PHÁT TRIỂN BÀI TẬP CHUYỂN ĐỘNG CỦA THANH DẪN TRONG TỪ TRƯỜNG

PHÁT TRIỂN BÀI TẬP CHUYỂN ĐỘNG CỦA THANH DẪN TRONG TỪ TRƯỜNG Võ Thị Hoàng Anh Tổ: Vật lý Trong thực tế dạy học vật lý học sinh thường gặp nhiều tập dạng, chúng khác cách cho giả thiết kết luận, khác cách diễn đạt lại dùng công thức, kiến thức giống để lập luận tìm lời giải Vì dạy học vật lý việc phát triển học cần thiết, việc giúp giáo viên rèn luyện lực tư duy, lực sáng tạo giúp học sinh nhận tập tập tổng hợp từ định hướng phương pháp giải Ngoài kỹ phát triển tập giúp giáo viên có phương pháp dạy học linh hoạt phù hợp với đối tượng học sinh, đáp ứng dạy học phân hóa Mặt khác tượng cảm ứng điện từ có nhiều ứng dụng kỹ thuật, kiến thức trọng tâm chương trình vật lý 11 dã khai thác nhiều đề thi tuyển chọn học sinh giỏi cấp Bài tập Một dẫn điện dài 30 cm chuyển động thẳng từ trường đều, cảm ứng từ B = 5.10-2 T Véc tơ vận tốc vuông góc với véc tơ cảm ứng từ có độ lớn 10m/s Tìm suất điện động cảm ứng * Hướng dẫn giải: Khi chuyển động từ thông qua phần diện tích mà quét ∆φ = Blv∆tSinθ ; Suất điện động cảm ứng ec = ∆Φ = BvlSinθ = 5.10−2.10.0,3.Sin90Ο = 15.10−2 V ∆t Chiều suất điện động cảm ứng tuân theo quy tắc bàn tay phải “Để bàn tay phải hứng đường cảm ứng từ, ngón tay choãi hướng theo chiều chuyển động dẫn, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chiều qua nguồn tương đương từ cực âm sang cực dương” Phát triển BTCB để BTCB BTTH a Phát triển giả thuyết Ví dụ: Một dẫn điện dài 30 cm chuyển động thẳng từ trường đều, 20 m thời gian 2s, cảm ứng từ B = 5.10 -2 T Véc tơ vận tốc hợp với véc tơ cảm ứng từ góc 300 Tìm suất điện động cảm ứng * Hướng dẫn giải Vận tốc v = s/t = 20/2 = 10m/s Suất điện động cảm ứng eC = Bvl sin300 = 5.10-2 10.0,3.sin300 = 7,5.10-2 V Chiều tuân theo quy tắc bàn tay phải b Bổ sung giả thuyết phát triển kết luận Ví dụ: Một dẫn điện dài 30 cm chuyển động thẳng từ trường đều, cảm ứng từ B = 5.10-2 T Véc tơ vận tốc vuông góc với véc tơ cảm ứng từ có độ lớn 10m/s Nối hai đầu với điện trở R=10 Ω , bỏ qua điện trở dây nối, điện trở Tìm cường độ dòng điện chạy qua điện trở * Hướng dẫn giải: Suất điện động cảm ứng ec = BvlSinθ = 5.10−2.10.0,3.Sin90Ο = 15.10−2V Áp dụng định luật ôm cho toàn mạch ta có: I= eC = 15.10−3 A = 15mA R c Phát triển giả thuyết phát triển kết luận Ví dụ 1: Vẫn giữ nguyên tính chất chuyển động thẳng bổ sung giả thuyết: mắc nguồn vào đầu hai thanh; kết luận: hỏi cường độ dòng điện mạch Đề bài: Hai dây dẫn thẳng song song có diện trở không đáng kể đặt mặt phẳng ngang đầu nối vào nguồn điện E = 3V điện trở r = Ω Một kim loại AB có chiều dài l = 20cm có điện trở R=1 Ω đặt vuông góc với hai dây dẫn nói trên, trượt không ma sát dọc theo hai dây dẫn với vận tốc v = 20m/s ur Mạch đặt từ trường có cảm ứng từ B = 0,5T B có hướng thẳng đứng chiều hướng xuống (Hình1) a Tính cường độ dòng điện chạy qua mạch b Tính độ lớn chiều lực phải tác dụng vào để chuyển động thẳng với vận tốc u r B E; r B u r V A (Hình 1) * Hướng dẫn giải: a Suất điện động cảm ứng AB Khi chuyển động eC = Bvl Sin θ = 0,5.20.0,2sin900 = V Ap dụng quy tắc bàn tay phải ta xác định chiều suất điện động cảm ứng AB cực dương B cực âm A Vậy hai nguồn E eC mác nối tiếp nên áp dụng định luất ôm cho toàn mạch ta có I = ξ + eC = 