Sáng kiến kinh nghiệm Hệ thống các bài tập cảm ứng điện từ ứng dụng bồi dưỡng học sinh giỏi môn Vật Lí 11 và 12

 BÁO CÁO KẾT QUẢ
 NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN
1. Lời giới thiệu.
 Bồi dưỡng học sinh giỏi nói chung, 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 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 đơn giản. Đây là một dạng bài toán khó và phức 
tạp. Vậy làm thế nào để học sinh có thể giải được các bài toán khó về cảm ứng điện từ 
một cách dễ dàng và đơn giản? Để giải quyết vấn đề trên tôi bước vào nghiên cứu đề tài 
“Hệ thống các bài tập cảm ứng điện từ ứng dụng bồi dưỡng HSG môn Vật Lí 11 và 
12”. Để từ đó giúp các em học sinh có cái nhìn tổng quát hơn về bài tập cảm ứng điện từ 
và không còn cảm thấy khó khăn khi gặp dạng toán này.
2. Tên sáng kiến: “Hệ thống các bài tập cảm ứng điện từ ứng dụng bồi dưỡng HSG 
môn Vật Lí 11 và 12”.
3. Tác giả sáng kiến.
- Họ và tên: Nguyễn Thị Thu Hà
- Địa chỉ tác giả sáng kiến: Trường THPT Đồng Đậu, Yên Lạc, Vĩnh Phúc
- Số điện thoại: 0988298140 E_mail: nguyenthithuhasp2@gmail.com.
4. Chủ đầu tư sáng kiến. 
- Họ và tên: Nguyễn Thị Thu Hà
- Địa chỉ tác giả sáng kiến: Trường THPT Đồng Đậu, Yên Lạc, Vĩnh Phúc
- Số điện thoại: 0988298140 E_mail: nguyenthithuhasp2@gmail.com.
 1 Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngón tay cái choãi ra hướng theo chiều chuyển 
động của đoạn dây dẫn, khi đó chiều từ cổ tay đến các ngón còn lại chỉ chiều dòng điện 
cảm ứng trong đoạn dây đó.
Chú ý: Có thể coi đoạn dây dẫn như một nguồn điện thì chiều từ cổ tay đến các ngón 
còn lại chỉ chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn điện đó.
7. 1. 1. 2. TỰ CẢM
 Hiện tượng tự cảm
- Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ trong một mạch điện do chính sự 
biến đổi của dòng điện trong mạch đó gây ra.
 
- Hệ số tự cảm: L  (3.3)
 I
 Δ i
- Suất điện động tự cảm: e  L (3.4)
 tc Δ t
(Δ i là độ biến thiên của dòng điện trong mạch trong thời gian Δ t ; L là hệ số tự cảm của 
mạch điện)
Năng lượng từ trường
 1
- Năng lượng từ trường: W  Li2 (3.5)
 2
 W
- Mật độ năng lượng từ trường: w  (3.6)
 V
(V là thể tích vùng không gian từ trường)
7. 1. 2. Phương pháp giải bài tập
 3 (V là thể tích vùng không gian từ trường)
- Một số chú ý:
+ Với ống dây hình trụ
 2
* Hệ số tự cảm của ống dây: L  0 n V
 B2
* Năng lượng từ trường của ống dây: W  V
 20
 B2
* Mật độ năng lượng từ trường của ống dây: w 
 20
(  là độ từ thẩm của môi trường trong ống dây, không khí:   1; V  Sl : Thể tích của 
ống dây)
 N
+ Kết hợp một số công thức:   BS cos; B   nI   I .
 0 0 I
7. 1. 3. Bài tập vận dụng có lời giải chi tiết.
Bài 1: (HSG TỈNH VĨNH PHÚC 2008 - 2009)
 Thanh kim loại CD chiều dài l=20cm khối lượng m=100g đặt vuông góc với hai 
thanh ray song song nằm ngang và nối với nguồn điện (hình 1). Hệ thống đặt trong từ 
trường đều B hướng thẳng đứng từ trên xuống và B=0,2T. Hệ số ma sát giữa CD và ray 
là k=0,1. Bỏ qua điện trở các thanh ray, điện trở tại nơi tiếp xúc và dòng điện cảm ứng 
trong mạch. Lấy g=10m/s2
a) Biết thanh CD trượt sang trái với gia tốc 
 C
a=3m/s2. Xác định chiều và độ lớn dòng điện I B
qua CD. B
 U
b) Nâng hai đầu A, B của ray lên để ray hợp với 
 o
mặt phẳng ngang góc =30 . Tìm hướng và gia A
 D
tốc chuyển động của thanh, biết thanh bắt đầu Hình 1
chuyển động không vận tốc đầu.
HƯỚNG DẪN GIẢI
a) Các lực tác dụng lên thanh như hình vẽ. 
 5 
ngang một góc   60o . Độ lớn và chiều của B vẫn như cũ. Tính 
vận tốc v của chuyển động đều của thanh AB và UAB.
HƯỚNG DẪN GIẢI
 I R
a) Do thanh đi xuống nên từ thông qua mạch tăng. Áp dụng định 
  
 
luật Lenxơ, dòng điện cảm ứng sinh ra Bcu ngược chiều B (Hình  
 A B B B
vẽ). cu
Áp dụng qui tắc nắm bàn tay phải, I chạy qua R có chiều từ A  B. 
b) Ngay sau khi buông thì thanh AB chỉ chịu tác dụng của trọng lực P  mg nên thanh 
chuyển động nhanh dần  v tăng dần. 
- Đồng thời, do sau đó trong mạch xuất hiện dòng điện I nên thanh AB chịu thêm tác 
dụng của lực từ F  BIl có hướng đi lên. 
  e Blv
- Mặt khác, suất điện động xuất hiện trong AB là: e   Blv nên I   
 t R  r R  r
 B2l 2v
  F 
 R  r
Cho nên khi v tăng dần thì F tăng dần  tồn tại thời điểm mà F=P. Khi đó thanh chuyển 
động thẳng đều. 
 
