HAT PHYSICS LEARNING · VẬT LÍ 12 · KẾT NỐI TRI THỨC

BÀI 19 · ĐIỆN TỪ TRƯỜNG. MÔ HÌNH SÓNG ĐIỆN TỪ

Chương III · SGK trang 82–85 · Điện trường xoáy · Từ trường biến thiên · Sóng điện từ

Mối liên hệ E – B · Mô hình Maxwell📚 SGK tr. 82–853 mô phỏng · 36 tự luyện · 22 kiểm tra
01 · MỤC TIÊU

Vận dụng tổng hợp kiến thức từ trường

Lực từ

Nhận diện chiều lực từ bằng quy tắc bàn tay trái; tính độ lớn \(F=BIl\sin\alpha\) khi đoạn dây nằm trong từ trường đều.

Từ thông và cảm ứng

Chọn pháp tuyến mặt khung rõ ràng; tính từ thông và suất điện động cảm ứng từ độ biến thiên từ thông.

Máy điện

Giải bài tập máy phát xoay chiều, giá trị hiệu dụng và máy biến áp lí tưởng, đúng điều kiện.

Sóng điện từ

Tính \(\lambda=v/f\); phân biệt vận tốc trong môi trường và chân không.

Khởi động: Một khung dây được kéo ra khỏi vùng từ trường đều, một máy phát điện quay nhanh hơn và sóng vô tuyến đi vào môi trường khác. Những đại lượng nào thay đổi? Hãy dự đoán trước khi tính.
Yêu cầu chặt chẽ: Bài tập đều chỉ rõ hướng pháp tuyến, góc, đơn vị và quy ước dấu khi cần; giả thiết lí tưởng được nêu công khai, không tự suy thêm điều kiện.
02 · KIẾN THỨC TRỌNG TÂM

Hệ thống công thức và phương pháp giải

I. Lực từ tác dụng lên dây dẫn thẳng

(20.1) Độ lớn lực từ20.1
\[F=BIl\sin\alpha\]
\(F\) (N); \(B\) (T); \(I\) (A); \(l\) (m); \(\alpha\) là góc giữa chiều dòng điện và \(\vec B\).
Điều kiện: đoạn dây thẳng, từ trường đều; hướng lực vuông góc với dòng điện và \(\vec B\), xác định bằng quy tắc bàn tay trái.

II. Từ thông và suất điện động cảm ứng

(20.2) Từ thông20.2
\[\Phi=BS\cos\theta\]
\(\Phi\) (Wb), \(S\) (m²), \(\theta\) là góc giữa \(\vec B\) với pháp tuyến có hướng của mặt khung.
Nếu chỉ xét độ lớn, dùng \(|\Phi|=BS|\cos\theta|\); không nhầm góc với mặt phẳng khung.
(20.3) Faraday – Lenz20.3
\[e=-N\frac{\Delta\Phi}{\Delta t};\qquad |e|=N\frac{|\Delta\Phi|}{\Delta t}\]
\(N\) số vòng dây; \(\Delta t>0\) (s); dấu âm thể hiện chiều chống lại sự biến thiên từ thông.
Biểu thức tỉ số dùng cho suất điện động trung bình trong khoảng thời gian đã nêu, hoặc tức thời nếu tốc độ biến thiên đều.

III. Máy phát điện, máy biến áp và sóng điện từ

(20.4) Máy phát xoay chiều lí tưởng20.4
\[e=E_0\sin(\omega t+\varphi),\quad E_0=NBS\omega,\quad f=\frac{\omega}{2\pi}\]
Khung có N vòng giống nhau, diện tích S, quay đều với tốc độ góc ω trong từ trường đều; pha ban đầu phụ thuộc cách chọn gốc thời gian.
(20.5) Hiệu dụng và máy biến áp lí tưởng20.5
\[U=\frac{U_0}{\sqrt2},\quad I=\frac{I_0}{\sqrt2};\quad \frac{U_2}{U_1}=\frac{N_2}{N_1}\]
Sóng hình sin; máy biến áp lí tưởng, xét điện áp hiệu dụng và bỏ qua hao phí. Với tải phù hợp: \(U_1I_1=U_2I_2\).
(20.6) Sóng điện từ20.6
\[T=\frac1f,\quad \lambda=\frac vf;\qquad \lambda_0=\frac cf\]
\(c=3\times10^8\) m/s trong chân không; trong môi trường dùng tốc độ \(v\) đã biết. Qua mặt phân cách, tần số không đổi.

IV. Mẫu giải từng bước

Ví dụ 1. Lực từ – dây vuông góc

Dây dài 0,40 m, có dòng I=3 A hướng sang phải trong từ trường đều B=0,50 T hướng vào trang giấy. Tính lực từ và chiều lực.

Lời giải: \(F=BIl=0,50\cdot3\cdot0,40=0,60\,\mathrm N\). Quy tắc bàn tay trái: lực hướng lên trong mặt phẳng giấy.

Ví dụ 2. Lực từ – góc bất kì

Dây thẳng dài 0,50 m mang I=4 A, đặt trong B=0,30 T, góc giữa dòng điện và B là 30°. Tính F.

Lời giải: \(F=0,30\cdot4\cdot0,50\cdot\sin30^\circ=0,30\,\mathrm N\).

Ví dụ 3. Từ thông – góc với pháp tuyến

Mặt khung S=200 cm², từ trường đều B=0,25 T tạo góc 60° với pháp tuyến đã chọn. Tính từ thông.

Lời giải: Đổi \(S=0,020\,\mathrm{m^2}\). \(\Phi=0,25\cdot0,020\cdot\cos60^\circ=2,5\times10^{-3}\,\mathrm{Wb}\).

