SKKN Các bài tập điển hình về hiện tượng cảm ứng điện từ

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
ĐỀ TÀI:
"CÁC BÀI TẬP ĐIỂN HÌNH VỀ HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN
TỪ"
1
PHẦN I . ĐẶT VẤN ĐỀ
I.1. Lý do lựa chọn đề tài :
Trong quá trình dạy học môn Vật lý, các bài tập vật lý có tầm quan trọng đặc biệt. Hiện
nay để thực hiện tốt chương trình giáo khoa và dạy học theo phương pháp đổi mới có
hiệu quả thì việc hướng dẫn học sinh biết phân loại, nắm vững phương pháp và làm tốt
các bài tập sẽ góp phần không nhỏ vào việc thực hiện thành công mục tiêu giảng dạy
cũng như kiểm tra chính xác mức độ hiểu kiến thức của học sinh.
Từ học là một phần không thể thiếu của Vật lý. Trong chương trình THPT, từ học được
giảng dạy ở Vật lý lớp 11. Tuy nhiên, mảng kiến thức chính này hiện nay chưa có được
sự quan tâm thỏa đáng với tầm quan trọng của nó từ phía học sinh và ngay cả từ phía giáo
viên dạy Vật lý vì nhiều lý do. Thứ nhất, từ học là một phần kiến thức khó và mang tính
trừu tượng cao với nhiều quy tắc và suy luận vì vậy gây cảm giác mơ hồ cho người học,
điều này dễ nhận thấy nhất khi giảng dạy chương “Cảm ứng điện từ”. Thứ hai, lượng
kiến thức về từ học không được sử dụng nhiều trong kỳ thi tuyển sinh vào các trường Đại
học và Cao đẳng, điều này khiến cả người dạy và người học không có hứng thú với việc
tìm tòi và tiếp thu những kiến thức này.
Để phần nào giúp các học sinh của mình cảm thấy dễ dàng tiếp nhận kiến thức về từ học,
đặc biệt là hiện tượng cảm ứng điện từ, tôi đã chọn nghiên cứu đề tài: “Các bài tập điển
hình về hiện tượng cảm ứng điện từ’’. Với đề tài này tôi hi vọng sẽ làm cho học sinh
mình thấy sự logic, rõ ràng và thú vị về hiện tượng cảm ứng điện từ qua hệ thống bài tập.
I.2. Nhiệm vụ của đề tài:
2
- Giúp học sinh có cái nhìn khái quát về hiện tượng cảm ứng điện từ. Từ đó hiểu rõ bản
chất của hiện tượng này ở các trường hợp cụ thể qua các tình huống mà bài tập đưa ra và
định hướng được cách giải nhanh chóng.
- Củng cố, bồi đắp hứng thú học tập, nâng cao khả năng tự học và tự nghiên cứu của học

sinh.
I.3. Phương pháp nghiên cứu:
Khi đã xác định được vấn đề và nhiệm vụ nghiên cứu tôi đã sử dụng các phương pháp
sau:
- Phương pháp điều tra giáo dục
- Phương pháp quan sát sư phạm
- Phương pháp thống kê, tổng hợp, so sánh
- Phương pháp mô tả, mô phỏng bằng thí nghiệm ảo
- Các phương pháp thực nghiệm trong giảng dạy vật lý.
I.4. Cách thức nghiên cứu:
- Xử lý tài liệu giáo khoa và tài liệu tham khảo. Sưu tập các thí nghiệm về các hiện tượng
cảm ứng điện từ mà bài tập đề cập đến.
- Hệ thống hóa tài liệu và đưa vào giảng dạy. Sau đó kiểm tra đánh giá mức độ nhận thức
của học sinh
PHẦN II . GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
Hệ thống bài tập cảm ứng điện từ có thể chia làm bốn dạng bài tập sau:
3
II.1. BÀI TẬP XÁC ĐỊNH CHIỀU CỦA DÒNG ĐIỆN CẢM ỨNG
II.1.1. Tóm tắt lý thuyết:
* Từ thông Φ qua diện tích S đặt trong từ trường đều
B
được tính bởi công thức:
α
cos SB=Φ
Trong đó:
• B là cảm ứng từ của từ trường (T);
• S là tiết diện khung dây (m
2
);
•

( )
nB;=
α
là góc hợp bởi các đường sức từ và pháp tuyến của mặt phẳng khung dây;
• Φ là từ thông (Wb).
* Hiện tượng cảm ứng điện từ:
- Điều kiện: Khi có sự biến thiên từ thông qua diện tích giới hạn bởi một mạch điện kín
thì trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng.
- Định luật Len-xơ: Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra chống
lại sự biến thiên của từ thông sinh ra nó.
II.1.2. Phương pháp giải bài tập:
* Áp dụng định luật Len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng:
Gọi:
B
là cảm ứng từ của từ trường ban đầu;
c
B
là cảm ứng từ của từ trường do dòng điện cảm ứng sinh ra.
- Nếu
Φ
tăng thì cảm ứng từ
c
B
ngược chiều với chiều của cảm ứng từ
B
.
- Nếu
Φ
giảm thì cảm ứng từ
c

