Soạn thảo tiến trình dạy học giải quyết vấn đề bài từ thông, cảm ứng điện từ

Soạn thảo tiến trình dạy học giải quyết vấn đề bài từ thông, cảm ứng điện từ

G ĐẠI HỌC TÂY NGUYÊN KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ

BỘ MÔN VẬT LÝ



Bài tiểu luận:

SOẠN THẢO TIẾN TRÌNH DẠY HỌC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ BÀI “ TỪ

THÔNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ”.

Đăk Lăk, năm 2010 Nhóm 2

Giáo viên hướng dẫn: ThS Phùng Việt Hải

Bài 23: TỪ THÔNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ.

I Các kết luận cần xây dựng và câu hỏi tương ứng

o Kết luận 1: Khi từ thông qua mạch kín biến thiên thì trong mạch kín đó

xuất hiện một dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ

o Câu hỏi 1: Trong điều kiện nào thì từ trường gây ra dòng điện? Hiện tượng

đó được gọi là gì?

o Kết luận 2: Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho

từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín

o Câu hỏi 2: Dòng điện cảm ứng trong một mạch kín có chiều như thế nào?

o Kết luận 3: Dòng điện cảm ứng được sinh ra ở trong khối vật dẫn khi vật

dẫn chuyển động trong từ trường hay được đặt trong một từ trường biến đổi theo thời gian là dòng điện Foucault

o Câu hỏi 3: Dòng điện foucault là dòng điện như thế nào?

II Sơ đồ tiến trình xây dựng từng đơn vị kiến thức kiến thức.

1 Đơn vị kiến thức 1: Hiện tượng cảm ứng điện từ.

Kiến thức xuất phát:

– Từ thông mô tả mô tả số đường sức qua mặt kín S đặt trong từ trường B là:

φ = BScosα .

– Khi một trong các đại lượng B, S, α , biến thiên thì từ thông biến thiên

– Dòng điện gây ra từ trường

Vấn đề:

Trong điều kiện nào thì từ trường gây ra dòng điện?

Hiện tượng đó được gọi là gì?

Giải pháp:

– Tiến hành các thí nghiệm:

– Suy luận lý thuyết

Thực hiện giải pháp:

Thí nghiệm 1: Cho một nam châm dịch chuyển lại gần một mạch kín (C)

trong (C) xuất hiện dòng điện i ngược với chiều dương đã chọn

khi nam châm ngừng chuyển động thì dòng điện i tắt

Thí nghiệm 2 : Cho nam châm dịch chuyển ra xa (C)

trong (C) xuất hiện dòng điện i

i cùng chiều với chiều dương đã chọn

Thí nghiệm 3: Cho nam châm đứng yên, mạch (C) dịch chuyển lại gần hay xa nam châm

trong (C) cũng xuất hiện dòng điện i lần lượt ngược chiều và cùng chiều với chiều dương đã chọn

Thí nghiệm 4: Thay nam châm ở các thí nghiệm trên bằng nam châm điện, thay đổi cường độ dòng điện qua nam châm điện

trong ( C ) cũng xuất hiện dòng điện i

Tất cả các thí nghiệm trên đều có đặc điểm là từ thông qua mạch kín (C) biến thiên

Kết luận:

– Khi từ thông qua mạch kín biến thiên thì trong mạch kín đó xuất hiện một dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ

2 Đơn vị kiến thức 2: Định luật Lentz về chiều dòng điện cảm ứng.

Kiến thức xuất phát:

– Khi từ thông qua mách kín biến thiên thì trong mạch kín xuất hiện dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng

Vấn đề:

Dòng điện cảm ứng có chiều như thế nào?