2,5 A R+r b Để chuyển động thẳng lực tác dụng lên phải cân với lực từ tác dụng lên F=BIlsina = 0,5.2,5.0,2.sin900 = 0,25N Ta phát triển tập cách đổi chiều từ trường theo chiều ngược lại hai nguồn mắc sung đối Vẫn giữ nguyên tính chất chuyển động thẳng bổ sung giả thuyết: mắc tụ vào đầu hai thanh; kết luận: hỏi điện tích tụ Ví dụ 2: Thay đổi tính chất chuyển động thành chuyển động rơi; bổ sung giả thuyết: mắc điện trở vào đầu hai thanh; kết luận: mô tả chuyển động tìm vận tốc vận tốc đạt giá trị cực đại Đề bài: Hai kim loại song song thẳng đứng có điện trở không đáng kể, hai đầu nối với điện trở R=5 Ω Một dẫn AB có chiều dài l = 20 cm có khối lượng m = 2g, điện trở r = 1,5 Ω tì vào hai kim loại Thanh AB tự trượt không ma sát xuống vuông góc với hai kim loại Toàn hệ thống đặt từ trường có hướng vuông góc với mặt phẳng chứa hai kim loại, có độ lớn B = 0,2T; g =10m/s2 (hình 2) Chứng tỏ ban đầu kim loại AB chuyển động nhanh dần, sau thời gian chuyển động đều, tìm vận tốc chuyển động đều? * Hướng dẫn giải: Thanh chuyển động xuống nhanh dần tác dụng trọng lực, có vận tốc khác không có suất điện động cảm ứng eC = Bvl sin900 = Bvl tăng dần Áp dụng định luật ôm cho toàn mạch ta có: I= eC Bvl = tăng dần R+r R+r R Áp dụng quy tắc bàn tay phải ta thấy chiều dòng điện cảm ứng qua R có chiều từ B đến A, lực từ tác dụng lên AB tăng dần áp dụng quy tắc bàn tay trái ta thấy lực từ thẳng A đứng, hướng lên Để chuyển động thẳng độ lớn lực từ tác dụng lên độ lớn lực tác dụng lên P= mg = BIl sin900 ⇒ mg = B l 2υ mg ( R + r ) 0,002.10(0,5 + 1,5) ⇒υ = = = 25m / s R+r B 2l 0,2 2.0,2 u r B u r V (hình 2) B Thay đổi tính chất chuyển động thành chuyển động rơi; bổ sung giả thuyết: mắc nguồn điện vào đầu hai thanh; kết luận: mô tả chuyển động tìm vận tốc vận tốc đạt giá trị cực đại Thay đổi tính chất chuyển động thành chuyển động rơi; bổ sung giả thuyết: mắc tụ điện vào đầu hai thanh; kết luận: mô tả chuyển động tìm gia tốc Ví dụ 3: Thay đổi tính chất chuyển động thành chuyển động trượt mặt phẳng nghiêng; bổ sung giả thuyết: mắc tụ điện vào đầu hai thanh; kết luận: mô tả chuyển động tìm gia tốc Đề bài: Hai kim loại song song nằm mặt phẳng nghiêng với góc nghiêng ỏ so với mặt phẳng ngang Một đầu hai kim loại nối với tụ điện C Một dẫn AB có độ dài l khối lượng m tì vào hai kim loại, trượt không ma sát xuống AB vuông góc với hai kim loại Toàn hệ thống đặt từ trường có véc tơ cảm ứng từ B thẳng đứng hướng xuống, bỏ qua tất diện trở (hình 3) Tìm gia tốc kim loại? u r B C → N B → F A → P ỏ AB ỏ * Hướng dẫn giải: (hình 3) Thanh chuyển động xuống nhanh dần tác dụng thành phần trọng lực, có vận tốc v khác không có suất điện động cảm ứng eC = Bvl cos α ; tăng dần suất điện động cảm ứng tích điện cho tụ điện tích q = Cec = CBvlCosα v thay đổi theo thời gian nên điện tích q tụ thay đổi theo thời gian, tức mạch có dịch chuyển điện tích, hay mạch có dòng điện Ta có I= ∆q CBl∆v cos α = = CBla cos α ∆t ∆t Lực từ tác dụng lên AB F = BIl = CB2l2acosỏ Phương trình định luật II Niutơn cho AB ta có → → → → P + N + F = m a (1) Chiếu phương trình (1) lên phương chuyển động ta có P sin α − F cos α = mα ⇒ mg sin α − CB 2l 2α Cos 2α = ma ⇒ a = mg sin α m + CB l cos α Thay đổi tính chất chuyển động thành chuyển động trượt mặt phẳng