Vật lý 11

Giáo án bài 39: Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động. Giáo viên hướng dẫn: Cô Hoàng Yến. Giáo sinh thực tập: Nguyễn Thùy Dương. Ngày dạy: 08/03/2010. I. Mục tiêu: - Trình bày được thí nghiệm về hiện tượng xuất hiện suất điện động cảm ứng ở một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường. - Vận dụng được quy tắc bàn tay phải xác định chiều từ cực âm sang cực dương của suất điện động trong đoạn dây. - Vận dụng được công thức xác định độ lớn của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây. - Trình bày được nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của máy phát điện xoay chiều, máy phát điện một chiều. II. Chuẩn bị 1. Giáo viên: - Powerpoint tiến hành thí nghiệm và mô hình máy phát điện xoay chiều. 2. Học sinh: - Ôn lại máy phát điện xoay chiều đã học ở THCS. III. Các hoạt động trên lớp Hoạt động 1: kiểm tra bài cũ Nội dung Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh ? Một em lên bảng phát biểu định luật Len – xơ và xác định chiều dòng điện trong bài tập sau: Cho một nam châm thẳng rơi theo phương thẳng đứng qua tâm O của vòng tròn dây dẫn nằm ngang như trên hình vẽ. Hỏi chiều của dòng điện cảm ứng trong vòng dây? -HS trả lời. 1 S N ? Viết biểu thức tính suất điện động cảm ứng trong một mạch kín? -HS trả lời. Hoạt động 2: Tìm hiểu suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động. + Thí nghiệm + Nhận xét: Khi đoạn dây MN chuyển động cắt các đường sức từ nhưng không mối với hai thanh ray, thì trong đoạn dây đó vẫn xuất hiện suất điện động cảm ứng. Trong tiết học trước chúng ta đã tìm hiểu về suất điện động cảm ứng trong một mạch kín, và hôm nay cô cùng các em sẽ tìm hiểu tiếp xem suất điện động trong một đoạn dây dẫn chuyển động, thì như thế nào nhé. -Mô tả thí nghiệm: Thí nghiệm gồm hai thanh ray dẫn điện , một điện kế, và một đoạn dây dẫn cứng MN có thể chuyển động được. Từ trường đều hướng từ trên xuống dưới. - Sơ đồ thí nghiệm: M Q B  v  P N -Hai thanh ray MQ và NP không có điện, điện kế dùng để kiểm tra xem có dòng điện chạy qua hay không và đoạn dây dẫn MN có thể chuyển động dọc theo MQ và NP nhưng vẫn tiếp xúc điện với hai thanh HS: Quan sát nhận xét HS: Kim điện kế bị lệch khỏi vạch số 0 và có suất điện động cảm ứng trong + 2 ray này. ?Các em hãy quan sát kim của điện kế khi cô cho đoạn dây dẫn MN chuyển động và cho cô nhận xét. ? Kim điện kế bị lệch chứng tỏ điều gì? ?Khi cô cho đoạn dây MN dừng chuyển động thì các em có nhận xét gì về dòng điện cảm ứng lúc này? -Nhận xét: Khi cô cho MN chuyển động thì trong mạch có xuất hiện dòng điện, tức là có suất điện động cảm ứng. Nhưng khi cô cho đoạn dây MN dừng chuyển động thì cũng không có dòng điện cảm ứng, tức là không có suất điện động cảm ứng trong mạch. ? Các em quan sát hình vẽ và cho cô biết, em có nhận xét gì giữa vecto B và đoạn dây MN (và vận tốc v) khi MN chuyển động? ?Các em hãy quan sát thí nghiệm sau khi MN chuyển động và không cắt các đường sức từ thì có dòng điện qua dây không? Khi đoạn dây MN chuyển động cắt các đường sức từ và tiếp xúc với hai thanh ray thì trong đoạn dây đó xuất hiện suất điện động cảm ứng. Nhưng nếu bỏ hai thanh ray đi và cho MN chuyển động thì trong mạch có xuất hiện dòng điện hay không? Cô sẽ giải thích rõ hơn cho các em ở mục sau. mạch. -HS: khi đoạn dây MN dừng chuyển động thì không có dòng điện cảm ứng trong mạch. HS: Đoạn dây MN cắt các đường sức từ ( ⊥ B  MN và vB   ⊥ ). HS: Không. Hoạt động 3: Quy tắc bàn tay phải Quy tắc bàn tay phải: Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngón tay cái choãi ra 90 0 hướng theo chiều chuyển Trở lại thí nghiệm theo sơ đồ trên, và coi rằng MN đóng vai trò là nguồn điện trong mạch. Vậy thì, trong hai đầu M, N của đoạn dây thì đầu nào là cực dương, đầu nào là cực âm? Theo các em, để xác định cực dương và cực âm của đoạn dây dẫn MN, ta có thể dùng quy tắc nào để thuận lợi nhất? -Muốn xác định cực dương và cực âm của HS:Quy tắc bàn tay phải. 3 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 đoạn dây dẫn MN, các em làm như sau: B1: Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngón tay cái choãi ra 90 0 hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây. B2: Xác định chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay. Đó chính là chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn điện. ?Vậy, theo các em trong thí nghiệm trên thì khi đoạn dây MN chuyển động về bên trái, chiều của dòng điện cảm ứng có chiều là gì? ?Một em đọc quy tắc cho cô. HS: Chiều dòng điện cảm ứng khi MN chuyển động về bên trái là MNPQM. Hoạt động 4: Biểu thức suất điện