Bài tập về Từ thông và cảm ứng điện từ

Kiến thức cần nhớ

1. Từ thông

a. Định nghĩa

Từ thông là số đường sức từ xuyên qua diện tích S đặt trong từ trường đều:

Φ = BScosα

Từ thông qua khung dây có N vòng dây: Φ = NBScosα

Trong đó:

+ α: góc tạo bởi pháp tuyến $\overrightarrow{n}$ và $\overrightarrow{B}$

+ Φ: từ thông xuyên qua diện tích S (Wb)

+ B: từ trường (T)

+ N: số vòng dây của khung dây

- Đơn vị từ thông là vêbe (Wb): 1 Wb = 1 T.m².

- Các trường hợp đặc biệt:

2. Hiện tượng cảm ứng điện từ

Khi từ thông qua một mạch kín biến thiên thì trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng. Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng là hiện tượng cảm ứng điện từ.

3. Định luật Len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng

- Định luật Len-xơ: Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín.

Ví dụ:

+ Đưa nam châm lại gần vòng dây kín (C), dòng điện cảm ứng xuất hiện có chiều sao cho từ trường do nó tạo ra có tác dụng chống lại sự tăng của từ thông ban đầu.

+ Đưa nam châm ra xa vòng dây kín (C), dòng điện cảm ứng xuất hiện có chiều sao cho từ trường do nó tạo ra có tác dụng chống lại sự giảm của từ thông ban đầu.

- Khi từ thông qua (C) biến thiên do kết quả của một chuyển động nào đó thì từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại chuyển động nói trên.

4. Dòng điện Fu – cô

a. Thí nghiệm

- Cho tấm kim loại (đồng hay nhôm) dao động trong từ trường của nam châm. Tấm kim loại chỉ dao động trong một khoảng thời gian rồi dừng lại.

- Cho tấm kim loại có rãnh xẻ dao động giữa hai cực của nam châm nó sẽ dao động được lâu hơn.

b. Định nghĩa

Dòng điện cảm ứng được sinh ra ở trong khối vật dẫn khi vật chuyển động trong từ trường hay được đặt trong từ trường biến đổi theo thời gian là dòng điện Fu – cô.

c. Tính chất và công dụng của dòng Fu-cô:

- Ứng dụng của dòng điện Fu-cô:

+ Bộ phanh điện từ của những ô tô hạng nặng.

+ Lò cảm ứng để nung nóng kim loại.

+ Dòng Fu – cô cũng được ứng dụng trong một số lò tôi kim loại.

- Trong trường hợp dòng điện Fu-cô gây nên những tổn hao năng lượng vô ích. Để giảm tác dụng của dòng Fu-cô, người ta có thể tăng điện trở của khối kim loại bằng cách:

+ Khoét những lỗ trên bánh xe.

+ Thay khối kim loại nguyên vẹn bằng một khối gồm nhiều lá kim loại xếp liền nhau, cách điện với nhau.

Bài tập tự luyện có hướng dẫn

Câu 1. Phát biểu nào sau đây không đúng với định luật Len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng ?

A. Nếu từ thông ban đầu qua mạch kín tăng thì từ trường cảm ứng ngược chiều từ trường ban đầu. Từ trường cảm ứng sẽ cùng chiều từ trường ban đầu nếu từ thông qua mạch kín giảm.

B. Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín.

C. Khi từ thông qua mạch kín biến thiên do kết quả của một chuyển động nào đó thì từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại chuyển động nói trên.

D. Từ trường của dòng điện cảm ứng luôn ngược chiều với từ trường ngoài sinh ra dòng điện cảm ứng.

Đáp án: D

Chiều dòng điện cảm ứng – Định luật Lenxơ:

Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường của cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín.

Câu 2. Trường hợp nào sau đây từ thông qua vòng dây dẫn (C) biến thiên?

A. Vòng dây (C) đứng yên, nam châm chuyển động xuống dưới.

B. Nam châm và vòng dây dẫn (C) cùng chuyển động đều từ dưới lên trên với vận tốc v.

C. Nam châm và vòng dây dẫn (C) cùng chuyển động đều từ trên xuống dưới với vận tốc v.

D. Nam châm và vòng dây dẫn (C) đứng yên.

Đáp án: A

Khi vòng dây (C) đứng yên, nam châm chuyển động xuống dưới thì số đường sức từ xuyên qua vòng dây thay đổi do đó từ thông qua vòng dây biến thiên, trong khung giây

Câu 3. Một khung dây hình tròn có diện tích S = 2cm² đặt trong từ trường có cảm ứng từ B = 5.10^-2T, các đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung dây. Từ thông qua mặt phẳng khung dây là

A. 10^-1Wb

B. 10^-2Wb

C. 10^-3Wb

D. 10^-5Wb.

Đáp án: D

Các đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung dây nên

Từ thông qua mặt phẳng khung dây là:

Φ = B.S.cosα = 5.10^-2.2.10^-4.cos0º = 10^-5Wb.

