Bài tập ôn — Vật lí 12 — HK2 — Đề 1 tiết

Phạm vi: Bài 14–17: Từ trường, lực từ, từ thông, hiện tượng cảm ứng điện từ, máy phát điện xoay chiều.

Phần 1: Cơ bản

Bài 1. Một khung dây có $100$ vòng, diện tích mỗi vòng $0,05\ \text{m}^2$, đặt trong từ trường đều $0,2\ \text{T}$ sao cho pháp tuyến của khung song song với vectơ cảm ứng từ. Tính từ thông qua khung dây.

Bài 2. Một khung dây có $50$ vòng, diện tích mỗi vòng $0,02\ \text{m}^2$, đặt trong từ trường đều $0,3\ \text{T}$. Pháp tuyến của khung hợp với vectơ cảm ứng từ một góc $60^\circ$. Tính từ thông qua khung dây.

Bài 3. Đơn vị của từ thông là gì? Nêu kí hiệu và quan hệ với tesla và mét vuông.

Bài 4. Từ thông qua một mạch kín biến thiên $0,04\ \text{Wb}$ trong $0,02\ \text{s}$. Tính suất điện động cảm ứng trong mạch.

Bài 5. Phát biểu định luật Lenz về chiều của dòng điện cảm ứng.

Bài 6. Một khung dây có $100$ vòng, diện tích mỗi vòng $0,02\ \text{m}^2$, quay đều với tốc độ góc $\omega = 50\pi\ \text{rad/s}$ trong từ trường đều $0,4\ \text{T}$. Tính suất điện động cực đại trong khung.

Bài 7. Rôto của máy phát điện xoay chiều quay $300$ vòng/phút, máy có $4$ cặp cực. Tính tần số của dòng điện do máy phát ra.

Bài 8. Nêu cấu tạo cơ bản của máy phát điện xoay chiều (phần cảm, phần ứng).

Bài 9. Khi nào xuất hiện dòng điện cảm ứng trong mạch kín?

Bài 10. Từ thông qua khung dây bằng 0 khi nào?

Bài 11. Từ thông qua một mạch kín giảm từ $0,1\ \text{Wb}$ xuống $0,02\ \text{Wb}$ trong $0,04\ \text{s}$. Tính suất điện động cảm ứng trong mạch.

Bài 12. Một khung dây có $200$ vòng, diện tích mỗi vòng $0,02\ \text{m}^2$, đặt trong từ trường đều $0,25\ \text{T}$ sao cho pháp tuyến của khung song song với vectơ cảm ứng từ. Tính từ thông qua khung dây.

Bài 13. Rôto của máy phát điện xoay chiều quay $900$ vòng/phút, máy có $2$ cặp cực. Tính tần số của dòng điện do máy phát ra.

Bài 14. Một dòng điện xoay chiều có tần số $50\ \text{Hz}$. Tính tốc độ góc $\omega$ của rôto (giả sử rôto quay với tốc độ góc bằng tốc độ góc của suất điện động).

Bài 15. Một khung dây có $50$ vòng, diện tích mỗi vòng $0,01\ \text{m}^2$, quay đều với tốc độ góc $\omega = 100\pi\ \text{rad/s}$ trong từ trường đều $0,5\ \text{T}$. Tính suất điện động cực đại trong khung.

Bài 16. Vì sao dòng điện cảm ứng luôn có chiều chống lại sự biến thiên của từ thông qua mạch?

Phần 2: Nâng cao

Bài 17. Một khung dây có $150$ vòng, diện tích mỗi vòng $0,03\ \text{m}^2$, đặt trong từ trường đều $0,4\ \text{T}$. Pháp tuyến của khung hợp với vectơ cảm ứng từ một góc $30^\circ$. Tính từ thông qua khung dây.

Bài 18. Từ thông qua một khung dây có $80$ vòng giảm từ $0,12\ \text{Wb}$ xuống $0,03\ \text{Wb}$ trong $0,03\ \text{s}$. Tính suất điện động cảm ứng trong khung.

Bài 19. Một khung dây có $100$ vòng, diện tích mỗi vòng $0,04\ \text{m}^2$, quay đều với tốc độ góc $\omega = 20\pi\ \text{rad/s}$ trong từ trường đều $0,5\ \text{T}$. Biểu thức từ thông qua khung là $\Phi = NBS\cos(\omega t)$. a) Tính suất điện động cực đại trong khung. b) Tính suất điện động tức thời tại thời điểm $t = T/4$ (với $T$ là chu kì quay).

Bài 20. Một máy phát điện xoay chiều có $6$ cặp cực, phát ra dòng điện có tần số $50\ \text{Hz}$. Tính tốc độ quay của rôto (vòng/phút).

Bài 21. Suất điện động cực đại của một máy phát điện là $E_0 = 100\sqrt{2}\ \text{V}$. Tính suất điện động hiệu dụng của máy.