nghiêng; bổ sung giả thuyết: mắc điện trở vào đầu hai thanh; kết luận: mô tả chuyển động tìm vận tốc cực đại Ví dụ 4: Thay đổi tính chất chuyển động thành chuyển động quay; bổ sung giả thuyết: mắc điện trở vào hai đầu thanh; kết luận: Tìm cường độ dòng điện qua qua điện trở Đề bài: Một vòng dây dẫn có đường kính d đặt từ trường có → cảm ứng từ B song song với trục vòng dây hai kim loại AO OC có đầu gắn với trục qua O vuông góc với mặt phẳng vòng dây; hai tiếp xúc điện với vòng dây Ban đầu hai tiếp xúc với nhau, sau đứng yên quay quanh O với tốc độ góc ω (hình 4) Tìm cường độ dòng điện qua hai qua vòng dây dẫn sau thời gian t Cho biết điện trở đơn vị độ dài kim loại vòng dây dẫn r Bây cho hai quay với tốc độ góc ω tốc độ góc ω ( ω 1> ω 2) Tìm cường độ dòng điện qua hai qua vòng dây dẫn sau thời gian t Xét hai trường hợp a Hai quay chiều b Hai quay ngược chiều * Hướng dẫn giải: Khi OC quay từ thông qua phần diện tích mà quét thời gian ∆t ∆Φ = B∆S = Bd 2ω∆t / ∆S = (d / 4)(∆ϕ / 2) Suất điện động cảm ứng OC eC = ∆φ Bd 2ω = ∆t Tại thời điểm t mạch điện tương đương ba đoạn mạch mắc song song đoạn mạch AOC có suất điện động eC ; có điện trở R1 = d.r mắc song song với hai đoạn mạch: đoạn mạch A1C có điện trở rdωt / đoạn mạch A2C có điện trở (π d − dωt / 2)r Áp dụng định luật ôm cho toàn mạch ta có dòng điện qua hai OA OC (hình 4) I= Bωd ω t ⇒ U AC = eC − Id r 4(2 + ωt − )r 2π Dòng điện qua đoạn mạch A1C I = (1 − Dòng điện qua đoạn mạch A2C I = ωt )I 2π ωt I 2π Khi hai quay suất điện động hai e1 = ∆φ1 Bd 2ω1 = ∆t e2 = ∆φ Bd 2ω = ∆t a hai quay chiều tương đương với hai nguồn mắc xung đối nên suất điện động nguồn Bd (ω1 − ω ) ; đặt ω0 = ω1 − ω2 đoạn mạch A1C có điện trở rdωt / đoạn mạch A2C có điện trở (π d − dωt / 2)r e = e1 − e2 = Tương tự ta có cường độ dòng điện qua hai qua đoạn mạch I= Bω d ω t ⇒ U AC = eC − Id r 4(2 + ω t − )r 2π Dòng điện qua đoạn mạch A1C I = (1 − Dòng điện qua đoạn mạch A2C I = ω0t )I 2π ω0 t I 2π b Hai quay ngược chiều tương đương với hai nguồn mắc nối tiếp nên suất điện động nguồn Bd (ω1 + ω ) ;đặt ω0 = ω1 + ω2 đoạn mạch A1C có điện trở rdωt / đoạn mạch A2C có điện trở (π d − dωt / 2)r e = e1 + e2 = Tương tự ta có cường độ dòng điện qua hai qua đoạn mạch I= Bω d ω t ⇒ U AC = eC − Id r 4(2 + ω t − )r 2π ω0t )I 2π ωt Dòng điện qua đoạn mạch A2C I = I 2π Dòng điện qua đoạn mạch A1C I = (1 − * Kết luận: Việc vận dụng phát triển tập chuyển động dẫn từ trường vào dạt học chương “Cảm ứng điện từ” lớp 11 rèn luyện lực tư sáng tạo học sinh Dưới hướng dẫn giáo viên học sinh xây dựng tập tương tự tập giải, từ hình thành nămh lực nhận dạng phân loại tập cho học sinh, rút ngắn thời gian giải tập ... dụng phát triển tập chuyển động dẫn từ trường vào dạt học chương “Cảm ứng điện từ lớp 11 rèn luyện lực tư sáng tạo học sinh Dưới hướng dẫn giáo viên học sinh xây dựng tập tương tự tập giải, từ. .. chuyển động nhanh dần, sau thời gian chuyển động đều, tìm vận tốc chuyển động đều? * Hướng dẫn giải: Thanh chuyển động xuống nhanh dần tác dụng trọng lực, có vận tốc khác không có suất điện động. .. chất chuyển động thành chuyển động rơi; bổ sung giả thuyết: mắc nguồn điện vào đầu hai thanh; kết luận: mô tả chuyển động tìm vận tốc vận tốc đạt giá trị cực đại Thay đổi tính chất chuyển động