Phương pháp giải các bài tập điển hình về hiện tượng cảm ứng điện từ SKKN

1.MỞ ĐẦU
1.1. 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: “ Phương pháp giải 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.
1.2. Mục đích nghiên cứu
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.
1.3. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng tôi đã thực hiện phương pháp mới này là học sinh lớp 11A Trường

trung học phổ thông Hà Trung năm học 2016-2017.
1.4. 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
1

1


- 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.
1.5. 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
2. NỘI DUNG
2.1. Cơ sở lí luận.
Bộ môn vật lý được đưa vào giảng dạy trong nhà trường phổ thông nhằm cung cấp
cho học sinh những kiến thức phổ thông, cơ bản, có hệ thống toàn diện về vật lý.
Hệ thống kiến thức này phải thiết thực, có tính tổng hợp và đặc biệt phải phù hợp
với quan điểm vật lý hiện đại. Để học sinh có thể hiểu được một cách sâu sắc
những kiến thức và áp dụng các kiến thức đó vào thực tiễn cuộc sống thì cần phải
rèn luyện cho các học sinh những kỹ năng, kỹ xảo thực hành như: Kỹ năng kỹ xảo
giải bài tập, kỹ năng đo lường, quan sát ….
Bài tập vật lý với tư cách là một phương pháp dạy học, nó có ý nghĩa hết sức
quan trọng trong việc thực hiện nhiệm vụ dạy học vật lý ở nhà trường phổ thông.

Thông qua việc giải tốt các bài tập vật lý các học sinh sẽ có được những kỹ năng so
sánh, phân tích, tổng hợp … do đó sẽ góp phần to lớn trong việc phát triển tư duy
của học sinh. Đặc biệt bài tập vật lý giúp học sinh củng cố kiến thúc có hệ thống
cũng như vận dụng những kiến thức đã học vào việc giải quyết những tình huống
cụ thể, làm cho bộ môn trở nên hấp dẫn, lôi cuốn các em hơn.

2

2


2.2. Thực trạng của vấn đề
2.2.1. Thuận lợi
Trong quá trình giảng dạy, khi tìm hiểu tâm tư nguyện vọng của một số học
sinh lớp 11 tôi được biết có rất nhiều học sinh thích học môn vật lí, nhiều học sinh
có nguyện vọng thi vào đại học khối A và đăng kí học các ngành vật lí.
Theo cấu trúc của chương trình và sách giáo khoa vật lí lớp 11 thì trước khi học
chương Cảm ứng điện từ, học sinh đã được học một số kiến thức cơ bản như: từ
tv.v. Vì vậy giáo viên có thể giúp học sinh phát triển những kiến thức này lên các
mức cao hơn như: Các lực cơ học, từ trường, lực từ, dòng điện không đổi…Vì vậy
giáo viên có thể giúp học sinh phát triển những kiến thức này lên các mức cao hơn
để vận dụng giải bài tập cảm ứng điện từ.
2.2.2. Khó khăn
Là một giáo viên khi dạy tiết bài tập về hiện tượng cảm ứng điện từ, tôi thấy
sách giáo khoa chỉ đề cập đến hiện tượng cảm ứng điện từ trong những trường hợp
đơn giản với số lượng bài tập không nhiều trong khi đó các bài tập phần này rất đa
dạng. Khi gặp các bài toán thuộc dạng vận dụng nhiều kiến thức tổng hợp, những
câu hỏi lạ thì học sinh thường lúng túng không biết cách giải hoặc phải mất rất
nhiều thời gian cho một bài.
2.3. Các biện pháp đã thực hiện

