Lời giới thiệu
Lí do chọn đề tài
Bồi dưỡng học sinh giỏi, đặc biệt là môn vật lý, cho các kỳ thi tuyển sinh là vấn đề được các cấp quản lý và giáo viên quan tâm Đây là một công việc hàng năm, thường gặp nhiều khó khăn nhưng mang lại ý nghĩa lớn cho các trường THPT Kết quả thi học sinh giỏi về số lượng và chất lượng là một trong những tiêu chí quan trọng, phản ánh năng lực và chất lượng dạy học của trường, giáo viên và học sinh.
Trình độ nhận thức của học sinh THPT, đặc biệt là ở vùng nông thôn và trung du, còn thấp, với thời gian học tập hạn chế so với khối lượng kiến thức trong sách giáo khoa Việc thiếu sách tham khảo cũng khiến cho việc nhận dạng, phân loại và tổng hợp các dạng bài toán trở nên khó khăn, làm cho nhiều học sinh gặp khó khăn trong việc xác định cách giải cho bài toán.
Trong quá trình dạy học và bồi dưỡng học sinh giỏi môn vật lý lớp 11, 12, đặc biệt là chương V về cảm ứng điện từ, tôi nhận thấy học sinh thường gặp khó khăn trong việc giải quyết bài tập phức tạp Hầu hết các em chỉ có khả năng làm các bài toán cơ bản, chủ yếu vận dụng công thức mà không hiểu sâu bản chất Để giúp học sinh giỏi giải quyết các bài toán này, cần có sự vận dụng cao hơn Do đó, tôi đã nghiên cứu đề tài “Vận dụng hiện tượng cảm ứng điện từ trong một số bài toán phức tạp” nhằm giúp học sinh có cái nhìn tổng quát hơn về hiện tượng này và giảm bớt khó khăn khi tiếp cận các dạng toán liên quan.
Mục đích nghiên cứu
Bồi dưỡng cho học sinh các phương pháp và kỹ năng giải bài tập giúp nâng cao khả năng tư duy và sáng tạo Qua đó, học sinh có thể hình thành nhiều cách giải khác nhau, từ đó phát triển tư duy logic và khả năng giải quyết vấn đề hiệu quả.
- Cùng chia sẻ với đồng nghiệp và các em học sinh kinh nghiệm ,cũng như các dạng bài tập về hiện tượng cảm ứng điện từ.
- Bản thân rèn luyện chuyên môn nhằm nâng cao nghiệp vụ sư phạm.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Các dạng bài toán về hiện tượng cảm ứng điện từ có trong đề thi học sinh giỏi
- Bám sát nội dung, chương trình giáo dục phổ thông, có sự mở rộng phù hợp với nội dung thi học sinh giỏi tỉnh.
Nhiệm vụ nghiên cứu
- Đề xuất, tuyển chọn các bài toán trong đề thi học sinh giỏi
- Đưa ra một số nhận xét, hướng nghĩ chủ quan có hệ thống về cách tiếp cận lời giải trong các bài toán điển hình.
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý luận.
- Thu thập, nghiên cứu hệ thống lại các tài liệu.
- Phân tích, đề xuất phương án giải quyết bài toán.
- Thực nghiệm sư phạm qua công tác ôn luyện thi học sinh giỏi lớp 12 năm học
Thời gian nghiên cứu
- Năm học: Từ tháng 9 năm 2018 đến tháng 9 năm 2019
- Số tiết giảng dạy : 8 tiết (được dạy trong các tiết học ôn thi HSG)
Điểm mới trong kết quả nghiên cứu
- SKKN này đã hệ thống tóm tắt những nội dung chính khi nghiên cứu các bài toán về hiện tượng cảm ứng điện từ
SKKN này cung cấp nhiều bài toán mẫu và bài tập tương tự, giúp học sinh rèn luyện kỹ năng tính toán và phát triển tư duy trước mỗi bài toán.
Qua SKKN này, học sinh sẽ tích lũy kinh nghiệm cá nhân, giúp họ phát triển khả năng sáng tạo và tư duy logic tốt hơn khi giải quyết các bài toán tổng hợp, từ đó nâng cao trình độ học tập.
