Bài 42. Năng lượng từ trường

Họ và tên sinh viên: Vũ Thị Thanh Thủy Giáo viên hướng dẫn: Hồ Thị Hoài Hương Ngày soạn: 5/3/2013 Ngày dạy: ./3/2013 Lớp giảng dạy: 11A 3 NĂNG LƯỢNG TỪ TRƯỜNG I. Mục tiêu 1. Về kiến thức - Vận dụng được công thức xác định được năng lượng tích trữ trong ống dây khi có dòng điện chạy qua. - Phát biểu được công thức xác định mật độ năng lượng từ trường. 2. Về kỹ năng - Giải thích được sự tồn tại của năng lượng từ trường. - Vận dụng được biểu thức xác định mật độ năng lượng từ trường để giải một số bài tập. 3. Về thái độ - Hứng thú học tập - Nghiêm túc trong giờ học - Sôi nổi phát biểu xây dựng bài II. Chuẩn bị 1. Giáo viên - Bộ thí nghiệm về hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch. 2. Học sinh - Ôn lại kiến thức về hiện tượng tự cảm. III. Trọng tâm bài giảng - Năng lượng của ống dây có dòng điện - Năng lượng từ trường IV. Tiến trình dạy học 1. Ổn định lớp 2. Kiểm tra bài cũ (5 phút) Hoạt động của GV Hoạt động của HS -Trình bày hiện tượng tự cảm? -Viết biểu thức độ tự cảm của ống dây? - Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ trong 1mạch điện do chính sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó gây ra. -L = 4π.10 -7 n 2 v n: Số vòng dây/1 đơn vị chiều dài V: Thể tích của ống Đơn vị: henri (H) 1 - Tính hệ số tự cảm của một ống dây dài 50 cm, diện tích tiết diện ngang của ống là 10 cm 2 . Cho biết ống dây có 1000 vòng? 3.Bài mới Hoạt động 1: Tìm hiểu về năng lượng từ trường của ống dây có dòng điện (15 phút) Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung ghi bảng * Đặt vấn đề : Khi ngắt mạch, bóng đèn vẫn sáng trong một khoảng thời gian rồi mới tắt. Năng lượng cung cấp cho bóng đèn là lấy ở đâu ra ? Bài học hôm nay đi nghiên cứu vấn đề này. - Năng lượng cung cấp cho bóng đèn là lấy ở đâu ra ? - Người ta chứng minh rằng, khi có dòng điện có cường độ i chạy qua ống dâycó hệ số tự cảm L thì năng lượng trong ống dây là : 2 1 2 w Li = - Năng lượng này tích trữ trong ống dây từ trước khi ngắt mạch điện 1. Năng lượng của ống dây có dòng điện a. Nhận xét: b. Công thức tính năng lượng của ống dây có dòng điện 2 1 2 w Li= Hoạt động 2: Tìm hiểu về năng lượng từ trường (15 phút) Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung ghi bảng - Khi cho dòng điện chạy qua ống dây thì trong ống dây có từ trường. Vì vậy, người ta quan niệm rằng năng lượng của ống dây chính là năng lượng của từ trường trong ống dây 2. Năng lượng từ trường - Năng lượng của ống dây là năng lượng từ trường - Công thức: 7 2 1 10 8 W B V π = 2 đó. - Năng lượng từ trường trong ống dây dài có quan hệ như thế nào với từ trường trong ống dây ? Hãy xây dựng biểu thức toán học biểu diễn mối quan hệ đó . - Để tính năng lượng từ trường trong ống dây ta phải sử dụng công thức 2 1 2 w Li= , trong đó L, i được xác định như thế nào ? - Viết công thức tính Nhit lit cho mng cỏc thy, cụ giỏo cựng v d tit hc ngy hụm Giỏo viờn b mụn: H Th Minh Phng Lp 11a5 Hiện tợng tự cảm đóng mạch Hiện t ợng xảy nh đóng khóa K? Giải thích sao? A R Đ1 L,R Đ2 E B K Hiện tợng tự cảm ngắt Năng l Hiện t ợng mạch ợngcung xảy nh cấp cho bóng đèn đểkhi bóng ngắt đèn sáng khóa sau K? Giảiđã thích ngắt sao? mạch? D A L E B K Quan sát thí nghiệm D Phải cuộn dây cung cấp lợng để bóng đèn bừng sáng? A L E B K Năng lợng từ trờng Năng lợng ống dây có dòngKhi điện cho dòng điện i