Bài Tập Về Cách Tạo Ra Dòng Điện Xoay Chiều: Bài 1:

II. BÀI TẬP ĐỊNH LƯỢNG.

Chủ đề 1: DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU - MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU KHÔNG PHÂN NHÁNH (MẠCH R, L, C MẮC NỐI TIẾP)

1. Dạng 1: CÁCH TẠO RA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

1.1. Phương pháp giải chung:

Thông thường bài tập thuộc dạng này yêu cầu ta tính từ thông, suất điện

động cảm ứng xuất hiện trong khung dây quay trong từ trường. Ta sử dụng các công thức sau để giải:

- Tần số góc:

  2 no

(đơn vị: rad/s)

- Tần số khung:

của suất điện động cảm

ứng trong khung bằng tần số

quay của

f    n

2 o

(Đơn vị: Hz) (Với no : số vòng quay trong mỗi giây)

- Chu kỳ quay của khung dây:

T  1  1  2

(đơn vị: s)

f no 

- Biểu thức từ thông:

  o cost  

, với

o  NBS

- Biểu thức suất điện động: e  '  Eo sin t  

uur uur

, Với B,n

lúc t = 0

   

Hay

e  Eo cost o 

, với

Eo  NBS

(đơn vị: V)

- Vẽ đồ thị: Đường sin:

 có chu kì T  2



 có biên độ Eo.

1.2. Bài tập về cách tạo ra dòng điện xoay chiều: Bài 1:

Một khung dây có diện tích S = 60cm2 quay đều với vận tốc 20 vòng

trong một giây. Khung đặt trong từ trường đều B = 2.10-2T. Trục quay của

khung vuông góc với các đường cảm ứng từ, lúc t = 0 pháp tuyến khung dây

n có hướng của B .

a. Viết biểu thức từ thông xuyên qua khung dây.

b. Viết biểu thức suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây.

Bài 2:

Một khung dây dẫn gồm N = 100 vòng quấn nối tiếp, diện tích mỗi vòng dây là S = 60cm2. Khung dây quay đều với tần số 20 vòng/s, trong một từ trường đều có cảm ứng từ B = 2.10-2T. Trục quay của khung vuông góc

với

B .

a. Lập biểu thức của suất điện động cảm ứng tức thời.

b. Vẽ đồ thị biểu diễn suất điện động cảm ứng tức thời theo thời gian.

Bài 3:

Một khung dây dẫn có N = 100 vòng dây quấn nối tiếp, mỗi vòng có diện tích S = 50cm2. Khung dây được đặt trong từ trường đều B = 0,5T. Lúc t

= 0, vectơ pháp tuyến của khung dây hợp với

B góc

  

. Cho khung dây

quay đều quanh trục khung) vuông góc với

 (trục  đi qua tâm và song song với một cạnh của

B với tần số 20 vòng/s. Chứng tỏ rằng trong khung

xuất hiện suất điện động cảm ứng e và tìm biểu thức của e theo t.

Bài 4:

Khung dây gồm N = 250 vòng quay đều trong từ trường đều có cảm ứng

từ B = 2.10-2T. Vectơ

cảm

ứng từ B vuông góc với trục quay của khung.

Diện tích của mỗi vòng dây là S = 400cm2. Biên độ của suất điện động cảm

ứng trong khung là

Eo  4

(V)

12,56

(V).

Chọn gốc thời gian (t = 0) lúc pháp tuyến của khung song song và cùng

chiều với B .

a. Viết biểu thức của suất điện động cảm ứng e theo t.

b. Xác định giá trị của suất điện động cảm ứng ở thời điểm

UC IZC 

UZC

L C

R2  Z Z 2s.

c. Xác định thời điểm suất điện động cảm ứng có giá trị

Bài 5:

e  Eo  6, 28 V.