Đề tài “Vận dụng hiện tượng cảm ứng điện từ trong một số bài toán phức tạp” tập trung vào các dạng toán phức tạp liên quan đến hiện tượng cảm ứng điện từ Mặc dù tôi rất đam mê với đề tài này, được rút ra từ kinh nghiệm giảng dạy của bản thân, nhưng vẫn còn nhiều hạn chế Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ quý thầy cô để hoàn thiện chuyên đề cũng như nâng cao phương pháp giảng dạy của mình.
Tên sáng kiến
“Vận dụng hiện tượng cảm ứng điện từ trong một số bài toán phức tạp”.
- Họ và tên: Phạm Văn Nam.
- Địa chỉ tác giả sáng kiến: Trường THPT Đồng Đậu – Yên Lạc – Vĩnh Phúc.
- Số điện thoại: 0989742720 E_mail: Namdd1987@gmail.com.
4 CHỦ ĐẦU TƯ TẠO RA SÁNG KIẾN
- Họ và tên: Phạm Văn Nam.
- Địa chỉ tác giả sáng kiến: Trường THPT Đồng Đậu – Yên Lạc – Vĩnh Phúc.
- Số điện thoại: 0989742720 E_mail: Namdd1987@gmail.com.
5 LĨNH VỰC ÁP DỤNG SÁNG KIẾN
- Lĩnh vực sáng kiến: Ôn tập cho học sinh giỏi lớp 11 và 12.
- Vấn đề mà sáng kiến giải quyết: học sinh vận dụng được hiện tượng cảm ứng điện từ trong một số bài toán phức tạp
6 NGÀY SÁNG KIẾN ĐƯỢC ÁP DỤNG LẦN ĐẦU HOẶC ÁP DỤNG THỬ
7 MÔ TẢ BẢN CHẤT SÁNG KIẾN
7.1 Kiến thức liên quan a Từ thông
Từ thông qua một diện tích S, được giới hạn bởi một vòng dây kín phẳng C, trong một từ trường đều có cảm ứng từ, được xác định bằng công thức cụ thể.
(Đơn vị là Wb (Vêbe)).
Với là góc hợp bởi giữa vectơ cảm ứng từ và pháp tuyến của mặt S. b Hiện tượng cảm ứng điện từ
Hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra khi có sự biến đổi của từ thông qua một mạch kín, dẫn đến sự xuất hiện của dòng điện cảm ứng Suất điện động tạo ra dòng điện cảm ứng trong mạch điện kín được gọi là suất điện động cảm ứng.
- Khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch điện kín thì trong mạch xuất điện suất điện động cảm ứng.
- Dòng điện cảm ứng chỉ tồn tại trong thời gian từ thông biến thiên, nếu từ thông ngừng biến thiên thì dòng điện cảm ứng cũng tắt.
Định luật Lenxơ khẳng định rằng dòng điện cảm ứng sẽ có chiều sao cho từ trường do nó tạo ra có tác dụng đối kháng với nguyên nhân gây ra dòng điện đó Điều này thể hiện nguyên tắc bảo toàn năng lượng trong các hiện tượng điện từ Suất điện động cảm ứng là một khái niệm quan trọng trong việc hiểu cách thức hoạt động của các mạch điện và từ trường.
Suất điện động cảm ứng là suất điện động tạo ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín, tỷ lệ thuận với sự biến thiên của từ thông qua mạch và tỷ lệ nghịch với thời gian biến thiên đó.
(dấu trừ thể hiện định luật Lenxơ)
+ Nếu mạch kín có N vòng dây thì
+ Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong đoạn dây dẫn chiều dài ℓ chuyển động với vận tốc trong từ trường có cảm ứng từ bằng:
EC Với và cùng vuông góc với đoạn dây và là góc hợp bởi và
Sự xuất hiện của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây tương đương với việc có một nguồn điện tồn tại trên đoạn dây đó, với suất điện động là EC Hai cực dương và âm của nguồn điện này được xác định theo quy tắc bàn tay phải Hiện tượng tự cảm cũng liên quan đến quá trình này.
- Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ trong một mạch điện do chính sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó gây ra.
