Các dạng bài tập về Hiện tượng tự cảm chọn lọc, có đáp án - Vật Lí lớp 11

Các dạng bài tập về Hiện tượng tự cảm chọn lọc, có đáp án

Với Các dạng bài tập về Hiện tượng tự cảm chọn lọc, có đáp án Vật Lí lớp 11 tổng hợp các dạng bài tập, 50 bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết với đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa sẽ giúp học sinh ôn tập, biết cách làm dạng bài tập Hiện tượng tự cảm từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Vật Lí lớp 11.

• Lý thuyết Hiện tượng tự cảm Xem chi tiết
• Dạng bài: Tự cảm - Suất điện động cảm ứng - Năng lượng Xem chi tiết
• Trắc nghiệm Tự cảm - Suất điện động cảm ứng - Năng lượng Xem chi tiết

Bài tập trắc nghiệm

• 40 câu trắc nghiệm Cảm ứng điện từ có lời giải chi tiết (cơ bản) Xem chi tiết
• 30 câu trắc nghiệm Cảm ứng điện từ có lời giải chi tiết (nâng cao) Xem chi tiết

Lý thuyết Hiện tượng tự cảm

1. Hiện tượng tự cảm: Là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch có dòng điện mà sự biến thiên từ thông qua mạch được gây ra bởi sự biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch kín.

2. Mối liên hệ giữa từ thông và dòng điện:

    + Cảm ứng từ B trong ống dây:

    + Từ thông tự cảm qua ống dây:

(B→ vuông góc với mỗi mặt của vòng dây)

    + Đặt (Với L là độ tự cảm – hệ số tự cảm của ống dây, đơn vị là henri - H)

Chú ý:

⇒ L = 4π.10^-7.n².V

    Với n là mật độ vòng dây:

    V là thể tích ống dây: V = lS (l là chiều dài ống dây và S là tiết diện ngang của ống dây)

    Suất điện động tự cảm:

Kết luận: Suất điện động tự cảm xuất hiện trong hiện tượng tự cảm và có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên của dòng điện trong mạch.

Năng lượng từ trường sinh ra bên trong ống dây:

Cảm ứng từ B trong ống dây:

Độ tự cảm:

Cách giải bài tập Tự cảm, Suất điện động cảm ứng, Năng lượng

A. Phương pháp & Ví dụ

* Các công thức:

    + Hệ số tự cảm của ống dây:

    + Từ thông tự cảm qua ống dây có dòng điện i chạy qua: Φ = Li

    + Suất điện động tự cảm:

* Phương pháp giải:

    Để tìm các đại lượng có liên quan đến độ tự cảm của ống dây, suất điện động tự cảmn năng lượng từ trường của ống dây ta viết biểu thức liên quan đến các đại lượng đã biết và đại lượng cần tìm rồi suy ra và tính đại lượng cần tìm.

Ví dụ 1:

a) Thiết lập công thức tính độ tự cảm của ống dây điện có chiều dài l, tiết diện S, gồm tất cả N vòng dây và lõi là không khí.

b) Xét trường hợp ống dây trên có lõi làm bằng vật liệu sắt từ có độ từ thẩm là μ. Thiết lập công thức tính độ tự cảm của ống dây điện khi đó.

c) Áp dụng: l = 50 cm, N = 1000 vòng, S = 10 cm² (lõi là không khí μ = 1)

Hướng dẫn:

a) Cảm ứng từ B trong vòng dây (lõi là không khí)

    + Cảm ứng từ B trong ống dây:

    + Từ thông tự cảm qua ống dây:

(B→ vuông góc với mỗi mặt của vòng dây)

    + Độ tự cảm:

b) Nếu ống dây có độ từ thẩm μ:

    + Cảm ứng từ B trong ống dây:

    + Từ thông tự cảm qua ống dây:

(B→ vuông góc với mỗi mặt của vòng dây)

    + Độ tự cảm:

c) Áp dụng:

Ví dụ 2: Một ống dây có chiều dài là 1,5 m, gồm 2000 vòng dây, ống dây có đường kính là 40 cm.

a) Hãy xác định độ tự cảm của ống dây.

b) Cho dòng điện chạy trong ống dây, dòng điện tăng từ 0 đến 5A trong thời gian 1s, hãy xác định suất điện động tự cảm của ống dây.

c) Hãy tính cảm ứng từ do dòng điện sinh ra trong ống dây khi dòng điện trong ống dây bằng 5 A?

d) Năng lượng từ trường bên trong ống dây khi dòng điện qua ống dây có giá trị 5 A?