Trước khi giảng dạy tiết bài tập hiện tượng cảm ứng điện từ, giáo viên yêu
cầu học sinh phải ôn lại những kiến thức đã học như:
- Định luật ôm cho các loại đoạn mạch.
- Một số lực cơ học.
- Từ trường, lực từ.
Giáo viên nghiên cứu, phân loại các dạng bài tập về Hiện tượng cảm ứng
điện từ, thiết lập một số công thức tổng quát và công thức hệ quả cho từng dạng
toán, cung cấp cho học sinh các công thức đã thiết lập để học sinh sử dụng.
2.4. Biện pháp phân loại bài tập và thiết lập công thức theo từng dạng.
2.4.1.Bài tập xácđịnh chiều của dòngđiện cảm ứng
2.4.1.1. Tóm tắt lý thuyết
* Từ thông Φ qua diện tích S đặt trong từ trường đều
Φ = B.S . cos α

Trong đó:
B là cảm ứng từ của từ trường (T);
S là tiết diện khung dây (m2);
3

3

B

được tính bởi công thức:


( )

α = B; n

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.
2.4.1.2. Phương pháp giải bài tập
* Áp dụng định luật Len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng:
Gọi:

B

Bc

là cảm ứng từ của từ trường ban đầu;
là cảm ứng từ của từ trường do dòng điện cảm ứng sinh ra.
Φ

-

Nếu

tăng thì cảm ứng từ
Φ

-

Bc

ngược chiều với chiều của cảm ứng từ

Bc

Nếu
giảm thì cảm ứng từ
cùng chiều với chiều của cảm ứng từ
* Các bước xác dịnh chiều dòng điện cảm ứng:
- Xác định chiều của từ trường ban đầu

B

B
B

.

.

.

Φ

- Xét từ thông

(số đường sức từ) qua tiết diện khung dây tăng hay giảm.
Bc

- Dựa vào định luật Len-xơ để xác định chiều của .
- 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? [1]
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 Ic.
- Áp dụng định luật Len-xơ ta thấy: I c sinh ra từ trường có cảm ứng từ
cùng chiều với
4

B

.
4

Bc


Hình 1

- Theo quy tắc đinh ốc, ta suy ra đòng điện Ic 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
M P
vòng dây có thể chuyển động lên phía trên.

2.4.1.3. Bài tập củng cố

R

Bài 1. Một thí nghiệm được bố trí như hình vẽ.
Hãy xác định chiều dòng điện cảm ứng trong mạch C khi
con chạy biến trở đi xuống. [2]

A

C
G

Hình 2 N Q

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 S N
vòng dây sẽ chuyển động về phía nào?[2]
Hình 3
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
Hình loại
4
xuất hiện dòng điện cảm ứng có chiều như thế nào và vòng kim
loại chuyển động ra sao? [1]

K

2.4.2. Bài tập xác định suất điện động cảm ứng và cường độ dòng điện cảm

ứng
2.4.2.1. 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.
ec =

∆Φ
∆t

+ Biểu thức:
Trong đó:
- ΔΦ là độ biến thiên từ thông trong thời gian Δt;
- ec: là suất điện động cảm ứng của khung dây.
4.2.2. Phương pháp giải bài tập

Φ = NB.S . cos α

- Áp dụng công thức tính từ thông:
. 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
5
5


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 [3]
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:
⇒

Φ1 = BS ; Φ 2 = 2 BS ⇒ ∆Φ = Φ 2 − Φ1 = BS

với S= πR2 =3,14.0,12 = 0,0314 (m2)

ΔΦ = 0,2.0,0314 = 6,28.10-3 (Wb).
ec = N .

- Suất điện động cảm ứng:

∆Φ
6,28.10−3
= 100.
= 6,28
∆t
0,1

e
6,28
I= c =
≈3
r

2,1

- Dòng điện chạy trong cuộn dây là:

[ Φ1 = BS ; Φ 2 = 0 ⇒ ∆Φ = Φ 2 − Φ1 = − BS ]

E1

(V)

(A)
E2

b) Ta có:
với S = πR2 = 3,14.0,12 = 0,0314 (m2)
⇒

ΔΦ = 0,2.0,0314 = 6,28.10-3 (Wb).

