GIÁO ÁN CHI TIẾT Tiết 63. HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức: - Nắm được nguyên nhân làm cho đèn sáng từ từ trong thí nghiệm đóng mạch, đèn lóe sáng lên trong thí nghiệm ngắt mạch là do ống dây. - Hiểu được bản chất của hiện tượng tự cảm khi đóng mạch, khi ngắt mạch. - Nắm được công thức xác định hệ số tự cảm của ống dây và công thức xác định suất điện động cảm ứng. 2. Kĩ năng: - Thao tác được thí nghiệm. - Giải thích được một số hiện tượng vật lí. - Vận dụng được các công thức trong bài để giải bài tập. 3. Thái độ: - Nghiêm túc trong giờ học. - Sôi nổi phát biểu xây dựng bài. - Có ý thức vận dụng kiến thức đã học vào cuộc sống. (Khi mở cầu dao của một mạch điện có chứa động cơ điện, ta thường thấy hồ quang điện (là dòng điện tự cảm khi ngắt mạch) xuất hiện giữa hai cực của cầu dao, có thể gây nguy hiểm cho hệ thống điện. Để khử hồ quang điện khi ngắt mạch, ta thường đặt cầu dao trong dầu để dập tắt hồ quang điện). II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: Bộ thiết bị thí nghiệm về hiện tượng tự cảm khi đóng, ngắt mạch. 2. Học sinh: - Ôn lại định luật Lenxơ về xác định chiều của dòng điện cảm ứng. - Biểu thức suất điện động cảm ứng. III. PHƯƠNG PHÁP LÊN LỚP Sử dụng kết hợp các phương pháp sau: - Phương pháp thuyết trình - Phương pháp dạy học nêu vấn đề kết hợp thí nghiệm biểu diễn và diễn giảng. IV. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC Hoạt động 1: Kiểm tra kiến thức cũ, đặt vấn đề vào bài (10 phút) Hoạt động của GV Hoạt động của HS * Kiểm tra kiến thức cũ: 1. Phát biểu định luật Lenxơ. 2. Viết công thức suất điện động cảm ứng? 3. Làm bài tập 2 trong SGK trang 193 * ĐVĐ: Trong các bài học trước chúng ta đã biết, hiện tượng cảm ứng gây ra dòng điện cảm ứng trong khung dây, trong đoạn dây dẫn và trong vật dẫn hình khối. Hôm nay chúng ta tiếp tục nghiên cứu một dạng nữa của hiện tượng cảm ứng đó là hiện tượng tự cảm. Chúng ta vào bài mới. * Định luật Lenxơ: Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó. * c ΔΦ e = - Δt : độ biến thiên từ thông trong thời gian t. * Bài 2: Tóm tắt: 4 0 20 0,2 5.10 ; 90 ; 5 ? C l cm m B T v m s e Giải: Suất điện động cảm ứng trong thanh dẫn điện chuyển động trong từ trường là: 4 0 4 .sin 5.10 .0,2.5.sin 90 5.10 ( ) C e Blv V Tiết 63. HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM Hoạt động 2: Tìm hiểu hiện tượng tự cảm (15 phút) Hoạt động của GV Hoạt động của HS ND ghi bảng * Thí nghiệm 1: Về hiện tượng tự cảm khi đóng mạch. - Mô tả thí nghiệm: + Thí nghiệm bao gồm một bóng đèn neon, Đ 1 nối với biến trở R, Đ 2 nối với cuộn cảm L và được mắc vào nguồn điện một chiều. + Hai bóng đèn Đ 1 và Đ 2 giống hệt nhau, giá trị biến trở R ở nhánh (1) bằng điện trở thuần của cuộn dây. Trong thí nghiệm này thầy sẽ ngắt khóa K 3 và đóng khóa K 1 , K 2 . Vì vậy sơ đồ TN được vẽ như sau. + Ban đầu khóa K đang mở. Các em hãy dự đoán tốc độ sáng lên của hai bóng đèn khi thầy sẽ đóng khóa K? + Giờ thầy sẽ đóng khóa K và các em hãy quan sát hiện tượng xảy ra đối với hai bóng đèn và cho nhận xét. + Dòng điện ở 2 nhánh tăng lên không như nhau, ở nhánh (2) tăng chậm hơn ở nhánh (1). - Chú ý lắng nghe để nắm được cách bố trí thí nghiệm. - HS dự đoán các kết quả thí nghiệm có thể xảy ra: + Tốc độ hai bóng đèn sáng lên như nhau. + Bóng đèn Đ 2 sáng lên chậm hơn so với Đ 1 . - HS quan sát và nhận xét kết quả thí nghiệm. + Đèn Đ 1 sáng lên ngay. + Đèn Đ 2 sáng lên từ từ. 1. Hiện tượng tự cảm a. Thí nghiệm 1: + Mô tả thí nghiệm + Tiến hành thí nghiệm + Vậy nguyên nhân nào đã ngăn cản không cho dòng điện trong nhánh (2) tăng lên nhanh? Giải thích. - Suy nghĩ trả lời: + Do