Ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ (cách giải + bài tập)

Trang trước Trang sau

Chuyên đề phương pháp giải bài tập Ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ lớp 12 chương trình sách mới hay, chi tiết với bài tập tự luyện đa dạng giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ.

1. Phương pháp giải

Ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ trong việc sản xuất máy phát điện và máy biến áp, và nhiều dụng cụ khác (chuông điện, đàn ghita điện, loa điện động,…).

Công thức biểu diễn mối liên hệ giữa số vòng dây, hiệu điện thế, cường độ dòng điện của cuộn sơ cấp và thứ cấp trong máy biến áp: $\frac{N_{1}}{N_{2}} = \frac{I_{2}}{I_{1}} = \frac{U_{2}}{U_{1}} .$

2. Ví dụ minh hoạ

Ví dụ 1. Nhận định nào sau đây là đúng khi nói về máy biến áp?

A. Máy biến áp là thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều nhưng không làm thay đổi tần số dòng điện.

B. Máy biến áp là thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều cả về độ lớn và tần số của dòng điện.

C. Máy biến áp là thiết bị không tiêu thụ điện năng, chỉ chuyển hoá điện áp của dòng điện.

D. Máy biến áp là thiết bị hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ có phần lõi sắt là nam châm vĩnh cửu.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là A

Máy biến áp là thiết bị biến đổi điện áp xoay chiều nhưng không làm thay đổi tần số dòng điện. Nguyên tắc hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.

Ví dụ 2. Một máy biến áp có cuộn sơ cấp gồm 3 300 vòng dây. Mắc cuộn sơ cấp vào mạng điện xoay chiều có hiệu điện thế hiệu dụng 220 V thì ở hai đầu cuộn thứ cấp để hở có một hiệu điện thế hiệu dụng 12 V. Bỏ qua hao phí của máy biến áp. Số vòng dây của cuộn thứ cấp bằng

A. 360 vòng.

B. 180 vòng.

C. 120 vòng.

D. 90 vòng.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là B

$\frac{N_{1}}{N_{2}} = \frac{U_{1}}{U_{2}} \Rightarrow \frac{3300}{N_{2}} = \frac{220}{12} \Rightarrow N_{2} = 180$

3. Bài tập tự luyện

Câu 1. Nhận định nào sau đây là không đúng khi nói về vai trò của máy biến áp trong truyền tải điện năng?

A. Máy biến áp có vai trò quan trọng trong chuyển đổi dòng một chiều thành dòng xoay chiều giúp dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi hiện nay.

B. Máy biến áp có vai trò lớn trong truyền tải điện năng đi xa, giúp giảm hao phí trên đường truyền.

C. Máy biến áp có vai trò quan trọng trong truyền tải dòng điện xoay chiều giúp tăng điện áp trước khi truyền và giảm điện áp ở nơi sử dụng.

D. Máy biến áp có vai trò lớn trong việc giảm chi phí truyền tải điện năng từ nhà máy đến nơi sử dụng.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là A

Máy biến áp không dùng cho dòng một chiều.

Câu 2. Đối với máy biến áp lí tưởng, cuộn sơ cấp có N₁ vòng dây, cuộn thứ cấp có N₂ vòng dây. Cuộn thứ cấp nối với điện trở thành mạch kín, khi máy hoạt động, điện áp và cường độ dòng điện hiệu dụng ở cuộn sơ cấp và thứ cấp lần lượt là U₁, I₁ và U₂, I₂. Mối liên hệ nào sau đây là sai?

A. $\frac{N_{1}}{N_{2}} = \frac{I_{2}}{I_{1}} .$

B. $\frac{N_{1}}{N_{2}} = \frac{U_{2}}{U_{1}} .$

C. $\frac{U_{2}}{U_{1}} = \frac{I_{1}}{I_{2}} .$

D. $\frac{N_{1}}{U_{1}} = \frac{N_{2}}{U_{2}} .$

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là B

$\frac{N_{1}}{N_{2}} = \frac{I_{2}}{I_{1}} = \frac{U_{2}}{U_{1}} .$

Câu 3. Để giảm bớt hao phí do toả nhiệt trên đường dây khi cần tải điện năng đi xa bằng dòng điện xoay chiều, có thể dùng biện pháp

A. tăng hiệu điện thế ở nơi sản xuất điện lên n lần để giảm hao phí do toả nhiệt trên đường dây n² lần.

B. xây dựng nhà máy gần nơi tiêu thụ điện để giảm chiều dài đường dây truyền tải điện.

C. giảm hiệu điện thế máy phát điện n lần để giảm cường độ dòng điện trên dây n lần, giảm công suất toả nhiệt xuống n lần.