B
cùng chiều với chiều của cảm ứng từ
B
.
4
* Các bước xác dịnh chiều dòng điện cảm ứng:
- Xác định chiều của từ trường ban đầu
B
.
- Xét từ thông
Φ
(số đường sức từ) qua tiết diện khung dây tăng hay giảm.
- Dựa vào định luật Len-xơ để xác định chiều của
c
B
.
- Áp dụng quy tắc đinh ốc để xác định chiều của dòng điện cảm ứng.
Ví dụ: Cho hệ thống như hình vẽ: Nam châm chuyển động lên phía trên theo phương
thẳng đứng, xác định chiều dòng điện cảm ứng trong vòng dây. Dưới tác dụng của lực từ,
vòng dây có thể chuyển động theo chiều nào?
Giải:
- Từ trường do nam châm sinh ra đi qua vòng dây sẽ tạo ra một từ thông
qua vòng dây.
- Khi nam châm ra xa vòng dây, số đường sức qua tiết diện vòng dây là
giảm. Do đó, từ thông qua vòng dây có độ lớn giảm dần và trong vòng
dây xuất hiện dòng điện cảm ứng I
c
.
- Áp dụng định luật Len-xơ ta thấy: I
c

sinh ra từ trường có cảm ứng từ
c
B
cùng chiều với
B
.
- Theo quy tắc đinh ốc, ta suy ra đòng điện I
c
có chiều như hình vẽ.
- Dòng điện cảm ứng Ic khiến vòng dây có tác dụng như một nam châm mà mặt trên là
mặt Nam, mặt dưới là mặt Bắc. Do đó, vòng dây bị nam châm hút. Vậy vòng dây có thể
chuyển động lên phía trên.
II.1.3. Bài tập củng cố:
Bài 1. Một thí nghiệm được bố trí như hình vẽ.
5
R
M
P
N Q
A
C
G
Bài 1
Hãy xác định chiều dòng điện cảm ứng trong mạch C khi con chạy biến trở đi xuống.
Bài 2. Một nam châm đưa lại gần vòng dây như hình vẽ. Hỏi
dòng điện cảm ứng trong vòng dây có chiều như thế nào và
vòng dây sẽ chuyển động về phía nào?
Bài 3. Một vòng dây kim loại treo trên sợi dây mảnh song song
với mặt cắt của một cuộn dây. Cuộn dây được mắc vào mạch điện
như hình vẽ. Khi khóa K đóng thì trong vòng kim loại xuất hiện dòng

điện cảm ứng có chiều như thế nào và vòng kim loại chuyển
động ra sao?
II.2.BÀI TẬP XÁC ĐỊNH SUẤT ĐIỆN ĐỘNG VÀ CƯỜNG ĐỘ CỦA DÒNG ĐIỆN
CẢM ỨNG
II.2.1. Tóm tắt lý thuyết:
* Định luật Faraday về cảm ứng điện từ: Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch
điện tỷ lệ thuận với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch.
* Biểu thức:
t
e
c
∆
∆Φ
=
Trong đó:
• ΔΦ là độ biến thiên từ thông trong thời gian Δt;
• e
c
: là suất điện động cảm ứng của khung dây.
II.2.2. Phương pháp giải bài tập:
6
S N
K
- Áp dụng công thức tính từ thông:
α
cos SNB
=Φ
. Từ đó tính ΔΦ.
- Áp dụng định luật Faraday để tính suất điện động cảm ứng.
- Kết hợp với công thức định luật Ohm cho toàn mạch để tìm cường độ dòng điện cảm

ứng.
Ví dụ 1: Một cuộn dây phẳng có 100 vòng, bán kính mỗi vòng dây là 0,1m. Cuộn dây
được đặt trong từ trường đều, mặt phẳng cuộn dây vuông góc với các đường cảm ứng từ.
Lúc đầu cảm ứng từ của từ trường có giá trị 0,2T. Cuộn dây có điện trở là r = 2,1Ω. Tìm
suất điện động cảm ứng trung bình trong cuộn dây và dòng điện chạy trong cuộn dây nếu
trong khoảng thời gian 0,1s:
a) cảm ứng từ của từ trường tăng đều đặn lên gấp đôi.
b) cảm ứng từ của từ trường giảm đều đặn đến 0.
Giải:
a) Ta có:
BSBSBS =Φ−Φ=∆Φ⇒=Φ=Φ
1221
2;
S = πR
2
= 3,14.0,1
2
= 0,0314 (m
2
)
⇒
ΔΦ = 0,2.0,0314 = 6,28.10
-3
(Wb).
- Suất điện động cảm ứng:
28,6
1,0
10.28,6
.100.
3

==
∆
∆Φ
=
−
t
Ne
c
(V)
- Dòng điện chạy trong cuộn dây là:
3
1,2
28,6
≈==
r
e
I
c
(A)
b) Ta có:
BSBS −=Φ−Φ=∆Φ⇒=Φ=Φ
1221
0;
7
S = πR
2
= 3,14.0,1
2
= 0,0314 (m
2