Suất điện động tự cảm là hiện tượng xảy ra trong mạch điện khi có sự tự cảm, được biểu thị bằng công thức EC =
Độ biến thiên cường độ dòng điện trong mạch theo thời gian phụ thuộc vào hệ số tự cảm (độ tự cảm) của mạch, giá trị này thay đổi dựa trên hình dạng và kích thước của mạch, với đơn vị đo là henri (H).
- Từ thông tự cảm qua mạch có dòng điện I:
- Độ tự cảm của ống dây dài là:
- Năng lượng từ trường của ống dây dẫn có độ tự cảm L và có dòng điện I chạy qua:
7.2 BÀI TẬP MẪU VÀ CÓ LỜI GIẢI
Trong một khung dây dẫn hình vuông có cạnh a = 0,5m và điện trở tổng cộng R = 4, người ta nối hai nguồn điện E1 = 10V và E2 = 8V với điện trở trong bằng không Mạch điện này được đặt trong một từ trường đều, với vectơ cảm ứng từ vuông góc với mặt khung và hướng ra ngoài Độ lớn của từ trường B tăng theo thời gian theo một quy luật nhất định.
Tính cường độ dòng điện trong mạch?
Khi cảm ứng từ tăng B, từ thông qua mạch tăng lên, dẫn đến sự xuất hiện suất điện động cảm ứng EC Dòng điện cảm ứng sinh ra có chiều ngược lại với từ trường bên ngoài, do đó, dòng điện cảm ứng có chiều DCBAD.
- Độ lớn của suất điện động cảm ứng là: EC =
- Cường độ dòng điện trong mạch có chiều DCBAD và có độ lớn:
Trong bài toán HSG Vĩnh Phúc năm 2011 – 2012, hai thanh ray có điện trở không đáng kể được ghép song song, cách nhau một khoảng l trên mặt phẳng nằm ngang Hai đầu của thanh ray được nối với nhau bằng một điện trở R Một thanh kim loại có chiều dài l, khối lượng m và điện trở r được đặt vuông góc và tiếp xúc với hai thanh ray Toàn bộ hệ thống được đặt trong một từ trường đều có phương thẳng đứng.
1 Kéo cho thanh chuyển động đều với vận tốc v. a Tìm cường độ dòng điện qua thanh và hiệu điện thế giữa hai đầu thanh
B b Tìm lực kéo nếu hệ số ma sát giữa thanh với ray là μ.
Ban đầu, thanh đứng yên và không tính đến điện trở của thanh cũng như ma sát giữa thanh và ray Khi thay điện trở R bằng một tụ điện C đã được tích điện đến hiệu điện thế U0 và thả cho thanh tự do, tụ điện sẽ phóng điện, khiến thanh chuyển động nhanh dần Sau một thời gian, tốc độ của thanh sẽ đạt đến giá trị ổn định vgh Để tìm vgh, cần coi năng lượng của hệ được bảo toàn.
1 - Suất điện động cảm ứng: E = Blv a
- Hiệu điện thế hai đầu thanh: U=I.R- Lực từ cản trở chuyển động: Ft = B.l.I - Lực kéo: F = Ft + Fms = + μmg
2 Khi thanh chuyển động ổn định thì gia tốc của nó bằng 0
cường độ dòng điện trong mạch bằng 0
hiệu điện thế trên tụ bằng suất điện động cảm ứng: U = E = Blvgh
Bảo toàn năng lượng: hay
Khung dây dẫn hình tròn đồng tâm O được đặt trong từ trường đều với cường độ B = 0,005T, trong đó đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung dây Thanh kim loại OM có chiều dài ℓ = A O.
Khi thanh kim loại OM quay quanh điểm O, đầu M luôn tiếp xúc với khung dây, tạo ra dòng điện cảm ứng qua các dây dẫn C1M và C2M Chiều dòng điện cảm ứng sẽ phụ thuộc vào chiều quay của thanh OM và đường sức từ Khung dây có tiết diện đồng đều và điện trở R là 0,05 ohm Khi thanh OM quay từ điểm 1 đến điểm 2, số chỉ của ampe kế sẽ thay đổi, phản ánh sự thay đổi của dòng điện cảm ứng Đặc biệt, khi đầu M của thanh đi qua điểm D, số chỉ của ampe kế sẽ đạt một giá trị nhất định Thanh OM quay đều với tốc độ góc 2 vòng/giây, ảnh hưởng đến cường độ dòng điện cảm ứng trong mạch.
