Sáng kiến kinh nghiệm Chuyên đề cảm ứng điện từ bồi dưỡng học sinh giỏi lớp 11, 12

 BÁO CÁO KẾT QUẢ 
 NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN
1. Lời giới thiệu
 Vật lý là một môn học gắn liền với các hiện tượng trong đời sống và kĩ 
thuật hằng ngày. Nó là môn học khó và trừu tượng, cơ sở của nó là toán học. Bài 
tập vật lý rất đa dạng và phong phú.
 Bồi dưỡng học sinh giỏi nói chung và bồi dưỡng học sinh giỏi môn vật lí 
nói riêng cho các kỳ thi tuyển học sinh giỏi là vấn đề luôn được các cấp quản lý, 
các giáo viên trực tiếp giảng dạy quan tâm, trăn trở. Đây là công việc hàng năm, 
khó khăn thường nhiều hơn thuận lợi, nhưng rất có ý nghĩa đối với các trường 
THPT. Kết quả thi học sinh giỏi số lượng và chất lượng là một trong các tiêu chí 
quan trọng, phản ánh năng lực, chất lượng dạy và học của các trường, của giáo 
viên và học sinh.
 Thực trạng trình độ nhận thức của học sinh THPT chưa cao, đặc biệt là 
đối với học sinh vùng nông thôn, trung du phân phối thời gian cho học tập còn ít 
so với lượng kiến thức của SGK và thiếu thốn sách tham khảo nên việc nhận 
dạng và phân loại, tổng hợp các dạng bài toán để xác định được cách giải của 
bài toán là hết sức khó khăn đối với phần lớn học sinh.
 Trong quá trình dạy học chuyên đề và bồi dưỡng HSG vật lý 11, 12 khi 
dạy phần “Cảm ứng điện từ”, tôi nhận thấy các em đều gặp khó khăn trong khi 
làm bài tập phần này. Đa số các em chỉ có thể làm được các bài toán cơ bản, 
mang tính chất vận dụng công thức trứ ít khi hiểu rõ được hiện tượng, bản chất 
và làm được những bài toán mang tích chất phức tạp.
 Trong quá trình dạy học và bồi dưỡng học sinh khá giỏi, để giải được các 
bài toán về phần này đòi hỏi các em phải có tính vận dụng cao. Chính vì thế, 
người giáo viên phải làm thế nào để tìm ra phương pháp, phân loại bài tập tốt 
nhất nhằm tạo cho học sinh niềm say mê yêu thích môn học này và giúp học 
sinh việc phân loại các dạng bài tập và hướng dẫn cách giải đơn giản và nhanh 
nhất, chính xác nhất là rất cần thiết cho hình thức thi chọn học sinh giỏi Vật lí 
hiện nay. Việc làm này rất có lợi cho học sinh trong thời gian ngắn nắm được 
các dạng bài tập, nắm được phương pháp giải và từ đó có thể phát triển hướng 
tìm tòi lời giải mới cho các dạng bài tương tự. Để giải quyết vấn đề trên tôi bước 
 1 3. 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.
 
- Biểu thức: e 
 c t
Trong đó:
 • ΔΦ: là độ biến thiên từ thông trong thời gian Δt;
 •e c: là suất điện động cảm ứng của khung dây.
4. 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);
 • 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.
5. Tự cảm
  N 2
- Độ tự cảm của một ống dây: L 4 .10 7. S
 I 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).
 3 - 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 Bc cùng 
chiều với B .
- 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 
vòng dây có thể chuyển động lên phía trên.
 M P
1.3. Bài tập củng cố: A C
 R
Bài 1. Một thí nghiệm được bố trí như hình vẽ. G
Hãy xác định chiều dòng điện cảm ứng trong mạch C 
 N Q
khi con chạy biến trở đi xuống.
Bài 2. Một nam châm đưa lại gần vòng dây như hình 
vẽ. Hỏi dòng điện cảm ứng trong vòng dây có chiều S N
như thế nào và vòng dây sẽ chuyển động về phía nào?
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 loại xuất hiện dòng điện cảm ứng có 
 K
chiều như thế nào và vòng kim loại chuyển động ra sao?
2. Bài tập xác định suất điện động cảm ứng và cường độ dòng điện cảm ứng
2.1 Phương pháp giải bài tập:
- Áp dụng công thức tính từ thông:  NB.S.cos . Từ đó tính ΔΦ.
- Áp dụng định luật Faraday để tính suất điện động cảm ứng.
 5 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 vuông như hình. Mạch được đặt trong một từ trường E1
đều. B vuông góc với mặt phẳng hình vuông và hướng ra sau 
 B EC
hình vẽ, B tăng theo thời gian theo quy luật B = kt, k = 
16T/s. Tính cường độ dòng điện chạy trong mạch.