cuộn dây. + Khi đóng khóa K, dòng điện trong cả hai nhánh đều tăng( lúc đầu i = 0 sau đó i ≠ 0). Trong nhánh (2) dòng điện tăng làm cho từ thông qua ống dây biến đổi, vì vậy xuất hiện dòng điện cảm ứng trong ống dây, theo định luật Lenxơ dòng điện này có tác dụng chống lại nguyên nhân đã gây ra nó,do đó dòng điện trong nhánh (2) không tăng lên nhanh chóng, vì vậy bóng đèn Đ 2 sáng lên từ từ. + Nhận xét: Đèn Đ 1 sáng lên ngay. Đèn Đ 2 sáng lên từ từ. - Yêu cầu HS làm câu C 1 trang 197 - Suy nghĩ và đưa ra câu trả lời: + Sau khi đóng khóa K ít lâu thì độ sáng của 2 đèn là như nhau. + Vì khi dòng điện trong các nhánh đạt đến giá trị không đổi thì từ thông qua ống dây cũng có giá trị không đổi, nên suất điện động cảm ứng trong ống dây bằng 0, do đó 2 đèn có độ sáng như nhau. * Thí nghiệm 2: Về hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch. - Mô tả thí nghiệm: Trong trường hợp này thầy sẽ ngắt khóa K 2 và đóng khóa K 1 , K 3 . Vì vậy sơ đồ thí nghiệm trong trường hợp này - Chú ý lắng nghe để biết cách bố trí thí nghiệm. b.Thí nghiệm 2: + Mô tả thí nghiệm được vẽ như sau. - Thí nghiệm này bao gồm một cuộn cảm L nối tiếp với Đ 2 và một đèn neon được mắc vào một nguồn điện một chiều. Các em hãy quan sát hiện tượng gì sẽ xảy ra khi thầy ngắt khóa K. Các em hãy chú ý đến hiện tượng xảy ra với bóng đèn neon. - Thông báo kết quả thí nghiệm: Thực ra đèn Đ 2 không tắt ngay mà lóe sáng lên rồi mới tắt. Nhưng hiện tượng xảy ra nhanh nên chúng ta không thấy rõ đèn Đ 2 không tắt ngay mà lóe sáng rồi sau đó mới tắt. Thay vào đó thì ta dung bóng đèn neon để thấy rõ hiện tượng. - GV yêu cầu một HS giải thích hiện tượng trên. - HS nhận xét hiện tượng xảy ra với bóng đèn neon Khi ngắt khóa K thì bóng đèn neon lóe sáng. - Suy nghĩ và nêu giải thích. + Khi ngắt khóa K, dòng điện trong mạch giảm làm cho từ thông qua ống dây biến đổi. Vì vậy trong ống dây xuất hiện dòng điện cảm ứng, theo định luật Lenxơ, dòng này cùng chiều với dòng điện trong mạch do nguồn sinh ra, dòng điện này đi qua bóng đèn làm cho bóng + Tiến hành thí nghiệm + Nhận xét: Khi ngắt khóa K ta nhận thấy bóng đèn không tắt ngay mà lóe sáng trước khi tắt. X Đ 2 L, R - + K Đ X X Đ 2 L, R - + K Đ X - Thông báo: Các hiện tượng xảy ra ở 2 thí nghiệm trên đều là hiện tượng cảm ứng điện từ, nhưng nguyên nhân dẫn đến các hiện tượng đó lại chính là sự biến đổi dòng điện trong mạch ta đang khảo sát, người ta gọi đó là hiện tượng tự cảm. - Một em hãy nhắc lại hiện tượng tự cảm là gì? đèn lóe sáng rồi mới tắt. - Tiếp thu và ghi nhớ. - HS nhắc lại 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. c. Hiện tượng tự cảm (SGK). Hoạt động 3: Tìm hiểu hệ số tự cảm và suất điện động tự cảm (17 phút) Hoạt động của GV Hoạt động của HS ND ghi bảng - Thông báo: Suất điện động xuất hiện do hiện tượng tự cảm gọi là suất điện động tự cảm. - Bản chất của hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng từ nên ta có thể dựa vào biểu thức c tc e e c t e Tuy nhiên, nguyên nhân trực tiếp của hiện tượng tự cảm là do biến thiên dòng điện i ta phải tìm mối quan hệ giữa từ thông à v i trong mạch. GV yêu cầu HS: Nêu công thức xác định cảm ứng từ B của dòng điện trong ống - Lắng nghe và ghi nhớ. - Suy nghĩ trả lời. + Cảm ứng từ của dòng điện trong ống dây: 2. Suất điện động tự cảm a. Hệ số tự cảm: dây. B = 4.10 -7 nI Trong đó: n:… I:… (?) Có nhận xét gì về mối quan hệ giữa B và I? Từ thông qua diện tích của mạch tỉ lệ với từ trường do dòng điện đó sinh ra. (?) Rút ra mối quan hệ giữa và I? - Thông báo: Từ thông qua diện tích của mạch điện tỉ lệ với cường độ dòng điện trong mạch đó nên ta có thể viết: = Li . * Chú