Bài 22. Từ thông qua một cuộn dây có $200$ vòng giảm đều $0,05\ \text{Wb}$ trong $0,01\ \text{s}$. Tính suất điện động cảm ứng trong cuộn dây.

Bài 23. Một khung dây có $60$ vòng, diện tích mỗi vòng $0,05\ \text{m}^2$, quay đều với tần số $10\ \text{Hz}$ trong từ trường đều $0,2\ \text{T}$. Tính suất điện động cực đại trong khung.

Bài 24. Một vòng dây kín có diện tích $0,02\ \text{m}^2$ đặt trong từ trường đều sao cho pháp tuyến của vòng dây song song với vectơ cảm ứng từ. Cảm ứng từ tăng từ $0,1\ \text{T}$ lên $0,3\ \text{T}$ trong $0,05\ \text{s}$. Tính suất điện động cảm ứng trong vòng dây.

Đáp án

Phần 1:

1. $\Phi = NBS\cos\alpha = 100 \times 0,2 \times 0,05 \times 1 = 1\ \text{Wb}$.
2. $\Phi = 50 \times 0,3 \times 0,02 \times \cos 60^\circ = 0,3 \times 0,5 = 0,15\ \text{Wb}$.
3. Weber, kí hiệu $\text{Wb}$; $1\ \text{Wb} = 1\ \text{T} \cdot \text{m}^2$.
4. $e_c = \dfrac{|\Delta\Phi|}{\Delta t} = \dfrac{0,04}{0,02} = 2\ \text{V}$.
5. Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra chống lại sự biến thiên của từ thông qua mạch.
6. $E_0 = NBS\omega = 100 \times 0,4 \times 0,02 \times 50\pi = 40\pi\ \text{V} \approx 125,7\ \text{V}$.
7. $f = \dfrac{np}{60} = \dfrac{300 \times 4}{60} = 20\ \text{Hz}$.
8. Phần cảm tạo ra từ trường (nam châm hoặc nam châm điện); phần ứng là cuộn dây trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng. Một trong hai bộ phận là rôto (quay), bộ phận còn lại là stato (đứng yên).
9. Khi từ thông qua mạch kín biến thiên theo thời gian.
10. Khi pháp tuyến của khung vuông góc với vectơ cảm ứng từ ($\alpha = 90^\circ$, $\cos\alpha = 0$).
11. $e_c = \dfrac{0,1 - 0,02}{0,04} = \dfrac{0,08}{0,04} = 2\ \text{V}$.
12. $\Phi = 200 \times 0,25 \times 0,02 = 1\ \text{Wb}$.
13. $f = \dfrac{900 \times 2}{60} = 30\ \text{Hz}$.
14. $\omega = 2\pi f = 2\pi \times 50 = 100\pi\ \text{rad/s}$.
15. $E_0 = 50 \times 0,5 \times 0,01 \times 100\pi = 25\pi\ \text{V} \approx 78,5\ \text{V}$.
16. Vì nếu dòng điện cảm ứng làm tăng thêm sự biến thiên của từ thông thì quá trình sẽ tự khuếch đại, vi phạm định luật bảo toàn năng lượng. Chiều chống lại sự biến thiên bảo đảm năng lượng được bảo toàn.

Phần 2: 17. $\Phi = 150 \times 0,4 \times 0,03 \times \cos 30^\circ = 1,8 \times 0,866 \approx 1,56\ \text{Wb}$. 18. $e_c = 80 \times \dfrac{0,12 - 0,03}{0,03} = 80 \times \dfrac{0,09}{0,03} = 240\ \text{V}$. 19. a) $E_0 = NBS\omega = 100 \times 0,5 \times 0,04 \times 20\pi = 40\pi\ \text{V} \approx 125,7\ \text{V}$. b) $e = E_0\sin(\omega t)$; tại $t = T/4$, $\omega t = \pi/2$ nên $e = E_0 \approx 125,7\ \text{V}$. 20. $n = \dfrac{60f}{p} = \dfrac{60 \times 50}{6} = 500$ vòng/phút. 21. $E = \dfrac{E_0}{\sqrt{2}} = \dfrac{100\sqrt{2}}{\sqrt{2}} = 100\ \text{V}$. 22. $e_c = 200 \times \dfrac{0,05}{0,01} = 1000\ \text{V}$. 23. $\omega = 2\pi f = 20\pi\ \text{rad/s}$; $E_0 = 60 \times 0,2 \times 0,05 \times 20\pi = 12\pi\ \text{V} \approx 37,7\ \text{V}$. 24. $e_c = \dfrac{|\Delta\Phi|}{\Delta t} = \dfrac{0,02 \times (0,3 - 0,1)}{0,05} = \dfrac{0,004}{0,05} = 0,08\ \text{V}$.