D. dùng dây dẫn bằng vật liệu siêu dẫn có đường kính lớn.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là A

$P_{h p} = \frac{P^{2}}{U^{2}} R = \frac{P^{2}}{U^{2}} . ρ \frac{l}{S}$ nên để giảm hao phí có thể sử dụng các cách sau:

- Tăng điện áp nơi truyền đi

- Tăng tiết diện dây dẫn (tốn kém)

- Giảm chiều dài dây dẫn

- Thay đổi vật liệu dẫn

Câu 4. Trong cuộn thứ cấp của máy biến áp có số vòng bằng 1000 xuất hiện suất điện động bằng 600 V. Nếu máy biến áp được nối vào mạng với hiệu điện thế 120 V điện thế thì số vòng trong cuộn sơ cấp là

A. 500 vòng.

B. 400 vòng.

C. 600 vòng.

D. 200 vòng.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là D

$\frac{N_{1}}{N_{2}} = \frac{U_{1}}{U_{2}} \Rightarrow \frac{N_{1}}{1000} = \frac{120}{600} \Rightarrow N_{1} = 200$

Câu 5. Quan sát mô hình loa điện động được mô tả như hình vẽ 18.4.

Ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ (cách giải + bài tập)

Nhận định nào sau đây là đúng hay sai về nguyên tắc hoạt động của loa điện động?

Nhận định	Đúng	Sai
Khi cho dòng điện không đổi vào hai điểm nối tín hiệu thì loa chỉ phát ra âm với một tần số không đổi
Loa hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ
Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây thì nam châm vĩnh cửu sẽ dao động làm cho màng loa dao động với tần số âm.
Nếu nối hai điểm nối tín hiệu vào loa với điện áp biểu diễn như Hình 18.5 thì tần số âm loa phát ra là 1 333 Hz.

Hướng dẫn:

Nhận định	Đúng	Sai
Khi cho dòng điện không đổi vào hai điểm nối tín hiệu thì loa chỉ phát ra âm với một tần số không đổi		x
Loa hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ		x
Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây thì nam châm vĩnh cửu sẽ dao động làm cho màng loa dao động với tần số âm.		x
Nếu nối hai điểm nối tín hiệu vào loa với điện áp biểu diễn như Hình 18.5 thì tần số âm loa phát ra là 1 333 Hz.	x

Giải thích:

Trong khoảng thời gian 30.10^-5 s có 4 chu kì.

Do đó $T = \frac{{30.10}^{- 5}}{4} = {7,5.10}^{- 5} s \Rightarrow f = \frac{1}{T} = 13333,3 H z$

Câu 6. Cấu tạo của đi-na-mô xe đạp được mô tả như hình vẽ.

Nhận định nào sau đây là đúng hay sai về nguyên tắc hoạt động của đi-na-mô?

Ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ (cách giải + bài tập)

Nhận định	Đúng	Sai
Dòng điện được dẫn ra mạch ngoài là dòng điện một chiều.
Đi-na-mô là máy phát điện hoạt động theo cách thứ 2, stato là cuộn dây đứng yên.
Chiều quay của rôto như trên hình chứng tỏ vành xe đạp đang quay ngược chiều kim đồng hồ.
Do nam châm đặt song song với trục cuộn dây nên từ thông qua các vòng dây không biến thiên.

Hướng dẫn:

Nhận định	Đúng	Sai
Dòng điện được dẫn ra mạch ngoài là dòng điện một chiều.		x
Đi-na-mô là máy phát điện hoạt động theo cách thứ 2, stato là cuộn dây đứng yên.	x
Chiều quay của rôto như trên hình chứng tỏ vành xe đạp đang quay ngược chiều kim đồng hồ.		x
Do nam châm đặt song song với trục cuộn dây nên từ thông qua các vòng dây không biến thiên.		x

Giải thích:

Dòng điện được dẫn ra mạch ngoài là dòng điện xoay chiều nhưng có cường độ nhỏ, đủ sáng bóng đèn.

Chiều quay của rôto như trên hình chứng tỏ vành xe đạp đang quay cùng chiều kim đồng hồ.

Nguyên tắc hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ nên từ thông qua các vòng dây biến thiên.

Câu 7. Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của bếp từ được mô tả như hình vẽ.

Ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ (cách giải + bài tập)

Nhận định nào sau đây là đúng hay sai về nguyên tắc hoạt động của bếp từ?

Nhận định	Đúng	Sai
Bếp từ hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
Nồi kim loại nóng lên được là do nhiệt sinh ra từ mặt bếp từ truyền lên nồi như bếp điện.
Nguyên nhân làm nồi kim loại nóng lên là do tác dụng nhiệt của dòng điện cảm ứng sinh ra ở đáy nồi.
Dòng điện cảm ứng xuất hiện ở nồi đun là dòng điện Foucoault.