- Suất điện động cảm ứng:

∆Φ
6,28.10−3
ec = N .
= 100.
= 6,28
∆t
0,1

I=

B

Hình 5

(V)

ec 6,28
=
≈3
r
2,1

- Dòng điện chạy trong cuộn dây là:
(A)
Ví dụ 2: Một dây dẫn chiều dài l = 2m, điện trở R = 4Ω được uốn thành một hình
vuông. Các nguồn E1 = 10V, E2 = 8V, r1 = r2 = 0, được mắc vào các cạnh hình
B

vuông như hình. Mạch được đặt trong một từ trường đều.
vuông góc với mặt
phẳng hình vuông và hướng ra sau hình vẽ, B tăng theo thời gian theo quy luật
E1
B = kt, k = 16T/s. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch.[4]
Giải:
Do B tăng nên trong mạch sẽ xuất hiện một suất điện động E c;
B
dòng điện cảm ứng do Ec sinh ra phải có chiều sao cho từ trường do
B

nó sinh ra ngược chiều với từ trường ngoài .
Suất điện động cảm ứng Ec được biểu diễn như hình vẽ:

6

6

E2

EC


Ec =

∆Φ ∆( BS )
∆B
∆( k .t )
=
= S.
= S.
= k .S
∆t
∆t
∆t
∆t

Hình 6

2

l
Ec = k .  = 4(V )
4

Vì trong mạch: Ec + E2> E1 nên dòng điện trong mạch sẽ có chiều ngược kim
đồng hồ. Cường độ dòng điện trong mạch có giá trị:
I=

Ec + E2 − E1
= 0,5
R

(A)
Ví dụ 3: Cuộn dây kim loại (có điện trở suất ρ = 2.10 -8Ωm), N = 1000 vòng, đường
B

kính d = 10cm, tiết diện dây S = 0,2mm 2 có trục song song với
của từ trường
đều. Tốc độ biến thiên của từ trường là 0,2T/s. Lấy π = 3,2.[3]
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: Φ1 = B1.S; Φ2 = B2.S
ΔΦ = Φ2 – Φ1 = (B2 – B1).S = ΔB.S
- Suất điện động cảm ứng xuất hiện trên cuộn dây là:
ec = N .

∆Φ
∆B.S
∆B
d 2 ∆B
0,12
= N.
= N.
.S = N .π
.
= 1000.3,2.
.0,2 = 1,6
∆t
∆t
∆t
4 ∆t
4

(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 = ec = 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:
R = ρ.

l
N .π .d
1000.3,2.0,1
= ρ.

= 2.10 −8.
= 32
S
S
0,2.10− 6

(Ω)
- Cường độ dòng điện cảm ứng xuất hiện trên cuộn dây là:
I=

ec 1,6
=
= 0,05
R 32

C1

(A)
- Công suất nhiệt trên cuộn dây là:
Q = I2.R = 0,052.32 = 0,08 (W)

7

7

.B

C2

B

Ví dụ 4: Vòng dây dẫn diện tích S = 1m2 đặt trong một từ trường đều có vuông
góc với mặt phẳng vòng dây. Hai tụ điện C 1 = 1μF, C2 = 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.[1]
Hình 7
Giải:
Suất điện động cảm ứng xuất hiện trên mỗi nửa vòng dây được biểu diễn như
hình vẽ.
 S
∆ B. 
∆Φ
S
2  S ∆B S ∆( k .t )
E1 = E2 =
= 
= .
= .
= k . = 0,3
∆t
∆t
2 ∆t
2 ∆t
2

E1

M×
C1

(V)
Gọi hiệu điện thế hai đầu mỗi tụ là U1, U2.
Ta có: UMQ + UQP = UMN + UNP
⇒ −U1 + E2 = − E1 + U 2

-

.

B

×N
+ C2
-

+

×P

Q×
E2

⇒ U1 + U 2 = E1 + E2 = 0,6(V )

- Theo định luật bảo toàn điện tích, ta lại có:
⇒

Q1 = Q2 C1U1 = C2U2
Giải hệ phương trình:

⇒

Hình 8

U1 = 2U2.