)
⇒
ΔΦ = - 0,2.0,0314 = 6,28.10
-3
(Wb).
- Suất điện động cảm ứng:
28,6
1,0
10.28,6
.100.
3
==
∆
∆Φ
=
−
t
Ne
c
(V)
- Dòng điện chạy trong cuộn dây là:
3
1,2
28,6
≈==
r
e
I
c
(A)

Ví dụ 2: Một dây dẫn chiều dài l = 2m, điện trở R = 4Ω được uốn thành
một hình vuông. Các nguồn E
1
= 10V, E
2
= 8V, r
1
= r
2
= 0, được mắc vào các cạnh hình
vuông như hình. Mạch được đặt trong một từ trường đều.
B
vuông
góc với mặt phẳng hình vuông và hướng ra sau hình vẽ, B tăng
theo thời gian theo quy luật B = kt, k = 16T/s. Tính cường
độ dòng điện chạy trong mạch.
Giải:
Do B tăng nên trong mạch sẽ xuất hiện một suất điện động E
c
; dòng điện cảm ứng
do E
c
sinh ra phải có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra ngược chiều với từ trường
ngoài
B
.
Suất điện động cảm ứng E
c
được biểu diễn như hình vẽ:
( ) ( )

)(4
4
.
.
.

2
V
l
kE
Sk
t
tk
S
t
B
S
t
BS
t
E
c
c
=







=
=
∆
∆
=
∆
∆
=
∆
∆
=
∆
∆Φ
=
8
E
1
E
2
B
Ví dụ 2
E
C
E
1
E
2
B
Vì trong mạch: E
c

+ E
2
> E
1
nên dòng điện trong mạch sẽ có chiều ngược kim đồng
hồ. Cường độ dòng điện trong mạch có giá trị:
5,0
12
=
−+
=
R
EEE
I
c
(A)
Ví dụ 3: Cuộn dây kim loại (có điện trở suất ρ = 2.10
-8
Ωm), N = 1000 vòng, đường kính
d = 10cm, tiết diện dây S = 0,2mm
2
có trục song song với
B
của từ trường đều. Tốc độ
biến thiên của từ trường là 0,2T/s. Lấy π = 3,2.
a) Nối hai dầu cuộn dây với tụ điện có điện dung C = 1μF. Tính điện tích của tụ điện.
b) Nối hai đầu cuộn dây với nhau. Tính cường độ dòng cảm ứng và công suất nhiệt trong
cuộn dây.
Giải:
- Ta có: Φ

1
= B
1
.S; Φ
2
= B
2
.S
⇒
ΔΦ = Φ
2
– Φ
1
= (B
2
– B
1
).S = ΔB.S
- Suất điện động cảm ứng xuất hiện trên cuộn dây là:
6,12,0.
4
1,0
.2,3.1000.
4

.

22
==
∆

∆
=
∆
∆
=
∆
∆
=
∆
∆Φ
=
t
Bd
NS
t
B
N
t
SB
N
t
Ne
c
π
(V)
a) Nối hai đầu cuộn dây với tụ điện thì hiệu điện thế giữa hai bản tụ bằng suất điện động
cảm ứng xuất hiện trên cuộn dây: U = e
c
= 1,6 (V). Điện tích của tụ là:
q = C.U = 10

-6
.1,6 = 1,6.10
-6
(C) = 1,6 (μC)
b) Nối hai đầu cuộn dây với nhau, ta được một mạch điện kín.
- Điện trở của cuộn dây là:
32
10.2,0
1,0.2,3.1000
.10.2


6
8
====
−
−
S
dN
S
l
R
π
ρρ
(Ω)
- Cường độ dòng điện cảm ứng xuất hiện trên cuộn dây là:
9
C
1
C

2
B
.
Ví dụ 4
05,0
32
6,1
===
R
e
I
c
(A)
- Công suất nhiệt trên cuộn dây là:
Q = I
2
.R = 0,05
2
.32 = 0,08 (W)
Ví dụ 4: Vòng dây dẫn diện tích S = 1m
2
đặt trong một từ trường đều có
B
vuông góc với
mặt phẳng vòng dây. Hai tụ điện C
1
= 1μF, C
2
= 2μF được mắc nối tiếp trong vòng dây ở
vị trí xuyên tâm đối. Cho B thay đổi theo thời gian B = kt, k = 0,6T/s. Tính hiệu điện thế

và điện tích của mỗi tụ.
Giải:
Suất điện động cảm ứng xuất hiện trên mỗi nửa vòng dây được biểu diễn như hình
vẽ.
( )
3,0
2
.
.
.
2
.
2
2
.
21
==
∆
∆
=
∆
∆
=
∆







∆
=
∆
∆Φ
==
S
k
t
tkS
t
BS
t
S
B
t
EE
(V)
Gọi hiệu điện thế hai đầu mỗi tụ là U
1
, U
2
.
Ta có: U
MQ
+ U
QP
= U
MN
+ U
NP

