Slide bài giảng Vật lí 12 Cánh diều bài 3: Cảm ứng điện từ

Tóm lược nội dung

BÀI 3. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Dòng điện tạo ra từ trường ở không gian xung quanh nó. Từ trường có gây ra dòng điện được không?

Trả lời rút gọn: 

Dòng điện xuất hiện khi có sự biến thiên từ thông qua mạch điện kín được gọi là dòng điện cảm ứng.

I. TỪ THÔNG

Câu 1: Một vòng dây dẫn phẳng có diện tích 0,10 m² được đặt vuông góc với từ trường có độ lớn cảm ứng từ là 2,0.10^-3 T. Tính từ thông qua vòng dây này.

Trả lời rút gọn: 

Φ = NBS.cosα = 1.2,0.10^-3. 0,10.cos0 = 2,0.10^-4 (Wb).

II. HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

Câu 2: Lập phương án và thực hiện phương án thí nghiệm minh hoạ được hiện tượng cảm ứng điện từ với các dụng cụ thực hành ở trường của bạn.

Trả lời rút gọn: 

Thực hiện thí nghiệm:

• Mắc một điện kế có vạch số 0 ở giữa vào hai đầu của một ống dây tạo thành mạch kín.

• Đưa các cực của nam châm lại gần, ra xa, để yên và quan sát kim điện kế.

+ Kim điện kế đứng yên => Không có dòng điện trong mạch.

+ Kim điện kế bị lệch => Có dòng điện trong mạch.

+ Kim điện kế bị lệch về phía ngược lại => Dòng điện đổi chiều.

Câu 3: Ở thí nghiệm (Hình 3.3), từ thông qua ống dây biến thiên như thế nào trong hai trường hợp sau đây?

- Khi đưa cực bắc của nam châm lại gần ống dây.

- Khi đưa cực bắc của nam châm ra xa ống dây.

Trả lời rút gọn: 

a) Khi đưa cực bắc của nam châm lại gần ống dây, từ thông tăng.

b) Khi đưa cực bắc của nam châm ra xa ống dây, từ thông giảm.

Câu 4: Nêu điểm giống và khác nhau giữa thí nghiệm ở Hình 3.3 và thí nghiệm ở Hình 3.4.

Trả lời rút gọn: 

Giống nhau: Đều chứng minh rằng khi có sự biến thiên của từ thông qua mạch điện kín, dòng điện cảm ứng sẽ xuất hiện trong mạch.

Khác nhau: Thí nghiệm a) sử dụng từ trường của nam châm vĩnh cửu; Thí nghiệm b) sử dụng từ trường của ống dây mang điện (nam châm điện).

Câu 5: Ở thí nghiệm Hình 3.6, nếu đưa cực của nam châm lại gần đầu 1 của ống dây thì đầu 1 là cực nào của ống dây?

Trả lời rút gọn: 

Khi đưa nam châm lại gần ống dây, từ thông qua ống dây tăng và dòng điện cảm ứng. Tuy nhiên, từ trường của dòng điện cảm ứng trong ống dây ngược chiều với từ trường của nam châm, tạo ra một lực đẩy từ ống dây đẩy nam châm ra xa. Do đó, đầu ống dây mà nam châm tiếp xúc sẽ là cực Bắc.

Luyện tập 1: Khung dây MNPQ quay trong từ trường đều. Tìm chiều của dòng điện cảm ứng trong khung dây tại thời điểm mặt phẳng khung dây song song với phương của đường sức từ (Hình 3.7).

Trả lời rút gọn: 

Khi khung dây song song với phương của đường sức từ, vecto cảm ứng từ đang vuông góc với vecto pháp tuyến của mặt phẳng khung dây => thông qua mạch kín đang bằng 0 Wb.

Khung dây quay theo chiều như hình vẽ => từ thông bắt đầu tăng từ 0.

=> Cảm ứng từ do dòng điện cảm ứng tạo ra ngược chiều với đường sức từ (để chống lại việc từ thông tăng), bằng quy tắc bàn tay trái dòng điện cảm ứng có chiều M → N → P → Q.

III. VẬN DỤNG ĐỊNH LUẬT LENZ VÀ ĐỊNH LUẬT FARADAY

IV. GIẢI THÍCH MỘT SỐ ỨNG DỤNG HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

Câu 6: Nếu thay đĩa kim loại đặc trong Hình 3.11 bằng đĩa có xẻ rãnh (Hình 3.12) thì dao động sẽ diễn ra lâu hơn. Giải thích tại sao.