Giải pháp:

– Xét lại hai thí nghiệm 1 và 2 ở tiết một

– So sánh chiều của từ trường cảm ứng do dòng điện cảm ứng gây ra với từ trường ban đầu ở từng thí nghiệm

– Suy luận lý thuyết

Thực hiện giải pháp:

Thí nghiệm 1: Đưa nam châm lại gần (C):

Từ thông qua (C) tăng Trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng có chiều chống lại sự tăng của từ thông (ngược với chiều dương trên (C)) Xung quanh dòng điện cảm ứng tồn tại một từ trường gọi là từ trường cảm ứng (Bc)

có chiều ngược với chiều của từ trường ban đầu (B), Bc ngược chiều với chiều chuyển động của nam châm

Thí nghiệm 2: Đưa nam châm ra xa (C)

Từ thông qua (C) giảm Trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng có chiều chống lại sự tăng của từ thông (cùng với chiều dương trên (C)) Xung quanh dòng điện cảm ứng tồn tại một từ trường gọi là từ trường cảm ứng (Bc) cùng chiều với chiều của từ trường ban đầu (B), Bc cùng chiều với chiều chuyển động của nam châm

3 Đơn vị kiến thức 3: Dòng điện Foucault.

Kết luận:

Dòng điện cảm ứng xuát hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín

Kiến thức xuất phát:

– Khi có sự biến thiên của từ thông của từ thông qua mạch kín (do sự chuyển động tương đối giữa nam châm và mạch kín hoặc mạch kín được đặt trong một từ trường biến thiên theo thời gian) thì trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng

– Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại

sự biến thiên của từ thông qua mạch kín ( định luật Lentz về chiều dòng điện cảm ứng)

Vấn đề:

Khi một khối kim loại chuyển động trong từ trường hay đặt trong một từ trường biến thiên theo thời gian thì trong kim loại có xuất hiện dòng điện cảm ứng hay không?

Dòng điện đó được gọi là gì?

Giải pháp:

– Tiến hành thí nghiệm cho con lắc dao động khi đặt trong từ trường và không đặt trong từ trường

– So sánh dao động của hai con lắc

– Suy luận lý thuyết, giải thích

–

III Mục tiêu

1 Về kiến thức:

– Viết được công thức định nghĩa từ thông, đơn vị từ thông

– Trình bày được ý nghĩa vật lý của từ thông

– Phát biểu được định nghĩa hiện tượng cảm ứng điện từ, điều kiện có hiện tượng cảm ứng điện từ

– Phát biểu được định luật lenxơ theo những cách khác nhau

– Phát biểu được định nghĩa dòng điện Foucault

– Trình bày được tính chất và một số công dụng của dòng Foucault

2 Kĩ năng:

Thực hiện giải pháp:

Cho con lắc dao động khi có từ trường và không có từ trường

Con lắc dao động trong từ trường sẽ dừng lai nhanh hơn

Giải thích: Khi con lắc dao động trong từ trường thì trong con lắc xuất hiện dong điện cảm ứng Theo định luật lentz dòng điện cảm ứng có tác dụng chống lại chuyền động của chính nó Do đó con lắc dao động trong từ trường sẽ dừng lại nhanh hơn khi không đặt trong từ trường

Nếu cố định con lắc không cho dao động Muốn xuất hiện dòng điện cảm ứng trong con lắc thì ta đặt con lắc trong một từ trường biến thiên theo thời gian

Kết luận:

Dòng điện cảm ứng được sinh ra ở trong khối vật dẫn khi vật dẫn chuyển động trong từ trường hay được đặt trong một từ trường biến đổi theo thời gian là dòng điện Foucault

– Có kĩ năng quan sát thí nghiệm, phân tích thông tin rút ra kết luận cần thiết

– Vận dụng được kiến thức từ thông và định luật Lentz để giải các bài tập

– Vận dụng định luật Lentz xác định được chiều dòng điện cảm ứng trong những trường hợp khác nhau

IV Phương tiện dạy học.

1 Giáo viên:

– Bộ thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ

– Bộ thí nghiệm về dòng điện Foucault

– Phiếu học tập củng cố kiến thức

– Hình ảnh về bếp từ

2 Học sinh

– Ôn tập lại kiến thức và cách vẽ đường sức từ của nam châm

V Nội dung ghi bảng.

Bài 23: TỪ THÔNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ.

I Từ thông.