)(6,0
2121
2121
VEEUU
UEEU
=+=+⇒
+−=+−⇒
- Theo định luật bảo toàn điện tích, ta lại có:
Q
1
= Q
2

⇒
C
1
U
1
= C
2
U
2

⇒
U
1
= 2U
2
.
Giải hệ phương trình:

( )
( )



=
=
⇒



=
=+
VU
VU
UU
UU
2,0
4,0
2
6,0
2
1
21
21
10
C
1
C
2

B
.
E
1
E
2
-
+
-
+
× ×
×
×
M
N
P
Q
Điện tích của mỗi tụ: Q
1
= Q
2
= 0,4 (μC)
II.2.3. Bài tập củng cố:
Bài 1.Vòng dây tròn bán kính r = 10cm, điện trở R = 0,2Ω
đặt nghiêng góc 30º với
B
, B = 0,02T như hình. Xác định
suất điện động cảm ứng, độ lớn và chiều dòng điện cảm ứng trong vòng nếu trong thời
gian Δt = 0,01s, từ trường:
a) Giảm đều từ B xuống đến không.

b) Tăng đều từ không lên B.
Bài 2. Trong hình vẽ Oc là một thanh cách điện có thể quay quanh trục đi qua O và
vuông góc với mặt phẳng của hình vẽ. Tại đầu c của thanh
đó có gắn một thanh kim loại mảnh ab. Cho biết ac = cb, ab =
Oc = R và α = 60º. Khi hệ nói trên quay đều quanh O với tốc
độ góc ω (theo chiều kim đồng hồ) người ta đặt vào hệ một
từ trường đều, vecto cảm ứng từ
B
có hướng vuông góc với
mặt phẳng hình vẽ và hướng ra phía sau. Hãy tìm biểu thức của
hiệu điện thế U giữa hai đầu a và b.
Bài 3. Cuộn dây có N = 100 vòng, diện tích mỗi vòng S = 300cm
2
có trục song song với
B
của từ trường đều, B = 0,2T. Quay đều cuộn dây để sau Δt = 0,5s, trục của nó vuông
góc với
B
. Tính suất điện động cảm ứng trung bình trong cuộn dây.
Bài 4. Vòng dây đồng (ρ = 1,75.10
-8
Ωm) đường kính d = 20cm, tiết diện S
0
= 5mm
2
đặt
vuông góc với
B
của từ trường đều. Tính độ biến thiên ΔB/Δt của cảm ứng từ khi dòng
điện cảm ứng trong vòng dây I = 2A.

11
B
Bài 1
× × × × × ×
× × × × × ×
× × × × × ×
× × × × × ×
× × × × × ×
a
b
c
O
α
Bài 2
Bài 5. Cuộn dây N = 1000 vòng, diện tích mỗi vòng S = 20cm
2
có trục song song với
B

của từ trường đều. Tính độ biến thiên ΔB của cảm ứng từ trong thời gian Δt = 10
-2
s khi có
suất điện động cảm ứng E
c
= 10V trong cuộn dây.
Bài 6. Vòng dây dẫn diện tích S = 100cm
2
, điện trở R = 0,01Ω quay đều trong từ trường
đều B = 0,05T, trục quay là một đường kính của vòng dây và vuông góc với
B

. Tìm
cường độ trung bình trong vòng và điện lượng qua tiết diện vòng dây nếu trong thời gian
Δt = 0,5s, góc
( )
Bn;=
α
thay đổi từ 60º đến 90º.
II.3. BÀI TẬP VỀ MẠCH ĐIỆN CÓ SUẤT ĐIỆN ĐỘNG TẠO BỞI ĐOẠN DÂY
DẪN CHUYỂN ĐỘNG TRONG TỪ TRƯỜNG
II.3.1. Tóm tắt lý thuyết:
* Suất điện động cảm ứng xuất hiện trên đoạn dây chuyển động trong từ trường đều:
E
c
= Bl.v.sinα
Trong đó:
• B là cảm ứng từ của từ trường đều (T);
• l là chiều dài của đoạn dây (m);
• v là tốc độ chuyển động của đoạn dây (m/s);
•
( )
vB;=
α
.
* Quy tắc bàn tay phải: Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngón cái choãi ra 90
o
hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây, khi đó đoạn dây dẫn đóng vai trò như một
nguồn điện, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chỉ chiều từ cực âm sang cực dương của
nguồn điện đó.
II.3.2. Phương pháp giải bài tập:
12