Một con lắc đơn gồm một dây kim loại nhẹ có đầu trên I cố định, đầu dưới treo quả cầu nhỏ C bằng kim loại. Chiều dài của dây là l = 1m.

a. Kéo C ra khỏi vị trí cân bằng góc o  0,1rad rồi buông cho C dao

động tự do. Lập biểu thức tính góc  hợp bởi dây treo và phương thẳng

đứng theo thời gian t.

b. Con lắc dao động trong từ trường đều có

B vuông góc với mặt phẳng

dao động của con lắc. Cho B = 0,5T, chứng tỏ giữa I và C có một hiệu điện thế u. Lập biểu thức của u theo thời gian t.

1.3. Hướng dẫn giải và giải: Bài 1:

Tóm tắt:

S = 60cm2 = 60.10-4m2

no= 20 vòng/s B = 2.10-2T

a. Biểu thức ?

b. Biểu thức e?

Các mối liên hệ cần xác lập:

- Áp dụng công thức tính tần số góc  .

- Biểu thức từ thông  xuyên qua khung dây có dạng:

cần tìm o,  , .

  o cost   

- Vectơ pháp tuyến của khung

n trùng với

B lúc t = 0   = 0

- Có o,  ,   viết được biểu thức từ thông .

- Tìm Eo =  o  viết được biểu thức suất điện động cảm hiện trong khung.

Tiến trình hướng dẫn học sinh giải:

ứng xuất

Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh
- Chọn gốc thời gian ở thời điểm n	-   ur r 0 B, n -   o cost    - o = NBS   2 no - E  Eo cos t    - Eo =  o.
trùng B  có giá trị là bao nhiêu?
- Dạng của biểu thức từ thông gởi
qua khung dây?
- Từ biểu thức bên, hãy tìm các đại
lượng chưa biết.
- Có o,  ,   biểu thức từ thông.
- Biểu thức suất điện động cảm ứng
xuất hiện trong khung dây có dạng
thế nào?
- Hãy xác định biên độ của suất điện
động cảm ứng Eo.
- Có Eo  biểu thức suất điện động
cảm ứng e .

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 161 trang tài liệu này.

Bài giải:

a. Chu kì:

T  1

 1

 0,05 (s).

Tần số góc:

  2 no  2 .20  40

(rad/s).

o  NBS 1.2.102.60.104 12.105

(Wb)

Vậy  12.105 cos 40 t

(Wb)

b. Eo  o  40 .12.105 1,5.102

(V)

Vậy

E 1,5.102 sin 40 t

(V) Hay

E 1,5.102 cos  40 t    (V)

 2 

Bài 2:

Tóm tắt:

N = 100 vòng

S = 60cm2 = 60.10-4m2

no = 20 vòng/s B = 2.10-2T

a. Biểu thức e = ?

b. Vẽ đồ thị biểu diễn e theo t.

Các mối liên hệ cần xác lập:

- Chọn gốc thời gian tại thời điểm

n trùng B

 

    

ur r

B, n  0

- Áp dụng công thức tính tần số góc  , suất điện động cảm ứng cực đại Eo  biểu thức e.

Trang 35

- Đồ thị có sạng hình sin qua gốc tọa độ O, có chu kì T, biên độ Eo.

Tiến trình hướng dẫn học sinh giải:

Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh
- Chọn gốc thời gian tại thời điểm	- e  Eo sin t     Eo sint vì   ur r 0 B, n -   2 no Eo =  NBS - Để vẽ đồ thị thì cần có chu kì T và suất điện động cực đại Eo. Chu kì : T  1 no
n trùng B thì biểu thức của suất
điện động tức thời có dạng như thế
nào?
- Để tìm  , Eo , ta áp dụng công
thức nào để tính?
- Đồ thị biểu diễn e theo t là đường
biểu diễn có dạng hình sin. Vậy để
vẽ đồ thị này thì cần có những yếu
tố nào?

Bài giải:

a. Chu kì:

T  1

 1  0, 05 s.

