Giải SBT Vật lí 12 Chân trời sáng tạo Bài 12. Hiện tượng cảm ứng điện từ

Đáp án đúng là C

(1) sai vì từ thông càng lớn thì số lượng đường sức từ xuyên qua mạch kín càng lớn.

(2) sai vì đơn vị từ thông là Wb.

Đáp án đúng là C

Trong sóng điện từ, vectơ cường độ điện trường và vectơ cảm ứng từ có phương vuông góc với nhau và luôn dao động cùng pha với nhau.

Đáp án đúng là D

Từ A đến B là tăng, B đến D là không đổi, D đến E là giảm.

Đáp án đúng là B

Từ biểu thức xác định độ lớn suất điện động cảm ứng trung bình, ta có:

$|e|=N|\frac{\Delta ϕ}{\Delta t}|=N|\frac{BS(\cos α-\cos 90^{\circ})}{\Delta t}|\ \Rightarrow |\cos α|=\frac{|e|\Delta t}{NBS}=\frac{6{,}4\cdot 1}{1000\cdot 0{,}8\cdot 80\cdot {10}^{-4}}=1,suyra:α=k\cdot 180^{\circ}(k=0;\pm 1;\pm 2;...)\ \Rightarrow α=0^{\circ}$

Vậy góc hợp bởi vectơ cảm ứng từ và mặt phẳng khung dây là 0°.

Đáp án đúng là A

Độ lớn suất điện động cảm ứng sinh ra trong vòng dây là:

$|e|=|\frac{\Delta ϕ}{\Delta t}|=|\frac{\Delta BS}{\Delta t}|=|\frac{0{,}5.0{,}5}{0{,}1}|=2{,}5V$

Đáp án đúng là A

Độ lớn suất điện động cảm ứng sinh ra trong khung dây là:

$|e|=N|\frac{\Delta ϕ}{\Delta t}|=NS|\frac{\Delta B}{\Delta t}|=500.0,{1}^{2}.|\frac{0{,}2-0{,}5}{1}|=1{,}5V$

Gọi tiết diện của dây kim loại là S'. Điện trở của dây kim loại trong khung dây là:

$R=ρ\frac{l}{S}=2\cdot {10}^{-8}.\frac{500\cdot 0{,}1\cdot 4}{0{,}4\cdot {10}^{-6}}=10Ω$

Công suất toả nhiệt trong khung dây: $P=\frac{{|e|}^{2}}{R}=\frac{1,{5}^{2}}{10}=0{,}225W=225mW$

Đáp án đúng là D

Khung dây quay đều quanh trục vuông góc với vectơ cảm ứng từ với tốc độ góc là $\frac{π}{3}$ rad/s, nghĩa là trong 1 s khung dây quay được một góc là $\frac{π}{3}$.

Độ lớn suất điện động cảm ứng trung bình sinh ra trong khung dây có giá trị là:

$|e|=N|\frac{\Delta ϕ}{\Delta t}|=N|\frac{BS[\cos (α+ωt)-\cos α]}{\Delta t}|=500|\frac{0{,}4\cdot 5\cdot {10}^{-3}(\cos \frac{π}{3}-\cos 0)}{1}|=0{,}5V$

Vì khung dây có điện trở không đáng kể nên |e| = U. Từ công thức tính điện tích của tụ điện, suy ra: $Q=CU\Rightarrow C=\frac{Q}{U}=\frac{3}{0{,}5}=6μF$

a) Đúng;

b) Đúng; thời gian đèn sáng từ 0s đến 1s, từ 3s đến 5s.

c) Sai; vì độ biến thiên từ thông ở 2 khoảng thời gian này khác nhau.

d) Sai; vì suất điện động cảm ứng $|e|=NS|\frac{\Delta B}{\Delta t}|=1.π{(\frac{0{,}05}{2})}^{2}.|\frac{150.{10}^{-3}-1}{1}|=0{,}3.{10}^{-3}V$

e) Sai; vì độ biến thiên từ thông trong khoảng thời gian từ 3s đến 4s lớn hơn.

f) Đúng.