Hướng dẫn:

a) Độ tự cảm bên trong ống dây:

b) Suất điện động tự cảm trong ống dây:

c) Cảm ứng từ do dòng điện sinh ra trong ống dây:

d) Năng lượng từ trường sinh ra bên trong ống dây:

Ví dụ 3: Một ống dây dài 40 cm, có tất cả 800 vòng dây, diện tích tiết diện ngang của ống dây bằng 10 cm². Ống dây được nối với 1 nguồn điện có cường độ tăng từ 0 → 4A.

a) Độ tự cảm của ống dây ?

b) Nếu suất điện động tự cảm của ống dây có độ lớn là 1,2 V, hãy xác định thời gian mà dòng điện đã biến thiên.

Hướng dẫn:

a) Độ tự cảm của ống dây:

b) Suất điện động tự cảm sinh ra do có sự biến thiên của dòng điện trong ống dây:

Ví dụ 4: Một cuộn tự cảm có L = 50 mH cùng mắc nối tiếp với một điện trở R = 20 Ω, nối vào một nguồn điện có suất điện động 90 V, có điện trở trong không đáng kể. Xác định tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện I tại:

a) Thời điểm ban đầu ứng với I = 0.

b) Thời điểm mà I = 2 A.

Hướng dẫn:

Ví dụ 5: Một ống dây dài được quấn với mật độ 2000 vòng/mét. Ống dây có thể tích 500 cm³. Ống dây được mắc vào một mạch điện. Sau khi đóng công tắc dòng điện trong ống dây biến đổi theo thời gian theo đồ thị. Lúc đóng công tắc ứng với thời điểm t = 0. Tính suất điện động tự cảm trong ống:

a) Sau khi đóng công tắc tới thời điểm t = 0,05 s.

b) Từ thời điểm t = 0,05s trở về sau.

Hướng dẫn:

Độ tự cảm của ống dây:

        L = 4π.10^-7.n².V = 4π.10^-7.2000².500.10^-6 = 2,51.10^-3 (H)

a) Trong khoảng thời gian từ 0 đến 0,05 s dòng điện tăng từ i₁ = 0 A đến i₂ = 5 A

Suất điện động tự cảm trong thời gian này:

b) Từ sau thời điểm t = 0,05 s dòng điện không đổi nên Δi = 0

B. Bài tập

Bài 1: Một ống dây dài l = 30 cm gồm N = 1000 vòng dây, đường kính mỗi vòng dây d = 8 cm có dòng điện với cường độ i = 2 A đi qua.

a) Tính độ tự cảm của ống dây.

b) Tính từ thông qua mỗi vòng dây.

c) Thời gian ngắt dòng điện là t = 0,1 giây, tính suất điện động tự cảm xuất hiện trong ống dây.

Lời giải:

a)

b) Từ thông qua ống dây: Φ = Li = 0,04 Wb.

Từ thông qua mỗi vòng dây:

c)

Bài 2: Một cuộn tự cảm có L = 3 H được nối với nguồn điện có suất điện động 6 V, điện trở trong không đáng kể, điện trở của cuộn dây cũng không đáng kể. Hỏi sau thời gian bao lâu kể từ lúc nối vào nguồn điện, cường độ dòng điện qua cuộn dây tăng đến giá trị 5 A? giả sử cường độ dòng điện tăng đều theo thời gian.

Lời giải:

Ta có: e + e_tc = e - L(Δi/Δt) = (R + r)i = 0

Bài 3: Trong một mạch kín có độ tự cảm 0,5.10^-3 H, nếu suất điện động tự cảm bằng 0,25 V thì tốc độ biến thiên của dòng điện bằng bao nhiêu?