Tần số góc:

  2 no  2 20  40

(rad/s)

Biên độ của suất điện động:

Eo =  NBS = 40 .100.2.10-2.60.10-4  1,5V

r ur

Chọn gốc thời gian lúc n, B 0

   0 .

Biểu thức của suất điện động cảm ứng tức thời:

e  Eo sint  1,5sin 40 t

(V)

Hay

e  E cost  1,5cos 40 t    (V).

o  2 

 

b. Đồ thị biểu diễn e theo t là đường hình sin:

- Qua gốc tọa độ O.

- Có chu kì T = 0,05s

- Biên độ Eo = 1,5V.

Bài 3:

Tóm tắt:

N = 100 vòng

S = 50cm2 = 50.10-4m2 B = 0,5T

t = 0    

no = 20 vòng/s

Chứng tỏ khung xuất hiện suất điện động cảm ứng e, biểu thức e = ?

Các mối liên hệ cần xác lập:

- Khung dây quay đều quanh trục

 vuông góc với cảm ứng từ B thì từ

thông qua diện tích S của khung dây biến thiên. Theo định luật cảm ứng điện từ, trong khung dây sẽ xuất hiện suất điện động xoay chiều biến đổi theo thời gian.

- Tìm  , Eo  biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời e.

Tiến trình hướng dẫn học sinh giải:

Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- Điều kiện để xuất hiện suất điện động cảm ứng trong khung dây là gì?

- Khi khung dây quay quanh trục 

vuông góc với cảm ứng từ B thì nguyên nhân nào đã làm cho từ thông qua khung dây biến thiên?

- Để viết được biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời e thì ta phải tìm Eo,  .

- Áp dụng công thức nào để tính Eo,  ?

- Từ thông qua khung dây biến thiên.

- Khi khung dây quay trong từ trường đều có cảm ứng từ B thì góc tạo bởi vectơ pháp tuyến n của khung dây và B thay đổi  từ thông qua khung dây biến thiên  trong khung dây xuất hiện suất điện động cảm ứng.

-   2 no

Eo =  NBS

Bài giải:

Khung dây quay đều quanh trục

 vuông góc với cảm ứng từ B thì góc

hợp bởi vectơ pháp tuyến

n của khung dây và

B thay đổi  từ thông qua

khung dây biến thiên  Theo định luật cảm ứng điện từ, trong khung dây xuất hiện suất điện động cảm ứng.

Tần số góc:   2 no  2 .20  40 (rad/s)

Biên độ của suất điện động :

E   NBS  40 .100.0,5.50.104  31, 42 (V)

 

r ur 

Chọn gốc thời gian lúc n, B 

Biểu thức của suất điện động cảm ứng tức thời:

e  31, 42sin  40 t   

(V) Hay

e  31, 42cos 40 t    (V)

 3   6 

   

Bài 4:

Tóm tắt:

N = 250 vòng B = 2.10-2T

S = 400cm2 = 400.10-4m2 Eo = 4 (V)  12,56V

a. biểu thức e ?

b. t 

1 s , e = ? 40

c. e  Eo

 6, 28 V , t = ?

Các mối liên hệ cần xác lập:

- Chọn gốc thời gian t = 0 lúc pháp tuyến

n của khung song song và cùng

chiều với B

   0 .

- Tìm   biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời e theo t.

- Có t thay vào biểu thức e  giá trị e.

- Thay giá trị

e  Eo

 6, 28 V vào biểu thức e  thời điểm t.

Tiến trình hướng dẫn học sinh giải:

Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- Đề bài chưa cho  và cho Eo. Làm thế nào để tìm  ?

- Chọn gốc thời gian t = 0 lúc pháp tuyến n của khung song song và cùng chiều với B  điều gì?

- Có  , Eo ta viết được biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời e.

- Giá trị của suất điện động cảm

ứng e tại thời điểm t  1 s được

tính bằng cách nào?