Câu 4. Một khung dây hình vuông, cạnh dài 4cm, đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 2.10^-5T, các đường sức từ hợp với pháp tuyến của mặt phẳng khung dây góc 60^o. Từ thông qua mặt phẳng khung dây là

A. 1,6.10^-6Wb

B. 1,6.10^-8Wb

C. 3,2.10^-8Wb

D. 3,2.10^-6Wb

Đáp án: B

Các đường sức từ hợp với pháp tuyến của mặt phẳng khung dây góc 60^o nên

Khung dây hình vuông, cạnh dài 4cm có diện tích: S = 0,04² = 1,6.10^-3 m².

Từ thông qua mặt phẳng khung dây là: Φ = B.S.cosα = 2.10^-5.1,6.10^-3.cos60^o = 1,6.10^-8Wb

Câu 5. Một khung dây hình vuông có cạnh dài 5cm, đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 4.10^-5T, mặt phẳng khung dây tạo với các đường sức từ một góc 30^o. Từ thông qua mặt phẳng khung dây nhận giá trị nào sau đây?

A. 5.10^-8Wb

B. 5.10^-6Wb

C. 8,5.10^-8Wb

D. 8,5.10^-6Wb

Đáp án: A

Mặt phẳng khung dây tạo với các đường sức từ một góc 30^o nên

Khung dây hình vuông, cạnh dài 5cm có diện tích: S = 0,05² = 2,5.10^-3 m².

Từ thông qua mặt phẳng khung dây là: Φ = B.S.cosα = 4.10^-5.2,5.10^-3.cos60^o = 5.10^-8Wb

Câu 6. Phát biểu nào sau đây không đúng khi nói về từ thông ?

A. Biểu thức định nghĩa của từ thông là Φ = B.S.cosα

B. Đơn vị của từ thông là vêbe (Wb)

C. Từ thông là một đại lượng đại số

D. Từ thông là một đại lượng có hướng.

Đáp án: D

Từ thông qua diện tích S đặt trong từ trường đều: Φ = B.S.cosα

Trong đó  là góc hợp bởi pháp tuyến n→ của mặt phẳng khung dây và véc tơ cảm ứng từ B→.

Đơn vị từ thông là vêbe (Wb): 1 Wb = 1 T.m².

Như vậy ta nhận thấy từ thông là một đại lượng đại số, vô hướng.

Câu 7. Phát biểu nào sau đây không đúng?

A. Từ thông là một đại lượng vô hướng

B. Từ thông qua mặt phẳng khung dây bằng 0 khi khung dây dẫn đặt trong từ trường có các đường sức từ song song với mặt phẳng khung dây

C. Từ thông qua một mặt kín luôn khác 0

D. Từ thông qua một mặt kín có thể bằng 0 hoặc khác 0

Đáp án: C

Từ thông qua diện tích S đặt trong từ trường đều: Φ = B.S.cosα

Trong đó  là góc hợp bởi pháp tuyến n→ của mặt phẳng khung dây và véc tơ cảm ứng từ B→.

Khi α = 90^o thì Φ = 0. Do đó phát biểu C là sai.

Câu 8. Đơn vị của từ thông có thể là

A. tesla trên mét (T/m)

B. tesla nhân với mét (T.m)

C. tesla trên mét bình phương (T/m²)

D. tesla nhân mét bình phương (T.m²)

Đáp án: D

Từ thông qua diện tích S đặt trong từ trường đều:

Suy ra đơn vị từ thông là vêbe (Wb): 1 Wb = 1 T.m².

Câu 9. Cho một khung dây có điện tích S đặt trong từ trường đều, cảm ứng từ , α là góc hợp bởi và pháp tuyến của mặt phẳng khung dây. Công thức tính từ thông qua S là:

A. Φ = B.S.cosα

B. Φ = B.S.sinα

C. Φ = B.S

D. Φ = B.S.tanα

Đáp án: A

Từ thông qua diện tích S đặt trong từ trường đều: Φ = B.S.cosα

Trong đó  là góc hợp bởi pháp tuyến n→ của mặt phẳng khung dây và véc tơ cảm ứng từ B→.

Câu 10. Từ thông qua khung dây có diện tích S đặt trong từ trường đều đạt giá trị cực đại khi

A. các đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung dây

B. các đường sức từ song song với mặt phẳng khung dây.

C. các đường sức từ hợp với mặt phẳng khung dây góc 0^o

D. các đường sức từ hợp với mặt phẳng khung dây góc 40^o

Đáp án: A

Ta thấy từ thông: Φ = B.S.cosα cực đại khi cosα = 1 ↔ α = 0.

