Từ trường và cảm ứng điện từ – Các dạng bài tập

Dạng 1. Lực từ lên dây dẫn

Kỳ thi hay gặp: học kỳ, tốt nghiệp, đánh giá năng lực.

Phương pháp: xác định góc $\alpha$ giữa dây và $\vec B$; dây vuông góc với $\vec B$ thì $\sin\alpha = 1$.

Ví dụ. Dây dài 0,5 m có dòng 4 A đặt trong từ trường đều $B = 0{,}2$ T. Tính lực từ khi dây vuông góc với $\vec B$ và khi dây hợp với $\vec B$ góc 30°.

Lời giải. Vuông góc: $F = 0{,}2\cdot 4\cdot 0{,}5 = 0{,}4$ N. Góc 30°: $F = 0{,}4\cdot\sin 30^\circ = 0{,}2$ N.

Dạng 2. Từ thông biến thiên và suất điện động cảm ứng

Kỳ thi hay gặp: học kỳ, tốt nghiệp, đánh giá năng lực.

Phương pháp: tính $\Delta\Phi = \Phi_{\text{sau}} - \Phi_{\text{trước}}$ rồi $|e| = N\dfrac{|\Delta\Phi|}{\Delta t}$. Nhớ đổi diện tích ra m².

Ví dụ. Khung 50 vòng, diện tích mỗi vòng 100 cm², đặt vuông góc với $\vec B$. $B$ giảm đều từ 0,5 T về 0 trong 0,1 s. Tính suất điện động cảm ứng.

Lời giải. $\Phi_{\text{đầu}} = 0{,}5\cdot 0{,}01 = 5\cdot 10^{-3}$ Wb, $\Phi_{\text{cuối}} = 0$. $$|e| = \frac{50\cdot 5\cdot 10^{-3}}{0{,}1} = 2{,}5\ \text{V}$$

Dạng 3. Thanh dẫn chuyển động cắt từ trường

Kỳ thi hay gặp: học sinh giỏi, đánh giá năng lực.

Phương pháp: $e = Blv$, dòng $I = e/R$, lực từ cản trở $F = BIl$. Thanh chuyển động đều thì lực kéo bằng lực từ.

Ví dụ. Thanh dài 0,4 m chuyển động với vận tốc 5 m/s vuông góc với $B = 0{,}3$ T; mạch kín có điện trở 2 Ω. Tính $e$, $I$ và lực từ.

Lời giải. $e = 0{,}3\cdot 0{,}4\cdot 5 = 0{,}6$ V; $I = 0{,}6/2 = 0{,}3$ A; $F = 0{,}3\cdot 0{,}3\cdot 0{,}4 = 0{,}036$ N.

Dạng 4. Dòng điện xoay chiều

Kỳ thi hay gặp: tốt nghiệp, đánh giá năng lực.

Phương pháp: đọc $I_0$, $\omega$, $\varphi$ từ biểu thức; $I = I_0/\sqrt 2$; $f = \omega/2\pi$.

Ví dụ. Dòng $i = 2\sqrt 2\cos(100\pi t)$ A chạy qua điện trở 10 Ω. Tính cường độ hiệu dụng, tần số và công suất.

Lời giải. $I = \dfrac{2\sqrt 2}{\sqrt 2} = 2$ A; $f = \dfrac{100\pi}{2\pi} = 50$ Hz; $P = I^2R = 4\cdot 10 = 40$ W.

Dạng 5. Máy biến áp

Kỳ thi hay gặp: học kỳ, tốt nghiệp.

Phương pháp: tỉ số điện áp bằng tỉ số số vòng; dòng điện tỉ lệ nghịch (máy lí tưởng, công suất hai cuộn bằng nhau).

Ví dụ. Máy biến áp có $N_1 = 1000$ vòng, $N_2 = 50$ vòng, $U_1 = 220$ V. Tính $U_2$; nếu $I_2 = 2$ A thì $I_1$ bằng bao nhiêu?

Lời giải. $U_2 = 220\cdot\dfrac{50}{1000} = 11$ V; $I_1 = I_2\dfrac{N_2}{N_1} = 2\cdot\dfrac{50}{1000} = 0{,}1$ A.

Dạng 6. Hao phí khi truyền tải điện

Kỳ thi hay gặp: học sinh giỏi, tốt nghiệp (trả lời ngắn).

Phương pháp: $I = P/U$; $\Delta P = I^2R$. Tăng $U$ lên $k$ lần thì hao phí giảm $k^2$ lần.

Ví dụ. Truyền 100 kW qua dây có điện trở 5 Ω. So sánh hao phí khi truyền ở 10 kV và 1 kV (hệ số công suất bằng 1).

Lời giải.

Điện áp tăng 10 lần thì hao phí giảm 100 lần.

Câu luyện tập

1. Dây 0,2 m có dòng 5 A, vuông góc với $B = 0{,}1$ T. Tính lực từ.
2. Từ thông qua khung (1 vòng) biến thiên 0,02 Wb trong 0,04 s. Tính $|e|$.
3. Dòng $i = 3\cos(100\pi t)$ A. Tính cường độ hiệu dụng và tần số.
4. Máy biến áp hạ áp từ 220 V xuống 12 V, cuộn sơ cấp 1100 vòng. Tính số vòng cuộn thứ cấp.

Lưu ý. Ví dụ và câu luyện là bài soạn mới, mô phỏng dạng bài thường gặp, không sao chép đề thi thật.