- Khi thanh kim loại quay thì thanh kim loại đóng vai trò như một nguồn điện.
- Theo quy tắc bàn tay phải ta xác định được đầu O của thanh là cực âm, đầu M là cực dương của nguồn điện đó.
Do đó các dòng điện i1, i2 có chiều như đã chỉ trên hình vẽ bên. b.
Khi thanh OM quay một góc nhỏ, nó sẽ quét một diện tích tương ứng với hình MOM’ Với góc nhỏ, cung tròn MM’ cũng trở nên nhỏ, cho phép ta coi hình MOM’ như một hình tam giác Diện tích của hình tam giác này được tính toán dựa trên các thông số của thanh OM và góc quay.
- Từ thông mà thanh quét được tương ứng với diện tích đó là:
- Độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất điện trong thanh OM là:
- Vì thanh OM quay đều nên Do đó
- Gọi cung C1M là thì cung C2M là
- Gọi điện trở của cung C1M và C2M lần lượt là R1 và R2 Khi đó ta có
- Khi đó cường độ dòng điện tương ứng là:
- Cường độ dòng điện qua Ampe kế là:
Khi đầu M của thanh kim loại tiến gần điểm D, dòng điện i sẽ giảm dần và đạt giá trị cực tiểu tại điểm D Ngược lại, khi đầu M ở gần điểm 1 hoặc điểm 2, dòng điện i sẽ rất lớn Từ tính chất đối xứng của khung dây, ta có thể kết luận rằng i sẽ tăng dần khi M ra xa D.
Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu hoặc áp dụng thử
Mô tả bản chất sáng kiến
Kiến thức liên quan
Từ thông qua một diện tích S, được giới hạn bởi một vòng dây kín phẳng C, trong một từ trường đều có cảm ứng từ, được tính bằng công thức cụ thể.
(Đơn vị là Wb (Vêbe)).
Với là góc hợp bởi giữa vectơ cảm ứng từ và pháp tuyến của mặt S. b Hiện tượng cảm ứng điện từ
Hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra khi dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín do sự biến đổi của từ thông Suất điện động tạo ra dòng điện cảm ứng trong mạch điện kín được gọi là suất điện động cảm ứng.
- Khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch điện kín thì trong mạch xuất điện suất điện động cảm ứng.
- Dòng điện cảm ứng chỉ tồn tại trong thời gian từ thông biến thiên, nếu từ thông ngừng biến thiên thì dòng điện cảm ứng cũng tắt.
Định luật Lenxơ cho biết rằng dòng điện cảm ứng sẽ có chiều sao cho từ trường mà nó tạo ra sẽ phản kháng lại nguyên nhân gây ra nó Điều này liên quan đến suất điện động cảm ứng, một khái niệm quan trọng trong điện từ học.
Suất điện động cảm ứng là hiện tượng sinh ra dòng điện trong mạch kín, tỉ lệ thuận với sự biến thiên của từ thông và tỉ lệ nghịch với khoảng thời gian diễn ra sự biến thiên đó.
(dấu trừ thể hiện định luật Lenxơ)
+ Nếu mạch kín có N vòng dây thì
+ Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong đoạn dây dẫn chiều dài ℓ chuyển động với vận tốc trong từ trường có cảm ứng từ bằng:
EC Với và cùng vuông góc với đoạn dây và là góc hợp bởi và
Sự xuất hiện của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây tương đương với việc có một nguồn điện tại đó Nguồn điện này có suất điện động EC và hai cực dương, âm được xác định theo quy tắc bàn tay phải Hiện tượng tự cảm cũng liên quan đến quá trình này.
- Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ trong một mạch điện do chính sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó gây ra.
Suất điện động tự cảm là hiện tượng xuất hiện trong mạch khi có sự tự cảm, được biểu thị bằng công thức EC = Hiện tượng này đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra suất điện động trong các mạch điện.