Trả lời rút gọn: 

Khi đĩa kim loại dao động, nó cắt các đường sức từ của nam châm và sinh ra dòng điện cảm ứng. Theo định luật Lenz, dòng điện này có tác dụng cản trở chuyển động dẫn đến dao động tắt dần càng nhanh. Với tấm kim loại xẻ rãnh, do điện trở tăng làm cường độ dòng điện giảm nên dao động lâu hơn. 

Luyện tập 2: Hình 3.13 mô tả sơ lược sơ đồ nguyên lý hoạt động của một loại đàn ghita điện.

Phía dưới mỗi dây đàn có một nam châm được đặt bên trong một cuộn dây dẫn. Cuộn dây dẫn được nối với máy tăng âm.

Đoạn dây đàn ở sát bên trên nam châm bị từ hoá. Khi gảy đàn thì trong cuộn dây có dòng điện cảm ứng. Dòng điện cảm ứng này được biến đổi qua máy tăng âm và loa làm ta nghe được âm do dây đàn phát ra.

Giải thích vì sao khi gây đàn thì trong cuộn dây có dòng điện cảm ứng.

Trả lời rút gọn: 

Dưới mỗi dây đàn có một nam châm bên trong cuộn dây dẫn. Khi một dây đàn được gảy, tạo ra một từ trường xung quanh nó. Nam châm dưới tương tác với từ trường này, tạo ra một dòng điện trong cuộn dây dẫn. Sự thay đổi của từ trường do gần xa của dây đàn khi được gảy dẫn đến sự biến đổi của dòng điện trong cuộn dây dẫn. Theo nguyên lý cảm ứng điện từ của Faraday, khi một dòng từ trường thay đổi qua một cuộn dây dẫn, nó tạo ra một điện áp trong cuộn dây đó.

Câu 7: Tại sao lõi biến áp như Hình 3.14 lại làm giảm được cường độ dòng điện xoáy trong nó?

Trả lời rút gọn:  

Làm như vậy, điện trở của lõi sắt với dòng điện xoáy tăng lên và cường độ của dòng điện xoáy sẽ giảm đi đáng kể. 

V. MÔ HÌNH SÓNG ĐIỆN TỪ

Câu 8: Từ lớp 11, bạn đã biết, trong vùng không gian bao quanh một điện tích có điện trường. Liệu quanh điện tích đó có cả điện trường và từ trường không?

Trả lời rút gọn: 

Khi một từ trường thay đổi theo thời gian, nó tạo ra một điện trường xoáy trong không gian xung quanh. Tương tự, khi một điện trường biến thiên theo thời gian, nó sinh ra một từ trường biến thiên theo thời gian trong không gian xung quanh. Nếu một điện tích bị ảnh hưởng bởi một điện trường biến thiên, sự thay đổi này tạo ra một từ trường xoáy xung quanh điện tích.

Câu 9: Sóng điện từ là gì?

Hãy lấy ví dụ về công cụ có thể thu và phát sóng điện từ thường được dùng trong cuộc sống.

Trả lời rút gọn: 

Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian, trong đó các trường điện và từ trường dao động vuông góc với nhau và lan truyền theo phương vuông góc với phương của điện trường và từ trường. Các sóng điện từ có thể tồn tại ở nhiều dải tần số khác nhau, từ sóng dài đến sóng siêu tần.

Ví dụ: Radio có thể thu sóng điện từ từ các trạm phát sóng và chuyển đổi chúng thành âm thanh để người dùng có thể nghe. 

Câu 10: Sử dụng mô hình sóng điện từ, chứng tỏ rằng sóng điện từ lan truyền được trong chân không.

Trả lời rút gọn: 

Trường điện và từ trường biến đổi theo thời gian và không gian, tạo ra sóng điện từ. Do tốc độ của sóng điện từ trong chân không là một giá trị cố định, nên không cần vật chất để sóng điện từ lan truyền, vậy nên sóng điện từ có thể lan truyền được trong chân không.

Vận dụng: Ở hai vị trí A và B cách nhau 1 km có hai nguồn phát sóng điện từ giống hệt nhau. Tín hiệu mà máy thu sóng nhận được có như nhau tại các vị trí khác nhau không? Tại sao?

Trả lời rút gọn: 

Tín hiệu mà máy thu sóng nhận được có thể khác nhau tại các vị trí khác nhau (vị trí A và vị trí B) trong trường hợp các nguồn phát sóng điện từ giống hệt nhau. Nguyên nhân chính đằng sau điều này là sự phản xạ và giao thoa sóng điện từ.