U1 + U 2 = 0,6 U1 = 0,4(V )
⇒

U1 = 2U 2
U 2 = 0,2(V )

B

Điện tích của mỗi tụ: Q1 = Q2 = 0,4 (μC)
2.4.2.3. Bài tập củng cố
Bài 1.Vòng dây tròn bán kính r = 10cm, điện trở R = 0,2Ω
B

đặt nghiêng góc 30º với , B = 0,02T như hình. Xác định
suất điện động cảm ứng, độ lớn và chiều dòng điện cảm
Hình 9
ứng trong vòng nếu trong thời gian Δt = 0,01s, từ trường × × × × × ×
[2]
× × × × b× ×
a) Giảm đều từ B xuống đến không.
× × × c × × ×
b) Tăng đều từ không lên B.
a

α
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 × × × O × × ×
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 đềuHình
quanh O với
tốc độ góc ω (theo chiều kim đồng hồ) người ta đặt vào hệ một từ trường đều, vecto
8

8


B

cảm ứng từ
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.[1]
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
B

của nó vuông góc với . Tính suất điện động cảm ứng trung bình trong cuộn dây.
[4]
Bài 4. Vòng dây đồng (ρ = 1,75.10-8Ωm) đường kính d = 20cm, tiết diện S0 = 5mm2
B

đặt vuông góc với của từ trường đều. Tính độ biến thiên ΔB/Δt của cảm ứng từ
khi dòng điện cảm ứng trong vòng dây I = 2A.[1]
Bài 5. Cuộn dây N = 1000 vòng, diện tích mỗi vòng S = 20cm 2 có trục song song
B

với của từ trường đều. Tính độ biến thiên ΔB của cảm ứng từ trong thời gian Δt
= 10-2s khi có suất điện động cảm ứng Ec = 10V trong cuộn dây.[1]
Bài 6. Vòng dây dẫn diện tích S = 100cm2, 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

( )

α = n; B

thay đổi từ 60º đến 90º.[2]

2.4.3. Bài tậpvề mạch điện có suấtđiện động tạo bởi đoạn dây dẫn chuyển động
trong từ trường
2.4.3.1. Tóm tắt lý thuyết
* Suất điện động cảm ứng xuất hiện trên đoạn dây chuyển động trong từ trường
đều:
Ec = 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);

( )

α = B; v

.
* Quy tắc bàn tay phải: Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngón cái choãi ra
90o 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.
9

9


2.4.3.2. Phương pháp giải bài tập
- 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.[5]
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:

Ec =

∆Φ 0,5
=
= 0,5
∆t
1

(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 α0 = 60o 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.[4]
Giải:
I
- Chọn gốc thế năng tại vị trí đoạn dây AB khi dây treo có
L
α
phương thẳng đứng.
- Theo định luật bảo toàn cơ năng, ta có:
A
W = W0
M
v
1
β
mgh + mv2 = mgh0
O

2
↔
B
1
mgL(1 − cos α ) + mv2 = mgL(1 − cos α 0 )
2
⇒v=

2 gL( cos α − cos α 0 )

B

- Suất điện động cảm ứng xuất hiện trên đoạn dây AB
khi dây treo lệch góc α so với phương thẳng đứng:

(

)

Ec = B.l.v.sin β = B.l.v.sin 90o − α = Bl.v. cos α
10

10

N
E, r
A

M

Hình
Hình
11 11

Ec = B.l.v. 2 gL( cos α − cos α 0 ) . cos α
- 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:

( Ec ) max = B.l.v.

2 gL(1 − cos α 0 ) = 0,04

(V)
Hình
Ví dụ 3: Cho mạch điện như hình vẽ, nguồn E = 1,5 V, r = 0,1 Ω, MN = l = 1m,
B

RMN = 2,9 Ω,
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.[5]
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.
c)
Muốn ampe kế chỉ 0, MN phải chuyển động về hướng nào với vận tốc bao
nhiêu?