Lời giải:

Bài 4: Tìm độ tự cảm của một ống dây hình trụ gồm 400 vòng, dài 20 cm, tiết diện ngang 9 cm² trong hai trường hợp:

a) Ống dây không có lỏi sắt.

b) Ống dây có lỏi sắt với độ từ thẩm μ = 400.

Lời giải:

a) L = 4π.10^-7(N²/l)S = 9.10^-4 H.            b) L = 4π.10^-7μ(N²/l)S = 0,36 H.

Bài 5: Một ống dây dài 50 cm có 2500 vòng dây. Đường kính của ống bằng 2 cm. Cho một dòng điện biến đổi đều theo thời gian chạy qua ống dây. Sau thời gian 0,01 s dòng điện tăng từ 0 đến 1,5 A. Tính suất điện động tự cảm trong ống dây.

Lời giải:

Bài 6: Tính độ tự cảm của một ống dây. Biết sau thời gian Δt = 0,01 s, cường độ dòng điện trong ống dây tăng đều từ 1 A đến 2,5 A thì suất điện động tự cảm là 30 V.

Lời giải:

16 bài tập trắc nghiệm: Tự cảm, Suất điện động cảm ứng, Năng lượng

Câu 1: Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. Hiện tượng cảm ứng điện từ trong một mạch điện do chính sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó gây ra gọi là hiện tượng tự cảm.

B. Suất điện động được sinh ra do hiện tượng tự cảm gọi là suất điện động tự cảm.

C. Hiện tượng tự cảm là một trường hợp đặc biệt của hiện tượng cảm ứng điện từ.

D. Suất điện động cảm ứng cũng là suất điện động tự cảm.

Lời giải:

Đáp án D

Suất điện động tự cảm là trường hợp đặc biệt của suất điện động cảm ứng.

Câu 2: Đơn vị của hệ số tự cảm là:

A. Vôn (V).        B. Tesla (T).        C. Vêbe (Wb).        D. Henri (H).

Lời giải:

Đáp án D

Đơn vị của hệ số tự cảm là Henri (H).

Câu 3: Biểu thức tính suất điện động tự cảm là:

A. e = -L(ΔI/Δt)        B. e = L.I        C. e = 4π. 10^-7.n².V        D. e = -L(Δt/ΔI)

Lời giải:

Đáp án A

Biểu thức tính suất điện động tự cảm là e = -L(ΔI/Δt)

Câu 4: Biểu thức tính hệ số tự cảm của ống dây dài là:

A. L = -e(ΔI/Δt)        B. L = Φ.I        C. L = 4π. 10^-7.n².V        D. L = -e(Δt/ΔI)

Lời giải:

Đáp án C

Biểu thức tính hệ số tự cảm của ống dây dài là L = 4π. 10^-7.n².V

Câu 5: Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Khi có dòng điện chạy qua ống dây thì trong ống dây tồn tại một năng lượng dưới dạng năng lượng điện trường.

B. Khi có dòng điện chạy qua ống dây thì trong ống dây tồn tại một năng lượng dưới dạng cơ năng.

C. Khi tụ điện được tích điện thì trong tụ điện tồn tại một năng lượng dưới dạng năng lượng từ trường.

D. Khi có dòng điện chạy qua ống dây thì trong ống dây tồn tại một năng lượng dưới dạng năng lượng từ trường.

Lời giải:

Đáp án D

Khi có dòng điện chạy qua ống dây thì trong ống dây tồn tại một năng lượng dưới dạng năng lượng từ trường.

Năng lượng điện trường tồn tại trong tụ điện khi được tích điện.

Câu 6: Năng lượng từ trường trong cuộn dây khi có dòng điện chạy qua được xác định theo công thức:

Lời giải:

Đáp án B

Năng lượng từ trường trong cuộn dây khi có dòng điện chạy qua được xác định theo công thức

Câu 7: Mật độ năng lượng từ trường được xác định theo công thức:

Lời giải:

Đáp án D

Mật độ năng lượng từ trường được xác định theo công thức

Câu 8: Một ống dây dài 50 cm, có 2000 vòng dây. Diện tích mặt cắt của ống dây là 25 cm². Gỉa thuyết từ trường trong ống dây là từ trường đều. Độ tự cảm của ống dây đó là

A. 0,025 H.        B. 0,015 H.        C. 0,01 T.        D. 0,02 T.

Lời giải:

Đáp án A

Độ tự cảm của ống dây là

Câu 9: Tính độ tự cảm của cuộn dây biết sau thời gian Δt = 0,01 s, dòng điện trong mạch tăng đều từ 2 đến 2,5 A và suất điện động tự cảm là 0,10 V?