Độ biến thiên cường độ dòng điện trong mạch theo thời gian được xác định bởi hệ số tự cảm, hay độ tự cảm, của mạch Hệ số này phụ thuộc vào hình dạng và kích thước của mạch, với đơn vị đo là henri (H).
- Từ thông tự cảm qua mạch có dòng điện I:
- Độ tự cảm của ống dây dài là:
- Năng lượng từ trường của ống dây dẫn có độ tự cảm L và có dòng điện I chạy qua:
Bài tập mẫu và có lời giải
Trong một khung dây dẫn hình vuông có cạnh a = 0,5m và điện trở tổng cộng R = 4, hai nguồn điện E1 = 10V và E2 = 8V được mắc trên hai cạnh AB và CD Điện trở trong của hai nguồn được coi là bằng không Mạch điện này được đặt trong một từ trường đều, với vectơ cảm ứng từ vuông góc với mặt khung dây và hướng ra phía sau Đặc biệt, độ lớn của từ trường B tăng theo thời gian theo một quy luật nhất định.
Tính cường độ dòng điện trong mạch?
Khi cảm ứng từ tăng B, từ thông qua mạch cũng tăng theo, dẫn đến sự xuất hiện của suất điện động cảm ứng EC Dòng điện cảm ứng được sinh ra với chiều sao cho từ trường do nó tạo ra ngược chiều với từ trường bên ngoài, do đó dòng điện cảm ứng có chiều DCBAD.
- Độ lớn của suất điện động cảm ứng là: EC =
- Cường độ dòng điện trong mạch có chiều DCBAD và có độ lớn:
Trong bài toán HSG Vĩnh Phúc năm 2011 – 2012, hai thanh ray có điện trở không đáng kể được ghép song song, cách nhau khoảng l trên mặt phẳng nằm ngang Hai đầu của thanh ray được nối với điện trở R Một thanh kim loại có chiều dài l, khối lượng m và điện trở r được đặt vuông góc và tiếp xúc với hai thanh ray Hệ thống này được đặt trong một từ trường đều có phương thẳng đứng, như mô tả trong hình vẽ.
1 Kéo cho thanh chuyển động đều với vận tốc v. a Tìm cường độ dòng điện qua thanh và hiệu điện thế giữa hai đầu thanh
B b Tìm lực kéo nếu hệ số ma sát giữa thanh với ray là μ.
2 Ban đầu thanh đứng yên Bỏ qua điện trở của thanh và ma sát giữa thanh với ray. Thay điện trở R bằng một tụ điện C đã được tích điện đến hiệu điện thế U0 Thả cho thanh tự do, khi tụ phóng điện sẽ làm thanh chuyển động nhanh dần Sau một thời gian, tốc độ của thanh sẽ đạt đến một giá trị ổn định vgh Tìm vgh? Coi năng lượng hệ được bảo toàn
1 - Suất điện động cảm ứng: E = Blv a
- Hiệu điện thế hai đầu thanh: U=I.R- Lực từ cản trở chuyển động: Ft = B.l.I - Lực kéo: F = Ft + Fms = + μmg
2 Khi thanh chuyển động ổn định thì gia tốc của nó bằng 0
cường độ dòng điện trong mạch bằng 0
hiệu điện thế trên tụ bằng suất điện động cảm ứng: U = E = Blvgh
Bảo toàn năng lượng: hay
Một khung dây dẫn hình tròn đồng tâm O được đặt trong từ trường đều với độ lớn B = 0,005T, trong đó đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung dây Thanh kim loại OM có chiều dài ℓ = A O.
Khi thanh kim loại OM quay quanh điểm O, đầu M của thanh luôn tiếp xúc với khung dây Điểm C của khung dây được kết nối với đầu O của thanh qua một ampe kế Để xác định chiều dòng điện cảm ứng qua các dây dẫn C1M và C2M, cần phân tích chiều quay của thanh OM và chiều đường sức từ Sợi dây dẫn của khung có tiết diện đồng nhất và điện trở R là 0,05 ohm Khi thanh OM quay từ điểm 1 đến điểm 2, số chỉ của ampe kế sẽ thay đổi tương ứng với sự thay đổi của từ thông Cụ thể, số chỉ của ampe kế khi đầu M của thanh đi qua điểm D sẽ phụ thuộc vào tốc độ quay đều của thanh OM, với tốc độ góc là 2 vòng/giây.