1 Khái niệm: Là đại lượng đặc trưng cho số đường sức từ xuyên qua một

tiết diện S Kí hiệu : φ

Công thức:φ = BScosα Với α là góc giữa pháp tuyến →n và →B

Khi: α < 900 , cosα >0 thì φ>0

α > 900 , cosα <0 thì φ<0

α = 900 ,cosα=0 thìφ=0

α = 0 , cosα =1 thì φ = BS

2 Ý nghĩa: Diễn tả số đường sức từ xuyên qua một diện tích nào đó.

3 Đơn vị: Vêbe (Wb)

II Hiện tượng cảm ứng điện từ.

1 Thí nghiệm.

 Thí nghiệm 1: Cho nam SN châm dịch chuyển lại gần C.

+ Nhận xét: i ngược chiều với chiều dương Nam châm ngừng chuyển động i tắt

 Thí nghiệm 2: Cho nam châm SN dịch chuyển ra xa C.

+ Nhận xét: i cùng chiều với c chiều với chiều dương Nam châm ngừng chuyển động i tắt

 Thí nghiệm 3: Cố định nam châm SN đứng yên cho C dịch chuyển lại gần và ra xa nam châm SN.

+ Nhận xét: Trong C cũng xuất hiện dòng điện, khi C ngừng chuyển động thì i tắt

 Thí nghiệm 4: Thay nam châm SN bằng nam châm điện, thay đổi cường độ dòng điện qua nam châm điện thì trong C cũng xuất hiện dòng điện i.

2 Kết luận:

+ Từ thông qua mạch kín C biến thiên thì trong mạch kín C xuất hiện dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng

+ Hiện tượng xuát hiện dòng điện cảm ứng gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ

+ Hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ xuất hiện trong khoảng thời gian từ thông qua mạch biến thiên

III Định luật Lentz về chiều dòng điện cảm ứng.

1 Khảo sát chiều dòng điện cảm ứng.

a) Thí nghiệm 1: Đưa nam châm lại gần C

+ Nhận xét: Từ thông gửi qua C tăng, uurB C cùng chiều với Bur, BuurC chống lại sự tăng của từ thông

b) Thí nghiệm 2: Đưa nam châm ra C.

+ Nhận xét: Từ thông gửi qua C giảm, uurB C ngược chiều với urB, BuurC chống lại sự giảm của từ thông

2 Nội dung định luật Lentz.

Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín

3 Trường hợp từ thông qua mạch kín biến thiên do chuyển động

Khi từ thông qua C biến thiên do kết qua của một chuyển động nào

đó thì từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại chuyển động nói trên

IV Dòng điên Foucault

1 Thí nghiệm:

+ Dụng cụ

+ Tiến hành

+ Nhận xét: Con lắc dao động trong từ trường dừng lại nhanh hơn

2 Giải thích.

3 Định nghĩa dòng điện Foucault

Dòng điện cảm ứng được sinh ra ở trong khối vật dẫn khi vật dẫn chuyển động trong từ trường hay được đặt trong một từ trường biến đổi theo thời gian là dòng điện Foucault

VI Tiến trình dạy học:

Bài 23:TỪ THÔNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ (tiết 1) Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh

Hoạt động 1: Đặt vấn đề.

o Đặt vấn đề: Chúng ta đã học xong

“chương III: TỪ TRƯỜNG” Hôm

nay chúng ta sẽ đi vào chương mới

“chương IV: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ”

Đây là một hiện tượng có rất nhiều

ứng dụng trong đời sống và kĩ thuật

như công tơ điện, bếp từ.vv…Để hiểu

được nguyên tắc hoạt động của các

dụng cụ trên là như thế nào? Chúng ta

sẽ đi vào nội dung bài học hôm nay:

“Bài 23: TỪ THÔNG CẢM ỨNG

ĐIỆN TỪ.”