- Khi e  Eo thì t bằng nhiêu, được 2

tính như thế nào?

-   Eo NBS

ur r

-   B, n 0

- Thay t vào biểu thức suất điện động cảm ứng tức thời e  giá trị của e.

- Thay e  Eo vào biểu thức e  t.

Bài giải:

a. Tần số góc :

  Eo NBS

 4  20 250.2.102.400.104

(rad/s)

Biểu thức của suất điện động cảm ứng tức thời:

e  12,56sin 20 t

(V) hay

e  12,56cos 20 t   

(V).

 2 

b. Tại t 

1 s thì

e  12,56sin  20 . 1

 

  12,56 V

40  40 

c. e  Eo

 

 6, 28 V  6, 28  12,56sin 20 t

 sin20 t  0,5  sin 





 20 t 

 k 2

5



  k 2

 6

 1  k

(s)

 t 

120 10

 1 k

Bài 5:

Tóm tắt: l = 1m

g = 9,8 m/s2

a. o  0,1rad

 



 24 10

(s)

Biểu thức tính góc  theo thời gian t ?

b. B = 0,5T

Chứng tỏ giữa I và C có điện áp u. Biểu thức u theo thời gian t ?

Các vấn đề cần xác lập:

- Chọn gốc thời gian t = 0 lúc con lắc lệch khỏi vị

o  0,1rad

trí cân bằng góc

- Biểu thức tính góc  theo thời gian t có dạng:

  o sin t    

phải tìm  ,   biểu thức tính góc  .

- Đề bài không cho g, ta hiểu g = 9,8 m/s2

- Con lắc đơn dao động trong từ trường đều có B vuông góc với mặt

phẳng dao động của con lắc  theo định luật cảm ứng điện từ, con lắc

sẽ có suất điện động cảm ứng  giữa hai đầu I, C của con lắc sẽ có một hiệu điện thế u.

- Biểu thức của u theo t bằng biểu thức của e theo t  tìm Eo,  .

Tiến trình hướng dẫn học sinh giải:

Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- Chọn gốc thời gian lúc con lắc lệch khỏi vị trí cân bằng góc

o  0,1rad.

- Viết phương trình dao động của con lắc đơn.

- Để viết phương trình dao động của con lắc đơn, ta cần tìm  ,  .

-  được tính bằng công thức nào?

- Với cách chọn gốc thời gian như trên thì ta được điều gì?

- Con lắc dao động trong từ trường đều có B vuông góc với mặt phẳng dao động của con lắc thì có xuất hiện suất điện động cảm ứng không? Vì sao?

- Trong con lắc xuất hiện suất điện động, có nghĩa là giữa hai đầu con lắc tồn tại một hiệu điện thế u.

- Do n ( vectơ pháp tuyến của mặt phẳng dao động quét bởi con lắc) luôn song song và cùng chiều với

B   = ?

- Biểu thức u theo t được viết có dạng thế nào?

- Ta có Eo =  NBS . Để tìm Eo thì ta phải tìm S.

- Ta thấy như hình vẽ, mặt phẳng dao động quét bởi con lắc có dạng hình quạt. Do đó S chính là diện tích hình quạt. Diện tích hình quạt được tính như thế nào?

-   o sin t   

-   g l

- Tại t = 0 thì   o . Thay vào phương trình dao động của con lắc

ta tìm được  .

- Khi con lắc dao động trong từ trường đều có B vuông góc với mặt phẳng dao động của con lắc, thì từ thông qua diện tích S (của mặt phẳng dao động của con lắc) biến

thiên do diện tích S thay đổi trong quá trình con lắc dao động  trong con lắc xuất hiện suất điện động cảm ứng.

-   ur r 0

B, n

- Vì mạch IC hở nên: u  e  Eo sint

 r 2  l 2

- S  o

2 2



- Có S  Eo  Biểu thức u theo t.