- Khi thanh kim loại quay thì thanh kim loại đóng vai trò như một nguồn điện.
- Theo quy tắc bàn tay phải ta xác định được đầu O của thanh là cực âm, đầu M là cực dương của nguồn điện đó.
Do đó các dòng điện i1, i2 có chiều như đã chỉ trên hình vẽ bên. b.
Khi thanh OM quay một góc nhỏ, nó tạo ra diện tích quét tương ứng với hình MOM’ Vì góc quay nhỏ, cung tròn MM’ cũng trở nên nhỏ, cho phép chúng ta coi hình MOM’ như một hình tam giác Diện tích của hình tam giác này có thể được tính toán dễ dàng.
- Từ thông mà thanh quét được tương ứng với diện tích đó là:
- Độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất điện trong thanh OM là:
- Vì thanh OM quay đều nên Do đó
- Gọi cung C1M là thì cung C2M là
- Gọi điện trở của cung C1M và C2M lần lượt là R1 và R2 Khi đó ta có
- Khi đó cường độ dòng điện tương ứng là:
- Cường độ dòng điện qua Ampe kế là:
Khi đầu M của thanh kim loại gần điểm 1 và điểm 2, dòng điện i rất lớn Nhờ tính đối xứng của khung dây, khi đầu M tiến gần điểm D, dòng điện i giảm dần, và khi ra xa D, dòng điện i tăng dần Do đó, khi M đạt đúng điểm D, dòng điện i đạt giá trị cực tiểu.
Một ống dây dài 40cm và đường kính 4cm có 400 vòng dây quấn sát nhau, mang dòng điện cường độ I = 1A Để tính cảm ứng từ và năng lượng từ trường trong ống dây, sử dụng công thức tính cảm ứng từ B = μ₀ * (N/L) * I, trong đó N là số vòng dây, L là chiều dài ống dây và μ₀ là hằng số từ Tiếp theo, để tính từ thông qua ống dây, áp dụng công thức Φ = B * S, trong đó S là diện tích mặt cắt ngang của ống dây Khi ngắt ống dây khỏi nguồn điện, suất điện động cảm ứng được tính bằng công thức ε = -dΦ/dt, với dΦ là sự thay đổi từ thông và dt là khoảng thời gian 0,01s.
- Cảm ứng từ bên trong ống dây là:
- Năng lượng từ trường trong ống dây bằng:
- Từ thông qua ống dây bằng: c.
- Từ thông giảm đều từ giá trị đến 0 trong khoảng thời gian 0,01s nên suất điện động cảm ứng xuất hiện trong ống dây có độ lơn là:
Một dây dẫn cứng với điện trở rất nhỏ được uốn thành khung phẳng ABCD, nằm trong mặt phẳng ngang Hai cạnh AB và CD của khung đủ dài và song song với nhau, cách nhau một khoảng l = 50 cm.
Khung được đặt trong một từ trường đều có cảm ứng từ
Trong bài viết này, chúng ta có từ trường B = 0,5 T, với đường sức từ hướng vuông góc với mặt phẳng khung Thanh kim loại MN có điện trở R = 0,5 Ω có khả năng trượt không ma sát dọc theo hai cạnh AB và CD.
1 Hãy tính công suất cơ cần thiết để kéo thanh MN trượt đều với tốc độ v=2 m/s dọc theo các thanh AB và CD So sánh công suất này với công suất tỏa nhiệt trên thanh MN.
2 Thanh MN đang trượt đều thì ngừng tác dụng lực Sau đó thanh còn có thể trượt thêm được đoạn đường bao nhiêu nếu khối lượng của thanh là m = 5 g?
Khi thanh MN chuyển động thì dòng điện cảm ứng xuất hiện trên thanh theo chiều từ MN.
- Cường độ dòng điện cảm ứng bằng:
- Khi đó lực từ tác dụng lên thanh MN sẽ hướng ngược chiều với và có độ lớn:
- Do thanh MN chuyển động đều nên lực kéo tác dụng lên thanh phải cân bằng với lực từ.