- HS nhận thức được vấn đề

Hoạt động 2: Tìm hiểu khái niệm từ thông

o GV:Cô xét một đường cong kín (C)

giới hạn bởi mặt có diện tích S, đặt

trong một từ trường đều urB Vecto nr

vuông góc với mặtS gọi là véc tơ

pháp tuyến dương,α là góc tạo bởi nr

và Bur Khi đó: φ = BS cosα

o Đại lượng φ như trên cô gọi là từ

o GV thông báo : Từ thông φ mô tả số

lượng đường sức từ chuyển qua mạch

kín S Đây chính là ý nghĩa của từ

thông

o Từ biểu thức định nghĩa của từ thông

một em hãy cho cô biết từ thông phụ

thuộc vào những yếu tố nào?

o Theo trường hợp trên ta có B, S

không thay đổi, góc α tùy ý Vậy từ

thông φ phụ thuộc như thế nào vào

góc α ?

o Khi α =900 thì Bur có phương như thế

nào so với Bur và từ thông φ có độ lớn

như thế nào?

o Tương tự các em hãy đưa ra nhận xét

cho trường hợp α =0.

o GV thông báo : Trong hệ SI, đơn vị từ

thông là vêbe (Wb) Khi cosα=1, S

=1m2, B= 1T thì: φ=1 Wb

- HS tiếp thu

- Từ thông phụ thuộc vào B, S, α . + α < 900 (cosα >0), φ>0. + α >900 (cosα <0), φ<0 + α =900 (cosα =0), φ=0 + α =00 (cosα =1), φ=BS

- urB Song song với mặt S, φmin

- urB vuông góc với mặt S, φmax

o Hoạt động 3: Tìm hiểu hiện tượng cảm ứng điện từ.

o GV: Ở chương trước chúng ta biết

rằng xung quanh dòng điện sẽ có từ

trường Vậy ngược lại từ trường có

gây ra dòng điện hay không? Và nếu

có thì trong điều kiện nào từ trường

gây ra dòng điện? Để tìm hiểu chúng

ta sẽ xét một số thí nghiệm sau

o HS nhận thức được vấn đề

o GV giới thiệu bộ thí nghiệm.

o GV thông báo: Cô chọn chiều dương

trên mạch kín C phù hợp với chiều

của đường sức từ của nam châm theo

quy tắc nắm bàn tay phải: đặt ngón

tay cái nằm theo chiều của đường sức

từ thì chiều của các ngón tay khi

khum lại chỉ chiều dương trên mạch

(C)

o Trong thí nghiêm 1 cô dịch chuyển

nam châm lại gần C Các em hãy quan

sát hiện tượng và đưa ra cho cô nhận

xét

o Kim điện kế lệch chứng tỏ điều gì?

o Bây giờ cô cho nam châm dịch

chuyển ra xa C Các em hãy quan sát

và rút ra cho cô nhận xét

o Ở hai thí nghiệm trên chúng ta thấy

khi nam châm chuyển động thì trong

C xuất hiện dòng điện Vậy có phải do

chuyển động của nam châm mà tạo ra

dòng điện i hay không?

o Để kiểm tra bây giờ cô cho nam châm

đứng yên, di chuyển C lại gần và ra xa

nam châm Các em hãy quan sát và

đưa ra cho cô nhận xét

- HS lắng nghe và quan sát

- HS quan sát và tiếp thu

- Kim điện kế lệch Nam châm ngừng chuyển động thì kim điện kế không lệch nữa

- Trong mạch C có dòng điện Khi nam châm ngừng chuyển động thì không còn dòng điện

- Trong mạch C có dòng điện ngược chiều với dòng điện ở thí nghiệm trên, khi nam châm ngừng chuyện đông thì i tắt

- HS quan sát

- Khi di chuyển C lại gần hoặc ra

xa nam châm thì trong C cũng xuất

o Từ 3 thí nghiệm trên các em thấy

dòng điện xuất hiện trong mạch C khi

nào?

o Để kiểm tra xem nhận định của các

em có đúng hay không, bây giờ cô xét

thí nghiệm như hình 23.4:

o Cố định cả nam châm và mạch C,

thay nam châm SN bằng nam châm

điện, và thay đổi cường độ dòng điện

qua nam châm Thì thực nghiệm

chứng tỏ rằng trong mạch C vẫn xuất

hiện dòng điện i Đây chính là thí

nghiệm mà nhà bác học Farady đã

làm

o Vậy nguyên nhân làm xuất hiện dòng

điện trong các thí nghiệm trên là gì?