- Áp dụng công thức về suất điện động tạo bởi đoạn dây chuyển động trong từ trường.
- Kết hợp với công thức của các định luật về dòng điện không đổi để tính các đại lượng
điện.
- Kết hợp với các định luật Newton để tính các đại lượng cơ học.
Ví dụ 1: Dây dẫn chiều dài l = 20cm chuyển động với vận tốc v = 18km/h theo phương
vuông góc với các đường sức từ của một từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,5T.
Tính từ thông qua diện tích mà dây quét trong thời gian Δt = 1s và suất điện động xuất
hiện ở hai đầu dây.
Giải:
- Từ thông qua diện tích mà đoạn dây quét trong thời gian Δt là:
ΔΦ = B.ΔS = B.l.v.Δt = 0,5.0,2.5.1 = 0,5 (Wb).
- Suất điện động cảm ứng xuất hiện trên hai đầu đoạn dây là:
5,0
1
5,0
==
∆
∆Φ
=
t
E
c
(V)
Ví dụ 2: Một đoạn dây dẫn thẳng AB, chiều dài l = 20cm được treo nằm ngang bằng hai
dây dẫn mảnh nhẹ thẳng đứng, chiều dài L = 40cm. Hệ thống được đặt trong một từ
trường đều thẳng đứng, B = 0,1T. Kéo lệch AB để dây treo hợp với phương thẳng đứng
một góc α
0
= 60
o

rồi buông tay. Tìm biểu thức suất điện động cảm ứng xuất hiện trong
thanh AB khi dây treo lệch một góc α so với phương thẳng đứng. Bỏ qua lực cản không
khí. Từ đó suy ra suất điện động cảm ứng cực đại.
Giải:
- Chọn gốc thế năng tại vị trí đoạn dây AB khi dây treo có phương
thẳng đứng.
13
I
O
A
M
α
β
L
v
B
- Theo định luật bảo toàn cơ năng, ta có:
W = W
0
0
2
2
1
mghmvmgh =+
( ) ( )
0
2
cos1
2
1

cos1
αα
−=+− mgLmvmgL
( )
0
coscos2
αα
−=⇒ gLv
- Suất điện động cảm ứng xuất hiện trên đoạn dây AB khi dây treo lệch góc α so với
phương thẳng đứng:
( )
ααβ
cos 90sin sin vBlvlBvlBE
o
c
=−==
( )
ααα
cos.coscos2
0
−= gLvlBE
c
- Suất điện động cảm ứng Ec đạt giá trị cực đại khi cosα = 1, tức là α = 0 (vị trí dây treo
có phương thẳng đứng). Khi đó:
( ) ( )
04,0cos12
0
max
=−=
α

gLvlBE
c
(V)
Ví dụ 3: Cho mạch điện như hình, nguồn E = 1,5 V, r =
0,1 Ω, MN = l = 1 m, R
MN
= 2,9 Ω,
B
vuông góc khung
dây, hướng từ trên xuống, B = 0,1 T. Điện trở ampe kế
và hai thanh ray không đáng kể. Thanh MN có thể trượt
trên hai đường ray.
a) Tìm số chỉ của me kế và lực điện từ đặt lên MN khi
MN được giữ đứng yên.
b) Tìm số chỉ của ampe kế và lực điện từ đặt lên MN khi MN chuyển động đều sang
phải với v = 3 m/s.
14
N
M
A
E, r
B
Ví dụ 3
c) Muốn ampe kế chỉ 0, MN phải chuyển động về hướng nào với vận tốc bao nhiêu?
Giải:
a) Khi thanh MN được giữ đứng yên:
- Số chỉ của ampe kế bằng cường độ dòng điện qua đoạn dây
MN:
5,0
1,09,2

5,1
=
+
=
+
=
rR
E
I
(A)
- Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn MN:
05,090sin ==
o
BlIF
(N)
Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn MN có chiều như hình vẽ.
b) Khi thanh MN chuyển động đều sang phải với v = 3m/s:
- Suất điện động cảm ứng trên đoạn dây MN là:
3,090sin ==
o
c
vlBE
(V).
- Cường độ dòng điện qua đoạn dây MN:
6,0
1,09,2
3,05,1
=
+
+

=
+
+
=
rR
EE
I
c
(A)
- Lực từ tác dụng lên đoạn dây MN:
06,090sin ==
o
BlIF
(N)
Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn MN có chiều như hình vẽ.
c) Để ampe kế chỉ số 0, trên thanh MN phải xuất hiện một suất
điện động cảm ứng E
c
xung đối với E, có độ lớn E
c
= E.
15
N
M
A
E, r
B
F
I
N

M
A
E, r
B
F
I
v
E
c
N
M
A
E, r
B
I
v
E
c
- Trên hình vẽ, theo quy tắc bàn tay phải, ta xác định được: thanh MN phải chuyển động
sang trái.
- Ta có:
EvlBEE
o
c
=⇒= 90sin
Do đó:
15
.
==
lB