- Công suất cơ (công của lực kéo) được xác định:
- Thay các giá trị đã cho ta được: P 0 , 5 W
- Công suất tỏa nhiệt trên thanh MN:
- Vậy công suất cơ bằng công suất tỏa nhiệt trên MN
- Sau khi ngừng tác dụng lực, thanh chỉ còn chịu tác dụng của lực từ Độ lớn trung bình của lực này là:
- Giả sử sau đó thanh trượt được thêm đoạn đường S thì công của lực từ này là:
- Động năng của thanh ngay trước khi ngừng tác dụng lực là:
- Theo định luật bảo toàn NL, đến khi thanh dừng lại thì toàn bộ động năng này được chuyển thành công của lực từ (lực cản) nên:
Từ đó suy ra: 2 2 0 , 08 ( m ) 8 cm l B
Câu 6: Hai dây dẫn thẳng song song, điện trở không đáng kể, đặt trong mặt phẳng nằm ngang, một đầu nối vào nguồn điện E 0 ( E 0 = 3 V, r 0 = 1,5
Ω), đầu kia nối với điện trở R = 1Ω thông qua một khóa K Một thanh kim loại MN có chiều dài l = 20 cm, điện trở r = 1 Ω, chuyển
Một điện tích E 0 chuyển động dọc theo hai dây dẫn với vận tốc không đổi v = 20 m/s, luôn vuông góc với chúng Mạch điện này nằm trong từ trường đồng nhất, có cảm ứng từ hướng thẳng đứng và độ lớn B = 0,5T.
1 Khóa K mở a) Tính cường độ dòng điện qua thanh MN, và U MN ? b) Cho khối lượng của thanh là m = 30 g, hệ số ma sát giữa thanh với hai dây là μ = 0,1 Tìm lực kéo nằm ngang cần tác dụng lên thanh MN để làm cho nó chuyển động đều với vận tốc như trên?
2 Khóa K đóng Tìm hiệu điện thế giữa hai điểm MN.
- Khi thanh MN chuyển động trong từ trường, trong thanh xuất hiện một suất điện động cảm ứng là: E =B.l.v =2V
- Ta có thể vẽ lại mạch bằng cách thay thế thanh MN bởi nguồn điện (E,r) như hình vẽ
- Khi K mở: hai nguồn E0 và E mắc xung đối, vì E0 >E nên dòng điện chạy trong thanh MN đi từ M đến N
1.b Lực kéo nằm ngang cần tác dụng lên thanh để làm cho nó chuyển động đều
2 Khi khóa K đóng: Hai nguồn E và E0 mắc song song, mạch ngoài là điện trở R. Giả sử dòng điện trong các nhánh như hình vẽ, Áp dụng định luật Ôm ta có:
Thay số và giải ra ta được: U MN =- 1,5V và I MN = I 2 =0,5A
Bài tập tự giải
Một sợi dây dẫn đồng nhất với tiết diện ngang S0 = 1 mm² và điện trở suất được uốn thành vòng tròn kín có bán kính r = 25 cm Khi đặt vòng dây vào từ trường đều với cảm ứng từ B = kt, ta cần tính cường độ dòng điện cảm ứng trong vòng dây, hiệu điện thế giữa hai điểm bất kỳ trên vòng dây, và số chỉ của vôn kế nối giữa hai điểm M, N trên vòng dây.
Trên một mặt phẳng nghiêng với góc α = 45° so với mặt phẳng ngang, có hai dây dẫn thẳng song song, điện trở không đáng kể, nằm dọc theo đường dốc Hai dây dẫn này được nối với một điện trở R = 0,1Ω ở đầu trên Một thanh kim loại MN có chiều dài l = 10 cm, điện trở r = 0,1 Ω và khối lượng m = 20g được đặt vuông góc với hai dây dẫn, trượt không ma sát trên bề mặt của chúng Mạch điện này hoạt động trong một từ trường đều với độ lớn cảm ứng từ nhất định.
B = 1T có hướng thẳng đứng từ dưới lên trên Khi thanh kim loại trượt xuống dốc, cần xác định chiều dòng điện cảm ứng chạy qua R Ban đầu, thanh kim loại chuyển động nhanh dần cho đến khi đạt vận tốc không đổi Tính toán giá trị của vận tốc không đổi này và xác định cường độ dòng điện qua R, với g = 10 m/s².