Hướng dẫn:

Nhận định	Đúng	Sai
Bếp từ hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.	x
Nồi kim loại nóng lên được là do nhiệt sinh ra từ mặt bếp từ truyền lên nồi như bếp điện.		x
Nguyên nhân làm nồi kim loại nóng lên là do tác dụng nhiệt của dòng điện cảm ứng sinh ra ở đáy nồi.	x
Dòng điện cảm ứng xuất hiện ở nồi đun là dòng điện Foucoault.	x

Câu 8. Nối thanh kim loại với dây dẫn và điện kế thành mạch kín như hình vẽ.

Ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ (cách giải + bài tập)

Nhận định nào sau đây là đúng hay sai về sự xuất hiện dòng điện trong dây dẫn?

Nhận định	Đúng	Sai
Dòng điện xuất hiện trong thanh kim loại là dòng điện cảm ứng.
Khi thanh kim loại đứng im trong từ trường thì vẫn có dòng điện trong dây dẫn.
Dòng điện chỉ xuất hiện khi di chuyển thanh kim loại cắt các đường sức từ.
Dịch chuyển thanh kim loại sang trái hoặc sang phải vẫn có dòng điện trong dây dẫn.

Hướng dẫn:

Nhận định	Đúng	Sai
Dòng điện xuất hiện trong thanh kim loại là dòng điện cảm ứng.	x
Khi thanh kim loại đứng im trong từ trường thì vẫn có dòng điện trong dây dẫn.		x
Dòng điện chỉ xuất hiện khi di chuyển thanh kim loại cắt các đường sức từ.	x
Dịch chuyển thanh kim loại sang trái hoặc sang phải vẫn có dòng điện trong dây dẫn.		x

Giải thích:

Để xuất hiện dòng điện thì từ thông phải biến thiên, khi thanh kim loại đứng yên hay dịch chuyển sang trái hoặc phải thì từ thông không đổi, không xuất hiện dòng điện cảm ứng.

Câu 9. Hình dưới trình bày một sơ đồ phân loại đồng xu trong máy bán hàng tự động. Có một máng nghiêng cho đồng xu chuyển động từ khe thả đồng xu đến nam châm điện. Nếu không có lực nào cản chuyển động của đồng xu hoặc lực cản rất nhỏ thì đồng xu sẽ đập vào khối chắn, rơi theo hướng bị loại, không được chấp nhận để mua hàng.

Ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ (cách giải + bài tập)

Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Đồng xu làm bằng kim loại khi đi qua nam châm điện sẽ có hiện tượng cảm ứng điện từ, sinh ra dòng cảm điện cảm ứng trong đồng xu.

B. Chỉ cần đồng xu làm bằng kim loại với kích thước bất kì đều được chấp nhận để mua hàng.

C. Đồng xu làm bằng nhựa có khối lượng bằng đồng xu kim loại khi qua nam châm điện đều có tốc độ như nhau.

D. Không có dòng điện Foucault xuất hiện trong đồng xu kim loại khi đi qua nam châm điện.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là A

Dòng điện Foucault xuất hiện trong đồng xu kim loại khi đi qua nam châm điện.

Câu 10. Lõi máy biến áp nóng lên khi hoạt động chủ yếu là do

A. tác dụng nhiệt của dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn dây sơ cấp.

B. tác dụng nhiệt của dòng điện xoay chiều chạy từ cuộn sơ cấp sang cuộn thứ cấp.

C. tác dụng nhiệt của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong lõi thép khi có từ thông biến thiên qua lõi thép.

D. tác dụng nhiệt của dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn thứ cấp nối với mạch ngoài.

Hướng dẫn:

Đáp án đúng là C

Nguyên nhân do dòng Foucault xuất hiện trong lõi máy biến áp. Do đó người ta phải làm lõi máy biến áp thành các tấm mỏng, cách điện với nhau.

Câu 11. Cho sơ đồ máy biến thế như hình vẽ. Phát biểu dưới đây là đúng hay sai?

Ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ (cách giải + bài tập)

A. U₁ = 5U₂.

B. I₁ = 5I₂.

C. Nếu đặt vào cuộn dây 1 của máy biến áp một hiệu điện thế không đổi U₁ = 9 V thì hiệu điện thế U₂ = 0.

D. Nếu đặt vào một trong hai cuộn dây một hiệu điện thế xoay chiều thì trong lõi sắt của máy biến thế sẽ có dòng điện.

Hướng dẫn:

A - S; Vì $\frac{N_{1}}{N_{2}} = \frac{U_{1}}{U_{2}} = \frac{I_{2}}{I_{1}} \Rightarrow \frac{N_{1}}{5 N_{1}} =$ $\frac{U_{1}}{U_{2}} = \frac{I_{2}}{I_{1}} \Rightarrow U_{2} = 5 U_{1}; I_{1} = 5 I_{2}$

B - Ð;

C - Đ;

D - S.

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí 12 hay, chi tiết khác:

Trang trước Trang sau

Giải bài tập lớp 12 sách mới các môn học