o Gợi ý: Trong các thí nghiệm trên đại

lượng nào qua mạch kín C biến thiên?

o Vậy từ thông biến thiên như thế nào

qua từng thí nghiệm?

o GV tổ chức lớp thành 4 nhóm học tập,

thảo luận giải thích sự biến thiên của

từ thông qua từng thí nghiệm

o Vậy từ các thí nghiệm trên các em hãy

rút ra cho cô điều kiện dể xuất hiện

dòng điện trong mạch kín C

hiện dòng điện

- Dòng điện xuất hiện trong mạch

C khi có sự chuyển động tương đối giữa mạch C và nam châm

- HS tiếp thu

- HS suy nghĩ cá nhân

- Đại lượng biến thiên qua C chính

là từ thông

- Các nhóm thảo luận, hoàn thành nhiệm vụ

- Dòng điện rong mạch kín C chỉ xuất hiện khi từ thông qua C biến thiên

o GV thông báo: Khi từ thông qua mạch

kín C biến thiên thì trong C xuất hiện

dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng

Hiện tượng xuất hiện dòng điện trong

mạch kín C gọi là hiện tượng cảm ứng

điện từ Hiện tượng cảm ứng điện từ

chỉ tồn tại trong khoảng thời gian qua

mạch kín biến thiên

o HS tiếp thu, ghi nhớ

Bài 23: TỪ THÔNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ (tiết 2) Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh

Hoạt động 1: Tìm sự kiện xuất phát, đặt vấn đề.

o Ở tiết trước chúng ta đã tìm hiều về từ

thông và hiện tượng cảm ứng điện từ

Một em hãy cho cô biết điều kiện xuất

hiện dòng điện cảm ứng là gì?

o Chúng ta đã biết điều kiện xuất hiện

dòng điện cảm ứng Vậy dòng điện

cảm ứng có chiều như thế nào và nó

có còn sinh ra ơ đâu nữa hay không ?

Để trả lời câu hỏi đó chúng ta đi vào

nội dung bài học hôm nay “ Từ

thông Cảm ứng điện từ” tiết tiếp

theo

- Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch khi từ thông qua mạch kín đó biến thiên

- HS nhận thức được vấn đề

Hoạt động 2: Tìm hiểu định luật lentz về chiều dòng điện cảm ứng.

o GV: Chúng ta xét lại 2 thí nghiệm ở

tiết trước

 TN 1: Đưa nam châm lại gần (C)

o Một em hãy cho cô biết quy tắc xác

dịnh chiều của từ trường của nam

châm SN và chiều dương trên mạch

kín (C) là gì?

o Khi cô cho nam châm tiến lại gần C

từ thông qua C biến thiên như thế

nào?

o Từ thông qua C tăng thì trong mạch sẽ

xuất hiện dòng điện cảm ứng có chiều

như thế nào so với chiều dương trên

C?

o Xung quanh dòng điện cảm ứng này

có tồn tại từ trường không?

o Thông báo: Từ trường tồng tại xung

quanh dòng điện cảm ứng được gọi là

từ trường cảm ứng BuurC

o Một em hãy lên bảng xác định cho cô

chiều của từ trường cảm ứng BuurC theo

quy tắc nắm bàn tay phải

o Các em hãy đưa ra nhận xét về chiều

của từ trường cảm ứng uurB C so với từ

trường ban đầuBurvà chiều chuyển

- Từ trương của nam châm SN được xác định theo quy tắc vào Nam ra Bắc

- Chiều dương trên mạch kín (C) được xác định theo quy tắc nắm bàn tay phải

- Từ thông qua C tăng

- Dòng điện cảm ứng có chiều ngược với chiều dương trên mạch kín C

- có

- HS lên bảng thực hiện nhiệm vụ

- BuurC ngược chiều với chiều của từ trường ban đầu Bur và chiều chuyển