Hai thanh kim loại thẳng đứng, song song, được kết nối với tụ điện C, trong khi một đoạn dây dẫn AB có chiều dài ℓ và khối lượng m tự do trượt xuống mà không có ma sát Hệ thống này được đặt trong một từ trường có vector cảm ứng từ vuông góc với mặt phẳng của hai thanh kim loại Để tính gia tốc a của dây dẫn AB và sự biến đổi năng lượng trong mạch, ta cần áp dụng các định luật vật lý liên quan Khi hai thanh kim loại được nghiêng với mặt phẳng nằm ngang một góc nhất định, với cảm ứng từ không thay đổi, ta cần xác định thời gian để AB rời khỏi thanh kim loại và vận tốc của nó tại thời điểm đó, bắt đầu từ vị trí cách đầu dưới của thanh kim loại một khoảng d.
Một thanh kim loại MN có chiều dài ℓ, điện trở R, và khối lượng 100g được đặt vuông góc với hai thanh ray song song và nối với nguồn điện có suất điện động E Hệ thống này nằm trong từ trường đều với cảm ứng từ B hướng thẳng đứng xuống dưới Khi có dòng điện chạy qua thanh MN, lực Lorentz tác động lên thanh làm nó chuyển động sang trái với gia tốc ban đầu Tuy nhiên, do có lực ma sát giữa thanh MN và các thanh ray, gia tốc sẽ giảm dần cho đến khi thanh MN đạt được vận tốc không đổi Vận tốc này có thể được tính toán dựa trên các thông số của hệ thống.
Hai thanh kim loại được đặt song song thẳng đứng với điện trở không đáng kể, kết nối với nguồn điện có suất điện động E và điện trở trong r = 0,2 Một đoạn dây dẫn AB, có khối lượng m = 10g, chiều dài ℓ = 20cm và điện trở R = 2, đang trượt mà không có ma sát.
B sát theo hai thanh kim loại đó (AB luôn luôn vuông góc với từ trường đều , có B
Giả sử nguồn điện có suất điện động E = 1V và thanh AB đang di chuyển xuống Cần xác định vận tốc của thanh AB khi đạt giá trị ổn định v0 Đồng thời, cần tính toán suất điện động cần thiết của nguồn điện để thanh AB có thể di chuyển lên với vận tốc v0 như đã đề cập ở phần a.
Một đoạn dây dẫn thẳng AB dài 20cm được treo ngang bằng hai dây dẫn mảnh, nhẹ dài 40cm trong một từ trường đều thẳng đứng với B = 0,1T Khi dây AB bị kéo lệch một góc so với phương thẳng đứng và sau đó thả nhẹ, cần xác định biểu thức suất điện động cảm ứng xuất hiện trong dây AB Đồng thời, suy ra suất điện động cực đại trên dây AB, với giả định bỏ qua mọi ma sát.
Khả năng áp dụng của sáng kiến
Tại trường THPT Đồng Đậu, việc áp dụng các phương pháp dạy bồi dưỡng cho học sinh giỏi môn vật lí lớp 11 và 12 đã mang lại kết quả tích cực Học sinh không chỉ nắm vững kiến thức và kỹ năng mà còn có khả năng vận dụng linh hoạt trong giải bài tập Điều này đã làm tăng sự hứng thú của các em đối với nội dung kiến thức về hiện tượng cảm ứng điện từ.
- Sáng kiến có thể áp dụng trong quá trình dạy bồi dưỡng học sinh giỏi môn Vật Lí lớp 11, 12 khối trung học phổ thông trong cả nước.
Để nâng cao hiệu quả trong việc dạy bồi dưỡng học sinh giỏi môn Vật Lí lớp 11, 12, giáo viên cần tạo hứng thú cho học sinh bằng cách thường xuyên nâng cao trình độ chuyên môn và nghiệp vụ Việc tự học, tự bồi dưỡng kiến thức và hiểu biết xã hội là rất quan trọng Đồng thời, giáo viên cũng nên đổi mới phương pháp giảng dạy, kiểm tra và đánh giá để phù hợp với nhu cầu học tập của học sinh.