ở của cu ộn dây N rất nh ỏ so v ới điện tr ở của điện k ế. Tìm c ảm ứng t ừ gi ữa hai c ực c ủa nam châm bi ết r ằng khi rút nhanh cu ộn dây N ra kh ỏi nam châm thì khung dây c ủa điện k ế lệch đi m ột góc α ứng v ới n = 50 vạch trên th ước chia c ủa điện k ế. Cho bi ết m ỗi vạch ch ỉ ứng v ới điện l ượng phóng qua khung dây điện k ế bằng Q = 2.10 -8 C. Tóm t ắt: N = 50 vòng S = 2 cm 2 R = 2.10 3 Ω n = 50 vạch Q = 2.10 -8 C Xác định c ảm ứng B Gi ải: * Nh ận xét: Đây là bài toán ứng d ụng hi ện t ượng c ảm ứng điện t ừ để xác định t ừ tr ường c ủa m ột thanh nam châm. V ề cơ b ản thì đây c ũng chính là bài toán liên quan t ới su ất điện động cảm ứng. Do su ất điện động c ảm ứng ph ụ thu ộc vào s ự bi ến thiên c ủa t ừ thông, mà t ừ thông lại có m ối liên h ệ với c ảm ứng t ừ B nên thông qua giá tr ị su ất điện động c ảm ứng thu được ta hoàn toàn có th ể xác định được độ lớn c ảm ứng từ B ( ở trong bài này là c ảm ứng t ừ B c ủa thanh nam châm). - Gọi ∆t là th ời gian đư a cu ộn dây ra kh ỏi t ừ tr ường c ủa nam châm (ho ặc đư a nam châm ra kh ỏi cu ộn dây nh ư trong hình v ẽ). Su ất điện động c ảm ứng trung bình xu ất hi ện trong ống dây là: DNK - 2014 5
4. Trần Thiên Đức – ductt111@gmail.com – ductt111.com 1 = - Mật độ năng l ượng t ừ tr ường: 2 1 1 = = = - Sức điện động t ự cảm: 2 2 = − = − - Độ tự cảm: = 2. Bài t ập minh h ọa: Bài 5-14: Cho m ạch điện nh ư hình v ẽ. Trong đó ống dây có độ tự cảm L = 6 H, điện tr ở R = 200 Ω mắc song song v ới điện tr ở R1 = 1000 Ω. Hi ệu điện th ế U = 120 V; K là khóa điện (t ại th ời điểm ban đầu K ở tr ạng thái đóng). Tìm hi ệu điện th ế gi ữa các điểm A và B sau khi m ở khóa K một th ời gian = 0,001 s Tóm t ắt: L = 6 H R = 200 Ω R1 = 1000 Ω U = 120 V = 0,001 s Gi ải: * Nh ận xét: Đây là bài toán liên quan t ới s ức điện động t ự cảm - Áp d ụng định lu ật Ôm cho đoạn m ạch ta có: = − = Ta có: với − = + → = − → − = − → = = - Hi ệu điện th ế gi ữa hai điểm A và B sau th ời gian là: = = * Chú ý: - Công th ức c ần nh ớ: • Đối v ới m ạch RL : (khi m ở khóa) = Bài 5-16: Tìm độ tự cảm c ủa m ột ống dây th ẳng g ồm N = 400 vòng dài l = 20 cm , di ện tích ti ết di ện ngang S = 9 cm 2 trong hai tr ường h ợp: a. Ống dây không có lõi s ắt b. Ống dây có lõi s ắt. Bi ết độ từ th ẩm c ủa lõi s ắt trong điều ki ện cho là µ = 400. Tóm t ắt: N = 400 vòng l = 20 cm S = 9 cm 2 µ = 400 DNK - 2014 7
5. Trần Thiên Đức – ductt111@gmail.com – ductt111.com năng l ượng t ừ tr ường và m ật độ năng l ượng t ừ tr ường ta có th ể thu được m ối liên h ệ gi ữa I và các đại lượng còn l ại - Mật độ năng l ượng t ừ tr ường: 1 = = - Cường độ dòng điện trong cu ộn dây là: 2 2 = = 1 Bài 5-24: Trên thành c ủa m ột tr ục b ằng bìa c ứng dài l = 50 cm , đường kính D = 3 cm , ng ười ta qu ấn hai lớp dây đồng có đường kính d = 1 mm . N ối cu ộn dây thu được v ới m ột ngu ồn điện có su ất điện động ε = 1,4 V. H ỏi a. Sau th ời gian t bằng bao nhiêu khi đảo khóa t ừ vị trí 1 sang v ị trí 2, dòng điện trong cu ộn dây gi ảm đi 1000 l ần. b. Nhi ệt l ượng Jun t ỏa ra trong ống dây (sau khi đảo khóa) c. Năng l ượng t ừ tr ường c ủa ống dây tr ước khi đảo khóa. Cho điện tr ở su ất c ủa đồng ρđồng = 1,7.10-8 Ω.m Tóm t ắt: l = 50 cm D = 3 cm d = 1 mm ε = 1,4 V I/I 0 = 1/1000 Xác định: t, Q, W Gi ải: * Nh ận xét: Do cu ộn dây có điện tr ở R nên có th ể coi m ạch trong bài toán t ươ ng t ươ ng v ới m ạch RL. Khi K ở vị trí 1 trong m ạch có dòng điện I0
   khi chuy ển sang v ị trí 2 dòng điện trong m ạch RL không gi ảm ngay v ề 0 và gi ảm theo hàm e m ũ (do hi ện t ượng t ự cảm)
   sử dụng công th ức trong tr ường h ợp khóa t ừ tr ạng thái đóng chuy ển sang tr ạng thái m ở:
   từ công th ức này ta th ấy c ần ph ải xác định hai đại l ượng quan tr ọng là điện tr ở R và độ tự cảm = L của cu ộn dây. - Xác định điện tr ở R: • Công th ức tính điện tr ở là: = đồ o = o Tổng s ố vòng dây: = ố ớ. ậ độ ò . ℎề à = 2. . = 1000 ò o Chi ều dài c ủa dây là: (th ực ra ở lớp th ứ 2 đường kính c ủa vòng dây là D + 2 d nh ưng vì D >> d nên ta có= th .ể. coi hai l ớp này có cùng đường kính vòng dây)
   điện tr ở của cu ộn dây là: : = đồ = đồ = đồ ≈ 2 Ω - Xác định độ tự cảm: • Công th ức tính độ tự cảm c ủa ống dây hình tr ụ: DNK - 2014 9