E
v
(m/s)
Ví dụ 4: Cho hệ thống như hình, thanh dẫn AB = l khối lượng m
trượt thẳng đứng trên hai ray,
B
nằm ngang. Do trọng lực và lực
điện từ, AB trượt đều với vận tốc v.
a) Tính v, chiều và độ lớn dòng điện cảm ứng I
C
.
b) Khi các ray hợp với mặt ngang góc α, AB sẽ trượt với vận tốc bao nhiêu? I
C
là bao
nhiêu?
Giải:
a) Khi hệ thống được đặt thẳng đứng như hình vẽ:
- Ban đầu, do tác dụng của trọng lực
P
, thanh AB sẽ trượt
xuống. Lúc đó, từ thông qua mạch ABCD tăng, xuất hiện một suất
điện động cảm ứng E
c
và dòng điện cảm ứng có cường độ I
c
.
Thanh AB có dòng điện I
c
đi qua sẽ chịu tác dụng của lực từ
F

của từ trường đều
B
.
- Để chống lại sự biến thiên từ thông qua mạch, lực từ
F
sẽ có chiều hướng lên.
- Khi thanh AB rơi, vận tốc v tăng dần, E
c
, I
c
và F cũng tăng dần. Đến một lúc nào đó, F =
P, thì thanh MN sẽ bắt đầu rơi đều.
- Dùng quy tắc bàn tay phải, ta xác định được chiều dòng điện cảm ứng I
c
trên thanh AB
từ B đến A.
16
A
B
R
B
.
C
D
Ví dụ 4
A B
R
B
.

C
D
C
B
×
+
_
F
P
I
C
R
vlB
R
E
I
c
c

==
- Khi thanh AB chuyển động đều:
mg
R
vlB
mglBIPF
c
=⇒=⇒=


22

Do đó:
- Tốc độ chuyển động đều của thanh AB là:
22
lB
mgR
v =
- Cường độ dòng điện cảm ứng trong mạch:
lB
mg
R
vBl
I
c
.
.
==
b) Khi các thanh ray được đặt nghiêng góc α so với mặt phẳng ngang:
- Khi các ray hợp với mặt ngang góc α, hiện tượng xảy ra tương tự như trên, chỉ khác
hướng vận tốc của thanh AB.
- Cường độ dòng điện cảm ứng:
R
vlB
R
E
I
C
C
α
sin'
' ==

- Khi thanh AB chuyển động đều:
F = P
I’
C
.B.l = mg
mg
R
vlB
=
α
sin'
22
Do đó:
17
×
P
F
v
B
α
α
I
C
C
B
- Tốc độ chuyển động đều của thanh AB là:
α
sin.
'
22

lB
mgR
v =
- Cường độ dòng điện cảm ứng trong mạch:
lB
mg
R
vBl
I
c
.
sin
==
α
Ví dụ 5: Một thanh kim loại MN nằm ngang có khối lượng m có thể trượt không ma sát
dọc theo hai thanh ray song song, các thanh ray hợp với phương mặt phẳng ngang một
góc α. Đầu dưới của hai ray nối với một tụ điện C (hình vẽ). Hệ thống đặt trong một từ
trường thẳng đứng hướng lên. Khoảng cách giữa hai ray là l. Bỏ qua điện trở của mạch.
Tính gia tốc chuyển động của thanh MN.
Giải:
Xét trong khoảng thời gian Δt rất ngắn, thanh MN có vận tốc v (coi như không đổi), gia
tốc a.
- Khi thanh MN trượt trên hai thanh ray cắt các đường sức từ, trên thanh MN xuất hiện
một suất điện động cảm ứng:
( )
α
cos ;sin vlBvBvlBe
c
==
Khi đó, tụ được tích điện: q = C.u = C.e

c
= B.C.l.v.cosα.
- Thanh MN chuyển động có gia tốc nên suất điện động cảm ứng trên thanh MN thay đổi
theo thời gian, tức là điện tích của tụ có sự thay đổi. Như vậy trong mạch xuất hiện dòng
chuyển dời các điện tích giữa hai bản tụ, tức là xuất hiện dòng điện. Cường độ dòng điện
trong mạch:
18
C
α
M N
Ví dụ 5
αα
α
cos cos
cos
aBCl
t
v
lBC
t
vlCB
t
q
I =
∆
∆
=
∆
∆
=

∆
∆
=
- Theo định luật Len-xơ, dòng điện qua thanh MN phải
có chiều chống lại sự trượt của thanh MN trên hai thanh
ray. Lực từ do từ trường tác dụng lên thanh MN có chiều
như hình vẽ.
- Phân tích lực: trọng lực
P
, lực từ
F
.
- Theo định luật II Newton, ta có:
amFP .=+
Chiếu các vectơ lên trục Ox, ta được:
mg.sinα – B.I.l.cosα = m.a
α
α
αα
222
222
cos
sin.
cos sin.
lBCm
mg
a
maalCBmg
+
=⇒