Áp dụng công thức F = NBScosa, ta được các giá trị của từ thông trong bảng sau:

a) Vì cả hai thành phần điện trường và từ trường trong sóng điện từ biến thiên cùng tần số, cùng pha với nhau nên tần số góc và pha ban đầu cần tìm lần lượt là w = 120 rad/s và j = π rad.

b) Ta thấy tại thời điểm t cường độ điện trường đang đạt giá trị cực đại, suy ra thành phần từ trường cũng đạt giá trị cực đại. Do đó, sau một phần tư chu kì truyền sóng thì giá trị của cảm ứng từ tại điểm đó sẽ bằng không.

a) Sự giảm dần của độ lớn cảm ứng từ dẫn đến số đường sức từ xuyên qua mặt phẳng vòng dây giảm dần, do đó từ thông qua vòng dây giảm và trong vòng dây xuất hiện dòng điện cảm ứng. Từ trường sinh ra bởi dòng điện cảm ứng sẽ hướng vuông góc với mặt phẳng vòng kim loại và hướng ra khỏi mặt giấy (theo định luật Lenz về hiện tượng cảm ứng điện từ). Dựa vào quy tắc nắm tay phải, dòng điện cảm ứng sẽ hướng ngược chiều kim đồng hồ.

b) Lập luận tương tự như câu a, ta thấy lúc này dòng điện hướng cùng chiều kim đồng hồ.

c) Vì từ thông xuyên qua vòng dây không đổi theo thời gian nên không có dòng điện cảm ứng xuất hiện trong vòng kim loại.

Từ biểu thức tính độ lớn suất điện động cảm ứng, ta suy ra giá trị của góc hợp bởi vectơ cảm ứng từ và vectơ đơn vị pháp tuyến của mặt phẳng khung dây như sau:

$|e|=N|\frac{\Delta ϕ}{\Delta t}|=N\frac{|\Delta B|S\cos α}{\Delta t}\Rightarrow \cos α=\frac{|e|\Delta t}{N|\Delta B|S}=\frac{40.1}{100.(2{,}4-0{,}4).0{,}8}=0{,}25\Rightarrow α\approx 75{,}5^{\circ}$

Khi vừa đóng khoá K, dòng điện chạy trong mạch tăng lên dẫn đến độ lớn cảm ứng từ của từ trường tăng theo. Từ đó, từ thông xuyên qua vòng kim loại sẽ tăng theo thời gian. Do hiện tượng cảm ứng điện từ, trong vòng kim loại xuất hiện một dòng điện cảm ứng chạy cùng chiều kim đồng hồ (nhìn từ trên xuống). Xét một phần tử nhỏ của vòng kim loại ở vị trí có chiều của vectơ cảm ứng từ $\overset{⇀}{B}$ như hình vẽ. Dựa vào quy tắc bàn tay trái, lực từ tác dụng lên phần tử này do thành phần $\overset{⇀}{{B}_{x}}$ gây ra hướng thẳng đứng từ dưới lên (còn lực từ ứng với thành phần $\overset{⇀}{{B}_{y}}$ hướng vào tâm vòng kim loại). Tương tự cho các phần tử còn lại của vòng, dễ thấy tổng hợp lực tác dụng lên vòng trên phương ngang bằng không nên ta suy ra lực từ tổng hợp tác dụng lên dòng điện trong vòng kim loại đẩy vòng đi lên.

Cũng có thể lập luận một cách đơn giản như sau: Khi đóng khoá K, dòng điện chạy qua ống dây tăng lên dẫn đến từ thông xuyên qua vòng kim loại tăng dần theo thời gian. Theo định luật Lenz, dòng điện cảm ứng sinh ra phải có chiều chống lại nguyên nhân sinh ra nó, tức là lực từ tác dụng lên dòng điện này sẽ đẩy vòng lên trên để tránh sự tăng lên của từ thông.

Độ lớn suất điện động cảm ứng trung bình sinh ra trong quá trình hít vào là:

$|e|=N|\frac{\Delta ϕ}{\Delta t}|=N|\frac{B\Delta S\cos α}{\Delta t}|=|\frac{250\cdot 56\cdot {10}^{-6}\cdot 45\cdot {10}^{-4}\cdot \cos (90^{\circ}-32^{\circ})}{1{,}5}|\approx 2{,}2\cdot {10}^{-5}V$