động cảm ứng trong đoạn dây. Công thức tổng quát: t e c ∆ ∆Φ = -Trường hợp v  vuông góc với B  và v  và B  cùng vuông góc với đoạn dây thì: c e =Blv. - Khi đoạn dây dẫn không cắt các đường sức từ thì suất điện động cảm ứng trong Suất điện động cảm ứng trong mạch chính là suất điện động cảm ứng trong đoạn dây chuyển động. Vì vậy, ta suy ra suất điện động cảm ứng trong đoạn dây chuyển động có độ lớn là: t e c ∆ ∆Φ = , ∆Φ được hiểu là từ thông được quét bởi đoạn dây đó trong thời gian t ∆ . Bây giờ, cô sẽ giải thích câu hỏi đặt ra trong mục 1 về sự xuất hiện của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn MN. Các em hãy quan sát hình vẽ sau và trả lời câu hỏi: ? Trong đoạn dây MN có vô số electron tự do, khi đoạn MN chuyển động thì các HS: Ghi bài. HS: Có. Và chuyển động với cùng vận tốc v như đoạn dây. 4 ống dây bằng 0. - Khi v  và B  cùng vuông góc với đoạn dây, đồng thời v  hợp với B  một góc θ thì: θ sinBlve c = . electron đó có chuyển động hay không? ?Electron mang điện tích âm, theo quy tắc bàn tay trái, em nào cho cô biết, lực Lo-ren-xơ tác dụng lên electron có chiều như thế nào? Lực Lo-ren-xơ tác dụng lên electron có chiều từ N đến M, do đó M là cực âm, N là cực dương của nguồn. Khi nối đoạn dây thành mạch kín thì dòng điện trong mạch có chiều NPQM. Khi đó, trong mạch sẽ xuất hiện suất điện động cảm ứng. Cũng từ đó, ta thấy đầu M của đoạn dây thừa electron, đầu N của đoạn dây thiếu electron. Trong đoạn dây MN xuất hiện điện trường E  . Ta gọi điện trường này là điện trường cảm ứng. Lúc này, ngoài lực Lo-ren-xơ f  , còn có lực điện trường cảm ứng F  tác dụng lên electron. Hai lực này ngược chiều nhau, sau khoảng thời gian rất ngắn, hai lực này cân bằng nhau. Và điện trường cảm ứng giữ giá trị ổn định. Khi hai lực f  và F  cân bằng nhau thì ta sẽ có biểu thức: eBv = eE hay E = Bv, trong đó e là độ lớn điện tích của electron. ? Em nào cho cô biết công thức liên hệ giữa E và U trong công thức (4.5) trong chương I là gì? Ở đây, d chính bằng l (chiều dài của đoạn dây MN), ta có thể viết: U = E.l = l.B.v Trong trường hợp mạch hở thì độ lớn hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện bằng độ lớn suất điện động của nguồn. Từ đó ta suy ra công thức: c e =Blv (khi v  HS: Có chiều từ N đến M. HS: d U E = 5 vuông góc với B  và v  và B  cùng vuông góc với đoạn dây). -Khi v  và B  cùng vuông góc với đoạn dây, đồng thời v  hợp với B  một góc θ thì: θ sinBlve c = . Hoạt động 5: Máy phát điện xoay chiều và một chiều Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều và một chiều. Cấu tạo: Gồm hai bộ phận cơ bản: +Phần cảm:tạo ra từ trường, thường là nam châm điện. +Phần ứng: tạo ra suất điện động cảm ứng, là một khung dây gồm nhiều vòng dây. Một trong hai phần có thể quay quanh một trục, gọi là rôto. Phần kia đứng yên gọi là stato. Khi khung dây quay, các cạnh AD, BC cắt các đường sức từ, tạo ra suất điện động cảm ứng trong các đoạn dây. Hai đầu khung dây nối với hai vòng đồng, hai vòng đồng tiếp xúc với hai chổi quét Q. Mỗi chổi quét là một cực của máy phát điện. Dòng điện đưa ra mạch ngoài là dòng điện có chiều thay đổi theo thời gian. Vì vậy gọi là máy phát điện xoay chiều. -Máy phát điện một chiều cũng có cấu tạo giống máy phát điện xoay chiều, nhưng Khi khung quay, trong khung xuất hiện suất điện động cảm ứng. Hai bán khuyên bằng đồng tiếp xúc với hai chổi quét Q. Mỗi chổi quét là một cực của máy. Dòng điện được đưa ra mạch ngoài có chiều không đổi. Các kiến thức cần nhớ trong bài học này: -Suất điện động cảm ứng và biểu thức -HS quan sát và nghe GV giới thiệu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động. 6 tính suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động. -Quy tắc bàn tay phải. -Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều và một chiều. Hoạt động 6: Vận dụng, củng cố. Câu 1: Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường không phụ thuộc vào: A. Chiều dài của đoạn dây. B. Điện trở của dây. C. Hướng của từ trường. D. Vận tốc của dây. Câu 2: Vòng dây chuyển động song song với từ trường đều. Suất điện động cảm ứng của vòng dây: A. Phụ thuộc vào diện tích của vòng. B. Bằng 0. C. Phụ thuộc vào hình dạng của vòng. D. Phụ thuộc vào độ lớn của vecto cảm ứng của từ trường. Câu 3: Một thanh dẫn điện dài 20cm chuyển động tịnh tiến trong từ trường đều, cảm ứng từ B = 5.10 -4 T. Vecto vận tốc của thanh vuông góc với vecto cảm ứng từ và có độ lớn bằng 5 m/s. Coi vận tốc vuông góc với thanh dẫn. Suất điện động cảm ứng trong thanh là: A. 2,5.10 -4 V. B. 5.10 -4 V. C. 2,5.10 -3 V. D. 5.10 -3 V Làm bài 3, 4 trong SGK. -HS cùng trả lời. 7