 E
Giải: 2
 Ví dụ 2
 Do B tăng nên trong mạch sẽ xuất hiện một suất điện động E c; dòng điện 
cảm ứng do Ec sinh ra phải có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra ngược chiều 
với từ trường ngoài B .
 Suất điện động cảm ứng Ec được biểu diễn như hình vẽ:
  BS B k.t 
 E S. S. k.S
 c t t t t
 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:
 E E E
 I c 2 1 0,5 (A)
 R
Ví dụ 3: Cuộn dây kim loại (có điện trở suất ρ = 2.10 -8Ωm), N = 1000 vòng, 
đường kính d = 10cm, tiết diện dây S = 0,2mm2 có trục song song với B của từ 
trường đều. Tốc độ biến thiên của từ trường là 0,2T/s. Lấy π = 3,2.
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
 7 Gọi hiệu điện thế hai đầu mỗi tụ là U1, U2.
Ta có: UMQ + UQP = UMN + UNP
 U1 E2 E1 U 2
 U1 U 2 E1 E2 0,6(V )
- Theo định luật bảo toàn điện tích, ta lại có: 
Q1 = Q2 C1U1 = C2U2 U1 = 2U2.
Giải hệ phương trình:
 U1 U 2 0,6 U1 0,4 V 
 U1 2U 2 U 2 0,2 V 
Điện tích của mỗi tụ: Q1 = Q2 = 0,4 (μC)
2.3. Bài tập củng cố:
Bài 1. Vòng dây tròn bán kính r = 10cm, điện trở R B
= 0,2Ω đặt nghiêng góc 30º với B , B = 0,02T như 
hình. Xác định suất điện động cảm ứng, độ lớn và 
chiều dòng điện cảm ứng trong vòng nếu trong thời 
gian Δt = 0,01s, từ trường:
 Bài 1
a) Giảm đều từ B xuống đến không.
b) Tăng đều từ không lên B.
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 vẽ. Tại đầu c của thanh đó có gắn 
 b 
một thanh kim loại mảnh ab. Cho biết ac = cb, ab = c
 a
Oc = R và α = 60º. Khi hệ nói trên quay đều quanh α
O với tốc độ góc ω (theo chiều kim đồng hồ) người 
ta đặt vào hệ một từ trường đều, vecto cảm ứng từ O 
 B có hướng vuông góc với mặt phẳng hình vẽ và Bài 2
hướng ra phía sau. Hãy tìm biểu thức của hiệu điện thế U giữa hai đầu a và b.
 9 - Cường độ dòng điện trong mạch có chiều DCBAD và có độ lớn:
 E E E
 I C 2 1 0,5A .
 R
3. Bài tập về mạch điện có suất điện động tạo bởi đoạn dây dẫn chuyển 
động trong từ 
3.1. 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.
3.2. Ví dụ:
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.
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:
  0,5
 E 0,5 (V)
 c t 1
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 
 o
phương thẳng đứng một góc α 0 = 60 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 
 11 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
 E, r F I
- Số chỉ của ampe kế bằng cường độ dòng điện qua 
 A
đoạn dây MN: M
 E 1,5
 I 0,5 (A)
 R r 2,9 0,1
- Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn MN:
 F I.l.B.sin90o 0,05 (N)
Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn MN có chiều như B
hình vẽ. N
 I
 E, r Ec
 c) Khi thanh MN chuyển động đều sang phải F
 với v = 3m/s: A v
 M
- Suất điện động cảm ứng trên đoạn dây MN là:
 o
 Ec B.l.v.sin90 0,3(V).
- Cường độ dòng điện qua đoạn dây MN:
 E E 1,5 0,3
 I c 0,6 (A)
 R r 2,9 0,1
- Lực từ tác dụng lên đoạn dây MN:
 F I.l.B.sin90o 0,06 (N)
Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn MN có chiều như hình vẽ.
 13 E B.l.v
 I c 
 c R R
- Khi thanh AB chuyển động đều:
 B2.l 2.v
 F P I .B.l mg mg
 c R
Do đó: 
 mgR
 - Tốc độ chuyển động đều của thanh AB là: v 
 B2l 2
 Bl.v mg
 - Cường độ dòng điện cảm ứng trong mạch: I 
 c R B.l
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.
- Cường độ dòng điện cảm ứng:
 F C
 E B.l.v'.sin 
 I' C B
 C R R IC
- Khi thanh AB chuyển động đều: α B
 v
 F = P P
 α
 I’C.B.l = mg
 B2.l 2.v'.sin 
 mg
 R
Do đó: 
 M N
 - Tốc độ chuyển động đều của thanh AB 
 mgR
 là: v' 
 B2l 2.sin 
 - Cường độ dòng điện cảm ứng trong C α
 Bl.v.sin mg
 mạch: Ic 
 R B.l Ví dụ 5
 15