Giải:
B
a) Khi thanh MN được giữ đứng yên:
N
- Số chỉ của ampe kế bằng cường độ dòng điện qua đoạn dây
I
F
MN:
E, r
I=

E
1,5
=
= 0,5
R + r 2,9 + 0,1

A

(A)
- Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn MN:

M

Hình

F = I .l.B.sin 90 = 0,05
o

(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:
Ec = B.l.v.sin 90o = 0,3

B
N

(V).
- Cường độ dòng điện qua đoạn dây MN:
I=

E + Ec 1,5 + 0,3
=
= 0,6
R+r
2,9 + 0,1

Ec

E, r

I

F
A

v

M

Hình

(A)
- Lực từ tác dụng lên đoạn dây MN:
F = I .l.B.sin 90o = 0,06

B

(N)
Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn MN có chiều như hình vẽ.

N
Ec

E, r

11

11

v
A

Hình

M

I

c) Để ampe kế chỉ số 0, trên thanh MN phải xuất hiện một suất điện động cảm ứng
Ec xung đối với E, có độ lớn
Ec = E.
- Trên hình vẽ, theo quy tắc bàn tay phải, ta xác định được: thanh MN phải chuyển
động sang trái.
- Ta có:

R

D

Ec = E ⇒ B.l.v.sin 90o = E
E
v=
= 15
B.l

.

A

C

B

B

Do đó:
(m/s)

Ví dụ 4: Cho hệ thống như hình vẽ bên, thanh dẫn AB = l
B

khối lượng m trượt thẳng đứng trên hai ray, nằm ngang. Do trọngHình
lực và lực điện
từ, AB trượt đều với vận tốc v.[4]
a) Tính v, chiều và độ lớn dòng điện cảm ứng IC.
b) Khi các ray hợp với mặt ngang góc α, AB sẽ trượt với vận tốc bao nhiêu? I C là
bao nhiêu?
R
Giải:
C
D
a) Khi hệ thống được đặt thẳng đứng như hình vẽ:
P

- Ban đầu, do tác dụng của trọng lực
, thanh AB sẽ trượt
xuống. Lúc đó, từ thông qua mạch ABCD tăng, xuất hiện một
+
suất điện động cảm ứng Ec và dòng điện cảm ứng có cường độ
Ic. Thanh AB có dòng điện Ic đi qua sẽ chịu tác dụng của lực từA
F

của từ trường đều

B

.

×B

B

C

F
IC

P

_
B

.
F

- Để chống lại sự biến thiên từ thông qua mạch, lực từ sẽ có chiều Hình
hướng lên.
- Khi thanh AB rơi, vận tốc v tăng dần, E c, Ic 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.
Ic =

Ec B.l.v
=
R
R

- Khi thanh AB chuyển động đều:
F = P ⇒ I c .B.l = mg ⇒

B 2 .l 2 .v
= mg
R

Do đó:
v=

Tốc độ chuyển động đều của thanh AB là:

-

12

12

mgR
B 2l 2


Ic =

-

Bl.v mg
=
R
B.l

Cường độ dòng điện cảm ứng trong mạch:
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.
C
- Cường độ dòng điện cảm ứng:
F
E
B.l.v '.sinα
B IC
I' = C =
C

R

α

R

v

- Khi thanh AB chuyển động đều:
F=P
I’C.B.l = mg

×B

P

α

B 2 .l 2 .v'.sinα
= mg
R

Hình

Do đó:
v' =

mgR
B l .sinα
2 2

-

Tốc độ chuyển động đều của thanh AB là:

-

Cường độ dòng điện cảm ứng trong mạch:

Ic =

Bl.v.sinα mg
=
R
B.l

M

N

Ví dụ 5: Một thanh kim loại MN nằm ngang có khối
lượng m có thể trượt không ma sát dọc theo hai thanh
α
C
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.[4]
Giải:

Hình

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:

( )

ec = B.l.v. sin B; v = B.l.v. cos α

Khi đó, tụ được tích điện: q = C.u = C.ec = B.C.l.v.cosα.
13

13

y

α
α

C

B

N
+

Ft

O
x

P

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:
I=

∆q B.C.l.∆v. cos α
∆v
=

= BC.l. cos α .
= BCl.a. cos α
∆t
∆t
∆t

- 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.
P

- Phân tích lực: trọng lực , lực từ
- Theo định luật II Newton, ta có:

F

.