ý HS: Ở đây chúng ta xét dòng điện i là dòng điện biến đổi, còn I là dòng điện không đổi. Li : gọi là từ thông riêng (dòng điện này gây ra từ trường, từ trường này gây ra một từ thông qua mạch kín). - Trong biểu thức (1) ta có: L là hệ số tỉ lệ và được gọi là hệ số tự cảm. - Đơn vị của L trong hệ SI là Henri, kí hiệu là H. B = 4 .10 -7 nI Trong đó: n: số vòng trên 1m chiều dài I: dòng điện chạy qua ống dây - Suy nghĩ trả lời. + B tỉ lệ với I ~B I - Suy nghĩ trả lời. B ~ I Φ ~ I Φ ~ B - Tiếp thu và ghi nhớ. + Từ thông của từ trường do dòng điện gây ra trong mạch: (1) + L: Hệ số tự cảm Trong hệ SI, đơn vị của L: Henri (H) Ký hiệu: = Li (cuộn cảm) - Biểu thức độ tự cảm của ống dây đặt trong không khí: L = 4.10 -7 .n 2 V V: thể tích ống dây n: số vòng dây trên một đơn vị chiều dài ống dây. - Yêu cầu HS làm câu hỏi C 2 trang 198. - Yêu cầu HS suy nghĩ và trả lời câu hỏi C3 trang 198. - Lưu ý HS: + Công thức (1) đúng cho mọi dòng điện có dạng khác - Suy nghĩ trả lời câu hỏi. + Nếu ống dây có N vòng và diện tích mỗi vòng là S thì: = NBS + Gọi l là chiều dài ống dây, n là số vòng dây trên 1 đơn vị độ dài thì: .N n l . . . . .n B l S n BV + Trong đó : 7 4 .10 .B ni 27 . 4 .10 . .n i V + Từ (1) ta có được -7 2 Φ L = 4π.10 n V i - Suy nghĩ và nêu câu trả lời. + Chỉ áp dụng cho trường hợp ống dây không có lõi sắt nghĩa là hình 41.3a. Vì công thức (2) được thiết lập chỉ cho trường hợp ống dây đặt trong môi trường không khí. + Nếu ống dây đặt trong không khí, ta có: (2) Trong đó: Hoặc: Chú ý: Công thức: -7 2 L = 4π.10 n V : chỉ áp dụng cho trường hợp ống dây không có lõi sắt. Đối với ống dây có lõi sắt: -7 2 L = 4π.10 .n V V: …. n: …. 7 2 4 .10 .L n V 2 7 4 .10 . . N L S l , l N vòng nhau. + Công thức (2) chỉ áp dụng cho ống dây đặt trong môi trường không khí. - Thông báo nội dung định nghĩa suất điện động tự cảm: Suất điện động được sinh ra do hiện tượng tự cảm gọi là suất điện động tự cảm. - Vì bản chất của hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ nên để thành lập công thức tính suất điện động tự cảm ta xuất phát từ công thức xác định suất điện động cảm ứng. ? Một em hãy nêu biểu thức suất điện động cảm ứng ? - Đối với ống dây không có lõi sắt từ thì hệ số tự cảm L là đại lượng không đổi. Do đó ta có: ΔΦ = ? - Yêu cầu HS xây dựng công thức tính suất điện động tự cảm. - Tiếp thu và ghi nhớ. Δ c Δt e Trong đó ΔΦ = LΔi - Nên suất điện động tự cảm: tc Δi e L Δt 2 -7 N L = 4π.10 . S l Trong đó: : Độ từ thẩm (cỡ 10 4 ) Đăc trưng cho từ tính của lõi sắt. Ký hiệu: b. Suất điện động tự cảm: - Định nghĩa: (SGK). - Ta có: Δ c Δt e Trường hợp ống dây không có lõi sắt từ thì L không đổi, khi đó: ΔΦ = LΔi Suy ra: tc Δi e L Δt L Hoạt động 4: Củng cố và giao nhiệm vụ học tập Hoạt động của GV Hoạt động của HS - Nêu câu hỏi củng cố bài học: + Nêu một vài hiện tượng tự cảm. + Suất điện động tự cảm phụ thuộc vào những yếu tố nào? - Nhiệm vụ: + Làm bài tập 1,2,3 SGK/199. + Chuẩn bị trước bài 42. - Hiện tượng tự cảm xảy ra khi ta đóng hay ngắt mạch điện có ống dây. - tc Le Và Δi tc Δt e tốc độ biến thiên của dòng điện trong mạch điện. - Nhận nhiệm vụ học tập. . nhớ. - HS nhắc lại 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. c. Hiện tượng tự cảm (SGK). Hoạt. dung định nghĩa suất điện động tự cảm: Suất điện động được sinh ra do hiện tượng tự cảm gọi là suất điện động tự cảm. - Vì bản chất của hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ nên để thành. củng cố bài học: + Nêu một vài hiện tượng tự cảm. + Suất điện động tự cảm phụ thuộc vào những yếu tố nào? - Nhiệm vụ: + Làm bài tập 1,2,3 SGK/199. + Chuẩn bị trước bài 42. - Hiện tượng tự cảm xảy