=−
II.3.3. Bài tập củng cố:
Bài 1. Cho hệ thống như hình, thanh dẫn AB = l trượt thẳng
đứng không ma sát trên hai ray trong từ trường đều
B
nằm ngang,
C là tụ điện. Bỏ qua điện trở trong mạch. Tính gia tốc chuyển động của thanh AB và cho
biết sự biến đổi năng lượng trong mạch.
Bài 2. Đoạn dây dẫn l = 1m chuyển động với vận tốc v = 0,5m/s theo phương hợp với
B

của từ trường đều góc α = 30
o
, B = 0,2T. Tính suất điện động xuất hiện trong dây.
Bài 3. Máy bay có chiều dài l = 50m bay theo phương ngang với vận tốc v = 720km/h.
Biết thành phần thẳng đứng của cảm ứng từ Trái đất B = 5.10
-5
T.
19
A
B
B
.
C
Bài 1
C
1
C
2
v

r
B
ur
×
Bài 4
+
B
N
P
t
F
O
x
y
α
α
C
a) Tính hiệu điện thế xuất hiện ở hai đầu cánh.
b) Có thể dùng vôn kế trên máy bay đo hiệu điện thế này để suy ra vận tốc máy bay được
không? Vì sao?
Bài 4. Thanh kim loại AB được kéo trượt đều trên hai thanh ray trong mặt phẳng nằm
ngang với vận tốc v = 10m/s. Hai ray cách nhau đoạn l = 0,5m và đặt trong từ trường đều
thẳng đứng, cảm ứng từ B. Mắc hai tụ điện C
1
, C
2
(với C
2
= 1,5C
1

) nối tiếp nhau vào đầu
hai ray. Biết hiệu điện thế hai đầu tụ C
2
là 0,5V. Tính B.
Bài 5. Thanh kim loại AB = l = 20cm được kéo
trượt đều trên hai thanh ray kim loại nằm ngang
như hình. Các ray nối với nhau bằng điện trở R =
1,5Ω. Vận tốc AB là v = 6m/s. Hệ thống đặt
trong một từ trường đều
B
thẳng đứng (B =
0,4T). Bỏ qua điện trở ray và thanh AB. Tìm
cường độ dòng điện cảm ứng qua R.
Bài 6. Cho mạch điện trong từ trường giống như bài trên. Vận tốc chuyển động của thanh
AB là v = 10m/s, điện trở R = 150Ω, cường độ dòng điện cảm ứng I = 0,2A. Bỏ qua ma
sát. Tìm lực kéo tác dụng lên AB.
Bài 7. Cho hệ thống như hình vẽ, thanh kim loại AB = l =
20cm, khối lượng m = 10g,
B
vuông góc với khung dây dẫn (B
= 0,1T) nguồn có suất điện động và điện trở trong là E = 1,2V,
r = 0,5Ω. Do lực điện từ và ma sát, AB trượt đều với vận tốc v =
10m/s. Bỏ qua điện trở các thanh ray và các nơi tiếp xúc.
a) Tính độ lớn và chiều dòng điện trong mạch, hệ số ma sát giữa AB và ray.
20
R
A
B
B
Bài 5

E, r
A
B
B
Bài 7
b) Muốn dòng điện trong thanh AB chạy từ B đến A, cường độ 1,8A phải kéo AB
trượt theo chiều nào, vận tốc và lực kéo bao nhiêu?
Bài 8. Thanh đồng MN khối lượng m = 2g trượt đều
không ma sát với v = 5m/s trên hai thanh đồng thẳng đứng song
song cách nhau khoảng l = 50cm từ trường
B
nằm ngang như
hình, B = 0,2T. Bỏ qua điện trở các thanh và điện trở tiếp xúc.
Cho g = 10m/s
2
.
a) Tính suất điện động cảm ứng trong MN.
b) Tính lực điện từ, chiều và độ lớn dòng điện cảm ứng.
c) Tính R.

II.4. BÀI TẬP VỀ HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM
II.4.1. Tóm tắt lý thuyết:
* Độ tự cảm của một ống dây:
S
l
N
I
L
2
7

.10.4
−
=
Φ
=
π
Trong đó:
• I là cường độ dòng điện chạy trong ống dây (A).
• Φ là từ thông qua tiết diện ống dây (Wb).
• L là hệ số tự cảm (H).
* Suất điện động tự cảm:
21
M
N
R
B
.
Bài 8
t
LE
tc
∆
∆Φ
= .
* Năng lượng từ trường của ống dây:
2
.
2
1
ILW =

II.4.2. Phương pháp giải bài tập:
- Áp dụng các công thức lien quan đến hiện tượng tự cảm: Độ tự cảm, suất điện động tự
cảm, năng lượng từ trường
- Kết hợp với các công thức của các định luật về dòng điện không đổi để thực hiện tính
toán.
Ví dụ 1: Chứng minh rằng độ tự cảm của ống dây đặt trong không khí, không có lõi là:
l
SN
l
SN
L
2
7
2
0
10.4
−
==
πµ
, trong đó N là số vòng dây, S là diện tích tiết diện của ống dây, l
là chiều dài ống dây.
Áp dụng số: Tính L với l = 10π(cm); N = 1000 vòng; S = 20cm
2
.
Giải:
- Khi có dòng điện cường độ I qua ống dây, cảm ứng từ xuất hiện trong ống dây có độ
lớn là:
I
l
N

nIB
00
µµ
==
.
- Từ thông qua ống dây là:
I
l
SN
NBS
2
0
µ
==Φ
.
- Khi cường độ dòng điện qua ống dây biến thiên, trong ống dây xuất hiện suất điện động
tự cảm có độ lớn:
t
I
l
SN
t
E
tc
∆
∆
=
∆
∆Φ
=