Ví dụ 4. Từ thông – góc với mặt khung

Khung diện tích 0,040 m² trong B=0,50 T, góc giữa B và mặt phẳng khung là 30°. Tính độ lớn từ thông.

Lời giải: Góc với pháp tuyến là 60°. \(|\Phi|=BS\cos60^\circ=0,010\,\mathrm{Wb}\).

Ví dụ 5. Suất điện động trung bình

Cuộn N=100 vòng, mỗi vòng S=50 cm², pháp tuyến song song B. B tăng đều từ 0,1 T đến 0,5 T trong 0,20 s. Tính |e|.

Lời giải: \(S=0,005\,\mathrm{m^2}\), \(\Delta B=0,4\,\mathrm T\). \(|e|=NS\Delta B/\Delta t=100\cdot0,005\cdot0,4/0,2=1,0\,\mathrm V\).

Ví dụ 6. Máy phát điện xoay chiều

Cuộn 100 vòng, S=100 cm², quay đều 50 vòng/s trong B=0,2 T, trục quay vuông góc B. Tính biên độ suất điện động.

Lời giải: \(S=0,010\,\mathrm{m^2},\ \omega=2\pi f=100\pi\,\mathrm{rad/s}\). \(E_0=NBS\omega=20\pi\approx62,83\,\mathrm V\).

Ví dụ 7. Máy biến áp lí tưởng

Máy biến áp có N₁=500 vòng, N₂=100 vòng, U₁=220 V hiệu dụng. Tính U₂.

Lời giải: \(U_2=U_1N_2/N_1=220\cdot100/500=44\,\mathrm V\). Đây là máy hạ áp.

Ví dụ 8. Sóng điện từ

Sóng vô tuyến f=75 MHz truyền trong chân không với c=3×10⁸ m/s. Tính bước sóng.

Lời giải: \(\lambda=c/f=3\times10^8/(75\times10^6)=4,0\,\mathrm m\).

03 · QUAN SÁT VÀ THÍ NGHIỆM

Ba phòng giải bài tập tương tác

Các công cụ là mô hình tính toán lí tưởng, không phải dữ liệu đo thực nghiệm.

MÔ PHỎNG 01

Lực từ theo góc α

Lực từ F
Nhận xét
MÔ PHỎNG 02

Biến thiên từ thông và suất điện động cảm ứng

Biến thiên từ thông mỗi vòng
Suất điện động cảm ứng trung bình
Giả thiết: từ trường luôn vuông góc mặt khung; diện tích, pháp tuyến không đổi và ΔB xảy ra đều trong khoảng Δt. Độ lớn suất điện động không cho biết chiều nếu chưa xác định chiều pháp tuyến.
MÔ PHỎNG 03

Máy phát và máy biến áp lí tưởng

E₀ (V)
E hiệu dụng (V)
U₂ nếu U₁ = E hiệu dụng
Giả sử máy phát được ghép trực tiếp với máy biến áp lí tưởng và bỏ qua nội trở; điện áp hiệu dụng sơ cấp bằng giá trị hiệu dụng của suất điện động máy phát.
04 · LUYỆN TẬP VÀ KIỂM TRA

36 bài tự luyện theo 6 chủ đề – 22 câu kiểm tra V4

36 Tự luyện
6 Chủ đề
22 Kiểm tra
10 Điểm

Bài tự luyện có giải thích từng câu. Kiểm tra theo 4 dạng: 8 ABCD, 4 Đúng/Sai, 8 trả lời ngắn, 2 tự luận; 10 điểm. Với câu trả lời ngắn, chỉ nhập số, không kèm đơn vị.

Phần A · 36 câu tự luyện theo chủ đề

0/36
Trang 1/6

Phần B · Kiểm tra V4 – 22 câu / 10 điểm

8 ABCD × 0,25 điểm; 4 câu Đúng/Sai bốn ý × tối đa 1,0 điểm (thang 0 / 0,10 / 0,25 / 0,50 / 1,0); 8 trả lời ngắn × 0,25 điểm; 2 tự luận × 1,0 điểm. Phần tự luận chờ giáo viên đối chiếu rubric, không chấm tự động theo văn bản.

05 · SƠ ĐỒ TƯ DUY

Nhận dạng dữ kiện trước khi áp dụng công thức

Từ dạng hiện tượng đến biểu thức, đơn vị và giả thiết.

06 · EM CÓ BIẾT?

Ba lỗi thường khiến kết quả vật lí sai

Góc với mặt phẳng không phải góc với pháp tuyến

Nếu đề cho góc 30° giữa từ trường và mặt phẳng khung, từ thông có độ lớn \(BS\sin30^\circ\), không phải \(BS\cos30^\circ\).

Suất điện động tức thời khác hiệu dụng

Máy phát điện quay đều có suất điện động biến thiên; giá trị cực đại là \(E_0\), giá trị hiệu dụng là \(E_0/\sqrt2\) với dạng hình sin.

Máy biến áp không tạo thêm năng lượng

Tăng điện áp ở thứ cấp không làm tăng công suất trong mô hình lí tưởng: dòng điện thứ cấp giảm tương ứng khi tải xác định.

Truyền sóng qua hai môi trường

Tần số do nguồn xác định không đổi qua mặt phân cách, nhưng tốc độ và bước sóng có thể đổi. Không áp dụng tốc độ chân không cho mọi môi trường.

Thử thách: Một khung dây có từ thông giảm đều theo thời gian. Hãy xác định dấu suất điện động khi đổi chiều quy ước pháp tuyến của khung; giải thích tại sao đại lượng độ lớn suất điện động không thay đổi.