P + F = m.a

Chiếu các vectơ lên trục Ox, ta được:
mg.sinα – B.I.l.cosα = m.a
mg.sinα − B 2 .C.l 2 .a cos 2 α = ma

C

mg. sinα
⇒a=
m + C.B 2 .l 2 . cos 2 α
A

2.4.3.3. Bài tập củng cố
Bài 1. Cho hệ thống như hình 1, thanh dẫn AB = l trượt

.

B

B

Hình 21

B

thẳng đứng không ma sát trên hai ray trong từ trường đều
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.[1]

14

14


Bài 2. Đoạn dây dẫn l = 1m chuyển động với vận tốc v = 0,5m/s theo phương hợp
B

với của từ trường đều góc α = 30 o, B = 0,2T. Tính suất điện động xuất hiện trong
dây.[2]
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 = 5.10-5T.[3]

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?
r
Bài 4. Thanh kim loại AB được kéo trượt đều trên hai thanh C1
v
ray trong mặt phẳng nằm ngang với vận tốc v = 10m/s (hình 2).
ur
B
Hai ray cách nhau đoạn l = 0,5m và đặt trong từ trường đềuC2
thẳng đứng, cảm ứng từ B. Mắc hai tụ điện C 1, C2 (với C2 =

×

Hình 2 3

Hình 22
B

B

R
A

1,5C1) nối tiếp nhau vào đầu hai ray. Biết hiệu điện thế hai đầu tụ C 2 là 0,5V. Tính
độ lớn cảm ứng từ B.[5]
Bài 5. Thanh kim loại AB = l = 20cm được kéo trượt đều trên hai thanh ray kim
loại nằm ngang như (hình 3). Các ray nối với nhau bằng điện trở R = 1,5Ω. Vận tốc
B

AB là v = 6m/s. Hệ thống đặt trong một từ trường đều
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.[5]
B
B
Bài 7. Cho hệ thống như hình vẽ 4, thanh kim loại
B

AB = l = 20cm, khối lượng m = 10g,
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.[5]
a)
Tính độ lớn và chiều dòng điện trong mạch, hệ số ma
sát giữa AB và ray.
15

15

M

E, r
A
Hình 24
R

.
Hình 25

B

N


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
B

trên hai thanh đồng thẳng đứng song song cách nhau khoảng l = 50cm từ trường
nằm ngang như hình 5, B = 0,2T. Bỏ qua điện trở các thanh và điện trở tiếp xúc.
Cho g = 10m/s2.[3]
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.
2.4.4. Bài tập về hiện tượng tự cảm
2.4.4.1. Tóm tắt lý thuyết
* Độ tự cảm của một ống dây:
Φ
N2

= 4π .10− 7.
S
I
l

L=

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).
Etc = L.

∆Φ
∆t

* Suất điện động tự cảm:
* Năng lượng từ trường của ống dây:
W=

1
L.I 2
2

2.4.4.2. Phương pháp giải bài tập
- Áp dụng các công thức liên 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
L = µ0

N 2S
N 2S
= 4π .10 −7
l
l

là:
, 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 = 20cm2.
Giải:
16

16


- Khi có dòng điện cường độ I qua ống dây, cảm ứng từ xuất hiện trong ống dây có
B = µ0 .nI = µ0 .

độ lớn là:

N
.I
l

.
Φ = NBS = µ0

N 2S
I
l

- Từ thông qua ống dây là:
.
- Khi cường độ dòng điện qua ống dây biến thiên, trong ống dây xuất hiện suất điện
Etc =

động tự cảm có độ lớn:
Etc = L.

- Ta lại có:

∆Φ
N 2 S ∆I
= µ0 .
.
∆t
l ∆t

(1)

∆I
∆t

(2)

L = µ0

Từ (1) và (2) ta được:
L = 4π .10− 7

2

2

N S
N S
= 4π .10 −7
l
l

2

.