2
0
µ
(1)
22
- Ta lại có:
t
I
LE
tc
∆
∆
= .
(2)
Từ (1) và (2) ta được:
l
SN
l
SN
L
2
7
2
0
10.4
−
==
πµ
.
Áp dụng:

33
2
7
2
7
10.810.2.
1,0
1000
10.410.4
−−−−
===
π
ππ
l
SN
L
(H)
Ví dụ 2: Tính năng lượng từ trường của xôlênôit có độ tự cảm L = 0,008H và dòng điện
cường độ I = 2A đi qua.
Giải:
Năng lượng của từ trường:
016,02.008,0.
2
1
2
1
22
=== LIW
(J)
II.4.3. Bài tập củng cố:

Bài 1. Tính độ tự cảm của ống dây biết sau thời gian Δt = 0,01s dòng điện trong mạch
tăng đều từ 1A đến 2,5A và suất điện động tự cảm là 30V.
Bài 2. Ống dây có chiều dài l = 31,4cm, gồm N = 1000 vòng, diện tích mỗi vòng dây S
= 10cm
2
, có dòng I = 2A đi qua.
a) Tính từ thông qua mỗi vòng dây.
b) Tính suất điện động tự cảm trong xôlênôit khi ngắt dòng điện trong thời gian Δt =
0,1s. Từ đó suy ra độ tự cảm của cuộn dây.
c) Giải lại bài toán khi xôlênôit có lõi, độ từ thẩm của lõi là μ = 500.
23
Bài 3. Trong một mạch điện có độ tự cảm L = 0,6H, có dòng điện cường độ giảm đều đặn
từ I = 0,2A đến 0 trong khoảng thời gian 0,2 phút. Tính suất điện động tự cảm của mạch
trong khoảng thời gian có dòng điện trong mạch.
Bài 4. Cho một ống dây có độ tự cảm L = 0,05H. Cường độ dòng điện I trong ống dây
biến thiên đều đặn theo thời gian theo biểu thức: I = 0,04.(5 – t), trng đó I tính bằng A, t
tính bằng s. Tính suất điện động tự cảm xuất hiện trong ống dây.
Bài 5. Một ống dây dài 50cm, có 2000 vòng dây. Diện tích mặt cắt của ống dây là 25cm
2
.
Tính độ tự cảm của ống dây đó. Giả thiết rằng từ trường trong ống dây là từ trường đều.
Bài 6. Cho một ống dây dài 60cm, đường kính 3cm, có 2500 vòng dây.
a) Tính độ tự cảm của ống dây.
b) Cho biết trong khoảng thời gian 0,01s cường độ dòng điện chạy qua ống dây tăng đều
đặn từ 1,5A đến 3A. Tính suất điện động cảm ứng xuất hiện trong ống dây.
Bài 7. Cho một ống dây dài, có độ tự cảm L = 0,5H, điện trở thuần R = 2Ω. Khi cho dòng
điện có cường độ I chạy qua ống dây thì năng lượng từ trường trong ống dây là W =
100J.
a) Tính cường độ dòng điện I.
b) Tính công suất nhiệt.

PHẦN III. KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN
III.1. Kết quả thực hiện đề tài
Trong quá trình dạy học sinh khối 11 về phần kiến thức này tôi đã thử nghiệm với
hai lớp học sinh được đánh giá là tương đương về nhiều mặt trước khi dạy ( kiến thức, tư
24
duy, điều kiện học tập, số lượng…). Lớp thứ nhất (11C
12
) tôi dạy cũng kiến thức trên
nhưng không phân dạng bài, không hệ thống hóa mà chỉ đưa bài tập sau khi đã tóm tắt
toàn bộ nội dung của chương và mô phỏng các hiện tượng ngay trong bài tóm tắt. Lớp
thứ hai (11C
3
) tôi dạy theo phương pháp trên với bài tập được phân loại rõ ràng, hiện
tượng mô phỏng cụ thể ở từng bài toán. Kết quả nhận thấy như sau:
- Lớp 11C
12
: Trong thời gian học rất nhiều học sinh nói rằng hiện tượng này khó
hiểu, gặp bài tập tỏ ra lung túng vì không biết hiện tượng xảy ra như thế nào, chỉ làm
được những bài tập áp dụng trực tiếp công thức.
- Lớp 11C
3
: Thực sự thấy hứng thú và giải nhanh các bài tập, có thể suy đoán được
các hiện tượng xảy ra khi đọc một bài toán.
Kết quả kiểm tra với cùng đối tượng kiến thức ở hai lớp được thể hiện qua bảng sau:
Lớp 11C
12
( Sĩ số: 41 học sinh )

SL % SL % SL % SL % SL %
2 4.9 5 12.2 15 36.6 10 24.4 9 21.9

Lớp 11C
3
( Sĩ số: 41 học sinh )

SL % SL % SL % SL % SL %
9 21.9 18 43.9 13 31.7 1 2.5 0 0

25
G
K
TB
Yếu
Kém
G
K
TB
Yếu
Kém