Khi đó pháp tuyến n→ của mặt phẳng khung dây và véc tơ cảm ứng từ B→.

tức là các đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung dây.

Câu 11. Một khung dây hình chữ nhật có chiều dài 25cm, được đặt vuông góc với các đường sức từ của một từ trường đều có B = 4.10^-3T. Từ thông xuyên qua khung dây là 10^-4Wb, chiều rộng của khung dây nói trên là

A. 1cm

B. 10cm

C. 1m

D. 10m

Đáp án: B

Ta có:

Từ thông xuyên qua khung dây là: Φ = B.S.cosα.

Chiều rộng khung dây bằng: S/0,25 = 0,1m = 10cm.

Câu 12. Một hình vuông có cạnh 5cm đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B = 4.10^-4T. Từ thông qua diện tích hình vuông đó bằng 10^-6Wb. Góc α hợp bởi véctơ cảm ứng từ với pháp tuyến hình vuông đó bằng

A. 90^o

B. 0^o

C. 30^o

D. 60^o

Đáp án: B

Từ thông xuyên qua khung dây là: Φ = B.S.cosα.

Câu 13. Một khung dây có diện tích S được đặt song song với đường sức của từ trường đều có cảm ứng từ B. Qua khung dây một góc 90^o thì từ thông qua khung sẽ

A. tăng thêm một lượng B.S

B. giảm đi một lượng B.S

C. tăng thêm một lượng 2B.S

D. giảm đi một lượng 2B.S

Đáp án: A

Lúc đầu khung dây đặt song song với đường sức từ: α = 90^o

Suy ra: Φ₁ = BScos90^o = 0 Wb

Khi khung dây quay một góc 90^o: α = 90^o; Φ₂ = B.S.cos0^o = B.S

Từ thông tăng thêm một lượng: ∆Φ = Φ₂ - Φ₁ = B.S. (Wb).

Câu 14. . Trong hình a, nam châm đang chuyển động đến gần vòng dây dẫn kín, hình b vòng dây dẫn kín đang chuyển động đến gần nam châm. Dòng điện cảm ứng xuất hiện trên hai vòng dây dẫn kín có chiều

A. cùng chiều kim đồng hồ

B. ngược chiều kim đồng hồ

C. ngược chiều kim đồng hồ ở hình a, cùng chiều kim đồng hồ ở hình b

D. cùng chiều kim đồng hồ ở hình a, ngược chiều kim đồng hồ ở hình b

Đáp án: C

Trong cả hai trường hợp ở hình a, b, từ thông qua khung dẫn đều tăng. Theo định luật Len-xơ, chiều của véctơ cảm ứng từ ngược với ngược với chiều từ trường ban đầu.

Áp dụng quy tắc nắm bàn tay phải ta xác định được chiều của dòng điện cảm ứng qua mỗi vòng dây như hình vẽ

Câu 15. Trong hình a, b, vòng dây dẫn kín cố định, mũi tên chỉ chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trên vòng dây khi có sự chuyển động của nam châm. Kết luận nào sau đây là đúng?

A. nam châm đang chuyển động đến gần vòng dây dẫn kín.

B. Nam châm đang chuyển động ra xa vòng dây dẫn kín.

C. Hình a, nam châm đang chuyển động đến gần vòng dây dẫn kín. Hình b, nam châm đang chuyển động ra xa vòng dây dẫn kín.

D. Hình a, nam châm đang chuyển động ra xa vòng dây dẫ kín. Hình b, nam châm đang chuyển động đến gần vòng dây dẫn kín.

Đáp án: C

Dùng quy tắc nắm bàn tay phải để xác định chiều của véctơ cảm ứng điện từ tại tâm vòng dây.

Hình a, véctơ cảm ứng từ do dòng điện cảm ứng sinh ra ngược chiều từ trường ban đầu, tức là đang chống lại việc từ thông qua vòng dây tăng. Vậy nam châm đang chuyển động đến gần vòng dây.

Hình b, véctơ cảm ứng từ do dòng điện cảm ứng sinh ra cùng chiều với từ trường ban đầu, tức là đang tăng cường từ thông (để chống lại việc từ thông qua vòng dây đang giảm). Vậy nam châm đang chuyển động ra xa vòng dây.

Xem thêm các dạng câu hỏi và bài tập liên quan khác:

Tóm tắt công thức Điện tích Điện trường (2024) chi tiết nhất

70 Bài tập về Mắt (có đáp án)

70 Bài tập về Giải bài toán về hệ thấu kính (có đáp án)

70 Bài tập về Tự cảm (2024) có đáp án chi tiết nhất

70 Bài tập về Từ thông. Cảm ứng điện từ (có đáp án)