2

N S
1000
= 4π .10− 7
.2.10 −3 = 8.10 −3
l
0,1π

Áp dụng:
(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:
W=

Năng lượng của từ trường:

1 2 1
LI = .0,008.2 2 = 0,016
2
2

(J)

2.4.4.3. 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.[1]
Bài 2. Ống dây có chiều dài l = 31,4cm, gồm N = 1000 vòng, diện tích mỗi vòng
dây S = 10cm2, có dòng I = 2A đi qua.[3]
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.
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.[5]

17

17

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.[5]
Bài 5. Một ống dây dài 50cm, có 2000 vòng dây. Diện tích mặt cắt của ống dây là
25cm2. Tính độ tự cảm của ống dây đó. Giả thiết rằng từ trường trong ống dây là từ
trường đều.[5]
Bài 6. Cho một ống dây dài 60cm, đường kính 3cm, có 2500 vòng dây. [2]
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.[4]
a) Tính cường độ dòng điện I.
b) Tính công suất nhiệt.
2.5 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 duy, điều kiện học tập, số lượng…). Lớp thứ nhất (11A) 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 (11B) 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 11A: 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 11B: 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 11A ( Sĩ số: 41 học sinh )
Kém
G
Yếu
K
TB
SL
%
SL
%
SL
%
SL
%
SL
%
2
4.9
5
12.2
15
36.6
10
24.4
9
21.9

Lớp 11B ( Sĩ số: 45 học sinh )
G
K
TB
SL
%
SL
%
SL
%
18
18

Yếu
SL

%

Kém
SL
%


9

21.9

18

43.9

13

31.7

1

2.5

0

0

Sau khi lấy số liệu khảo sát, tôi đã tiến hành thêm bước hệ thống hóa lại kiến thức
theo phương pháp đã nêu đối với lớp 11A, kết quả cho thấy đã có sự thấy có sự tiến
bộ rõ rệt ở học sinh lớp này. Với bài kiểm tra sau, tỷ lệ học sinh khá, giỏi tăng lên
rõ rệt và được thể hiện trong bảng dưới đây.
Lớp 11A ( Sĩ số: 41 học sinh – sau khi hệ thống hóa lại các dạng bài tập theo
phương pháp của sáng kiến )
G
Yếu
K
TB
Kém
SL
%
SL
%
SL
%

SL
%
SL
%
7
17.1
20
48.8
11
26.8
3
7.3
0
0
3.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
3.1. Kết luận chung
Việc phân ra từng dạng bài tập cụ thể tương ứng với từng vấn đề lý thuyết là một
việc làm rất quan trọng giúp học sinh nhanh tiến bộ và tạo hứng thú say mê học tập
trong môn Vật lý. Những vấn đề lý thuyết càng trìu tượng lại càng đòi hỏi hệ thống
bài tập rành mạch, thông qua bài tập học sinh sẽ hiểu sâu sắc hơn những vấn đề lý
thuyết nêu ra. Với hệ thống bài tập chương Cảm ứng điện từ này đem áp dụng vào
giảng dạy tôi nhận thấy học sinh của tôi tiến bộ rõ rệt, những em học sinh yếu kém
đã không còn sai nữa. Đó chính là mục đích mà tôi đặt ra.
3.2 Kiến nghị
Đối với nhà trường cần tạo điều kiện bổ sung nhiều sách tham khảo hàng
năm để học sinh có thêm nhiều tài liệu học tập.
Đối với giáo viên bộ môn sau mỗi bài học nên cung cấp thêm cho học sinh
nhiều dạng bài tập liên quan đến bài học để học sinh có cách nhìn tổng quát hơn về
kiến thức cũng như mối liên hệ kiến thức của các chương với nhau.
Mặc dù đã cố gắng nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót ngoài

ý muốn, rất mong được sự phê bình và góp ý của các anh chị đồng nghiệp để đề tài
được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn.
XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ

19

Thanh Hóa, ngày 15 tháng 5 năm
2017.
Tôi xin cam đoan đây là SKKN của
mình viết, không sao chép nội dung của
người khác.
(Ký và ghi rõ họ tên)

19


Dương Văn Thành

20

20