Giải Câu hỏi trang 68 SGK Vật lí 12

Lời giải

Cơ sở lí thuyết: Từ thông qua cuộn dây dẫn kín (N vòng, diện tích mỗi vòng $S$, đặt trong từ trường đều cảm ứng từ $B$) được xác định bởi:

$$\Phi = NBS\cos\alpha$$

trong đó $\alpha$ là góc giữa vectơ pháp tuyến $\vec{n}$ của mặt phẳng vòng dây và vectơ cảm ứng từ $\vec{B}$. Muốn làm biến thiên từ thông $\Phi$ qua cuộn dây, ta chỉ cần làm thay đổi một trong các đại lượng $B$, $S$ hoặc $\alpha$. Mỗi cách làm biến thiên từ thông đó ứng với một phương án thí nghiệm minh hoạ hiện tượng cảm ứng điện từ. Nối cuộn dây với một điện kế (ampe kế) nhạy; khi trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng thì kim điện kế lệch, đó là dấu hiệu nhận biết hiện tượng cảm ứng điện từ.

a) Phương án làm thay đổi cảm ứng từ $B$ (độ lớn từ trường qua cuộn dây)

- Nối hai đầu một cuộn dây dẫn kín với điện kế.
- Đưa một thanh nam châm thẳng lại gần rồi ra xa cuộn dây (hoặc giữ nam châm cố định, dịch chuyển cuộn dây).
- Khi nam châm chuyển động tương đối so với cuộn dây, số đường sức từ xuyên qua cuộn dây (tức $B$ qua cuộn dây) thay đổi $\Rightarrow$ từ thông biến thiên $\Rightarrow$ kim điện kế lệch, chứng tỏ có dòng điện cảm ứng. Khi nam châm đứng yên, kim điện kế chỉ số 0.

b) Phương án thay thế nam châm bằng dòng điện (thay đổi $B$ bằng cách thay đổi cường độ dòng điện)

- Đặt gần cuộn dây nối với điện kế một cuộn dây thứ hai (nam châm điện) được mắc với nguồn điện qua biến trở và khoá K.
- Đóng, ngắt khoá K hoặc di chuyển con chạy biến trở để làm cường độ dòng điện trong cuộn dây thứ hai thay đổi $\Rightarrow$ cảm ứng từ $B$ do nó sinh ra qua cuộn dây thứ nhất thay đổi $\Rightarrow$ từ thông biến thiên $\Rightarrow$ kim điện kế lệch, xuất hiện dòng điện cảm ứng.

c) Phương án thay đổi góc $\alpha$ (hướng của mặt phẳng cuộn dây so với từ trường)

- Đặt cuộn dây kín nối với điện kế trong khoảng giữa hai cực của một nam châm (từ trường gần như đều).
- Quay cuộn dây quanh một trục nằm trong mặt phẳng vòng dây.
- Khi quay, góc $\alpha$ giữa $\vec{n}$ và $\vec{B}$ thay đổi, do $\Phi = NBS\cos\alpha$ nên từ thông biến thiên $\Rightarrow$ kim điện kế lệch, có dòng điện cảm ứng (đây chính là nguyên tắc của máy phát điện).

d) Phương án thay đổi diện tích $S$ của mạch kín

- Đặt một khung dây dẫn có một cạnh trượt được (hoặc một mạch kín làm bằng dây dẫn mềm) trong từ trường đều, nối với điện kế.
- Kéo cạnh trượt để làm diện tích phần mạch kín nằm trong từ trường thay đổi (hoặc bóp, kéo giãn vòng dây).
- Diện tích $S$ thay đổi làm từ thông $\Phi = NBS\cos\alpha$ biến thiên $\Rightarrow$ kim điện kế lệch, xuất hiện dòng điện cảm ứng.

Kết luận: Trong mọi phương án trên, chỉ khi từ thông qua cuộn dây biến thiên theo thời gian thì trong cuộn dây mới xuất hiện dòng điện cảm ứng; từ thông không đổi thì không có dòng điện cảm ứng. Đó là nội dung của hiện tượng cảm ứng điện từ.

Đáp số