  F
-Khi thanh chuyển động đều thì: N
 B2l 2v (R  r)mg (0,5  0,5).2.103.9,8 
 F  mg   mg  v    25(m / s) B
 R  r B2l 2 0,22.0,142 I 1
 
 - Hiệu điện thế giữa hai đầu thanh khi đó là:  
 P B
 Blv 0,2.0,14.25 1
U  I.R  .R  .0,5  0,35(V )  
 AB R  r 0,5  0,5 P B
  2
c) Khi để nghiêng hai thanh kim loại ta có hình vẽ bên: 
- Hiện tượng xảy ra tương tự như trường hợp b) khi ta thay P bằng Psin, thay B bằng 
B1 với B1=Bsin. 
- Lập luận tương tự ta có: 
 (Bsin)2 l 2v (R  r)mg sin (0,5  0,5).2.103.9,8.sin 600
 F  mg sin   mg sin  v    28,87(m / s)
 R  r (Bsin)2 l 2 (0,2.sin 60o )2.0,142
 7  hiệu điện thế trên tụ bằng suất điện động cảm ứng: U = E = Blvgh
Bảo toàn năng lượng:
 1 1 1 1 1 1
 CU 2  CU 2  mv2 hay CU 2  CB2l2 v2  mv2
 2 0 2 2 gh 2 0 2 gh 2 gh
 C
 vgh = U
 0 CB2l 2  m
Bài 4: (HSG TỈNH VĨNH PHÚC 2012 - 2013)
 Một dây dẫn cứng có điện trở rất nhỏ, được uốn 
thành khung phẳng ABCD nằm trong mặt phẳng nằm 
ngang, cạnh BA và CD đủ dài, song song nhau, cách 
nhau một khoảng l = 50 cm. Khung được đặt trong một 
từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,5 T, đường sức từ 
hướng vuông góc với mặt phẳng của khung (Hình 4). 
 Hình 4
Thanh kim loại MN có điện trở R= 0,5  có thể trượt 
không ma sát dọc theo hai cạnh AB và CD. 
 1. Hãy tính công suất cơ cần thiết để kéo thanh MN trượt đều với vận tốc v=2 m/s dọc 
theo các thanh AB và CD. So sánh công suất này với công suất tỏa nhiệt trên thanh MN.
 2. Thanh MN đang trượt đều thì ngừng tác dụng lực. Sau đó thanh còn có thể trượt 
thêm 
được đoạn đường bao nhiêu nếu khối lượng của thanh là m = 5 g?
HƯỚNG DẪN GIẢI
1. Khi thanh MN chuyển động thì dòng điện cảm ứng xuất hiện trên thanh theo chiều từ 
MN.
 E Bvl
- Cường độ dòng điện cảm ứng bằng: I   .
 R R
 
- Khi đó lực từ tác dụng lên thanh MN sẽ hướng ngược chiều với v và có độ lớn: 
 B 2l 2v
 F  BIl  .
 t R
- Do thanh MN chuyển động đều nên lực kéo tác dụng lên thanh phải cân bằng với lực 
từ.
 9 HƯỚNG DẪN GIẢI: 
1.a. 
- Khi thanh MN chuyển động trong từ trường, trong thanh xuất hiện một suất điện động 
cảm ứng.
 E =B.l.v =2V. 
- Ta có thể vẽ lại mạch bằng cách thay thế thanh 
MN bởi nguồn điện (E,r) như hình vẽ. 
 M
Khi K mở: hai nguồn E0 và E mắc xung đối, vì 
 E,r I
E0 >E nên dòng điện chạy trong thanh MN đi từ E0,r0 
M đến N. B R
 I1 I
 E  E 2
 I  0  0,4A N
 r  r0
 UMN = E0 – I.r0 =2,4V. 
1.b. Lực kéo nằm ngang cần tác dụng lên thanh để làm cho nó chuyển động đều
 Fk = BIl + μmg = 0,07 N
2. Khi khóa K đóng: Hai nguồn E và E0 mắc song song, mạch ngoài là điện trở R. Giả sử 
dòng điện trong các nhánh như hình vẽ, Áp dụng định luật Ôm ta có:
 E0 U MN E U MN U MN
 I1  ; I2  ; I  
 r0 r R
 và I1 +I2 = I 
 Thay số và giải ra ta được: UMN =- 1,5V và IMN = I2 =0,5A 
Bài 6: (HSG TỈNH VĨNH PHÚC 2015 - 2016)
 Cho mạch điện như hình 6. Ống dây có điện trở R 0 = 1 
Ω và hệ số tự cảm L = 4 μH, nguồn điện có suất điện động E = K
2 V và điện trở trong r = 0,25 Ω, điện trở R = 3 Ω. Bỏ qua điện L 
 E,r R
trở dây nối và khoá K. Ban đầu khóa K đang mở. Ro
 a) Đóng khoá K. Xác định cường độ dòng điện qua ống 
dây, điện trở R và công suất của nguồn điện khi các dòng điện HìnhHìn h6 3
trong mạch đạt ổn định.
 b) Khi khóa K đang đóng, ngắt khoá K, tính nhiệt lượng Q toả ra trên điện trở R từ 
khi khóa K ngắt.
 HƯỚNG DẪN GIẢI
a) Đối với dòng điện không đổi, cuộn cảm không có tác dụng cản trở
 11