A. 10^-3 H.        B. 2.10^-3 H.        C. 2,5.10^-3 H.        D. 3.10^-3 H.

Lời giải:

Đáp án B

Độ tự cảm của cuộn dây là

Câu 10: Một dòng điện trong ống dây phụ thuộc vào thời gian theo công thức i = 0,4(5-t), i tính bằng A, t tính bằng s. Ống dây có hệ số tự cảm L = 0,005 H. Suất điện động tự cảm trong ống dây là

A. 0,001 V.        B. 0,002 V.        C. 0,0015 V.        D. 0,0025 V

Lời giải:

Đáp án B

Suất điện động tự cảm trong ống dây là

Câu 11: Một ống dây dài 40 cm, bán kính 2 cm, có 2000 vòng dây. Năng lượng của từ trường bên trong ống dây khi có dòng điện cường độ 5 A qua là

A. 0,4 J.        B. 0,15 J.        C. 0,25 J.        D. 0,2 J.

Lời giải:

Đáp án D

Năng lượng của từ trường bên trong ống dây là

Thay số liệu đề bài cho vào biểu thức trên, tính được W = 0,2 J

Câu 12: Một ống dây dài 40cm, đường kính 4 cm có 400 vòng dây quấn sát nhau. Ống dây có dòng điện 1 A chạy qua. Sau khi ngắt ống dây ra khỏi nguồn điện, biết từ thông qua ống dây giảm đều từ gía trị ban đầu đến 0 trong khoảng thời gian 0,01. Suất điện động tự cảm trong ống dây là

A. 0,054 V.        B. 0,063 V.        C. 0,039 V.        D. 0,051 V.

Lời giải:

Đáp án B

Hệ số tự cảm của ống dây là

Suất điện động tự cảm trong ống dây là

Câu 13: Cuộn tự cảm có L = 2 mH khi có dòng điện cường độ 10A đi qua.Năng lượng từ trường tích luỹ trong cuộn tự cảm có giá trị :

A. 0,05 J.        B. 0,1 J.        C. 1 J.        D. 4 J.

Lời giải:

Đáp án B

Năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn tự cảm là

Câu 14: Một ống dây có độ tự cảm 0,4H, trong khoảng thời gian 0,04s, suất điện động tự cảm xuất hiện ở ống dây là 50V. Độ biến thiên cường độ dòng điện trong khoảng thời gian đó là

A. 4,5 A.        B. 2,5 A.        C. 5 A.        D. 7,5 A.

Lời giải:

Đáp án C

Độ biến thiên cường độ dòng điện trong khoảng thời gian 0,04s là

Câu 15: Một ống dây có độ tự cảm L = 0,5 H. Muốn tích lũy năng lượng từ trường 100 J trong ống dây thì phải cho dòng điện có cường độ bao nhiêu đi qua ống dây đó ?

A. 2 A.        B. 20 A.        C. 1 A.        D. 10 A.

Lời giải:

Đáp án B

Cường độ dòng điện đi qua ống dây là

Câu 16: Sự biến đổi của dòng điện trong một mạch điện theo thời gian được cho như hình vẽ. Gọi suất điện động tự cảm trong khoảng thời gian từ 0 s đến 1 s là e₁, từ 1 s đến 3 s là e₂. Điều nào sau đây là đúng ?

A. e₁ = e₂.        B. e₁ = 2e₂.

C. e₁ = 3e₂.        D. e₁ = e₂/2

Lời giải:

Đáp án B

Trong khoảng thời gian từ 0 s đến 1 s:

Trong khoảng thời gian từ 1 s đến 3 s:

Suy ra e₁ = 2e₂.