chạy qua ống dây có hệ số tự cảm L lợng ống dây là: WL = Li Tụ điện tích điện ống dây có dòng điện chạy qua Có lợng (năng lợng Có lợng lợngcủa (năng ống dây) W = Li L W = CU tụ điện) C 2 Năng lợng tụ điện lợng điện trờng hai tụ điện ? Năng lợng từ trờng Năng lợng ống dây có dòngKhi điện cho dòng điện i chạy qua ống dây có hệ số tự cảm L lợng ống dây là: W = Li L 2 Năng lợng từ trờng Năng lợng ống dây lợng từ trờng ống dây Tụ điện tích điện ống dây có dòng điện chạy qua Có lợng (năng lợng Có lợng (năng lợngcủa ống dây) W = Li L W = CU tụ điện) C 2 Năng lợng tụ điện lợng điện trờng hai tụ điện WC = E 2V Năng lợng điện9 trờng 9.10 Năng lợng ống dây lợng từ trờng ống dây ? Nhắc lại : + Biểu thức xác định hệ số tự cảm L ống dây dài + Biểu thức xác định cảm ứng từ ống dây dài Chứng minh l ợng từ trờng đợc tính công thức: WL = 10 B V Năng lợng từ trờng Năng lợng ống dây có dòngKhi điện cho dòng điện i chạy qua ống dây có hệ số tự cảm L lợng ống dây là: W = Li L 2 Năng lợng từ trờng Năng lợng ống dây lợng từ trờng ống dây Biểu thức tính lợng từ tr ờng ống dây dài: WL = 10 B V Tụ điện tích điện ống dây có dòng điện chạy qua Có lợng (năng lợng Có lợng (năng lợngcủa ống dây) WL = Li tụ điện) WC = CU 2 Năng lợng tụ điện lợng điện trờng hai tụ điện Năng lợng điện9 trờng WC = E 2V 9.10 Năng lợng ống dây lợng từ trờng ống dây điện Mật độ wnăng l ợng tr = E C 9.10 ờng Mật độ lợng từ trờng Năng lợng từ WL tr = ờng 10 B V ? Năng lợng từ trờng Năng lợng ống dây có Năng lợng từ trờng dòng điện Biểu thức tính lợng từ trờng ống dây dài:1 WL = 10 B V Gọi wL mật độ từ trờng ống dây dài (từ trờng đều) wL = 10 B Công thức cho từ trờng không từ trờng phụ thuộc thời gian Tụ điện tích điện ống dây có dòng điện chạy qua Có lợng (năng lợng Có lợng (năng l ợngcủa ống dây) WL = Li WC = CU tụ điện) 2 Năng lợng tụ điện lợng điện trờng hai tụ điện W = E 2V Năng lợngC điện9 trờng 9.10 Mật độ wnăng l ợng điện tr = E C 9.10 ờng Năng lợng ống dây lợng từ trờng ống dây WL tr = ờng 107 B 2V Năng lợng từ Mật độ wL = lợng 107từ B trờng Câu 1) Phát biểu sau đúng? A Khi có dòng điện chạy qua ống dây ống dây tồn lợng dới dạng lợng điện trờng B Khi có dòng điện chạy qua ống dây ống dây tồn lợng dới dạng C Khi tụ điện đợc tích điện tụ điện tồn lợng dới dạng lợng từ trờng D Khi có dòng điện chạy qua ống dây ống dây tồn lợng dới dạng lợng từ trờng Câu 2) Năng lợng từ trờng ống dây có dòng điện chạy qua đợc xác định theo công thức: W = CU A B W = Li W = E C 9.109.8 D W = 107 B 2V Câu 3) Mật độ lợng từ trờng đợc xác định theo công thức: A w = CU 2 B w = LI E C w = 9.10 D w = 107 B Câu 4) Một ống dây có hệ số tự cảm L = 0,01 (H), có dòng điện I = (A) chạy qua Năng lợng từ trờng ống dây là: A 0,250 (J) B 0,125 (J) C 0,050 (J) D 0,025 (J) Câu 5) Một ống dây có hệ số tự cảm L = 0,01 (H) Khi có dòng điện chạy qua ống dây có lợng 0,08 (J) Cờng độ dòng điện qua ống dây bằng: A 2,8 (A) B (A) C (A) D 16 (A) Câu 6) Một ống dây dài 40 (cm) có tất 800 vòng dây Diện tích tiết diện ngang ống dây 10 (cm2) ống dây đợc nối với nguồn điện, cờng độ dòng điện qua ống dây tăng từ đến (A) Nguồn điện cung cấp cho ống dây lợng là: A 160,8 (J) B 321,6 (J) C 0,016 (J) D 0,032 (J) 1.Năng lượng của ống dây có dòng điện a) Nhận xét Thí nghiệm  Năng lượng làm cho bóng đèn sáng là do ống dây cung cấp. Năng lượng này được tích trữ trong ống dây từ trước khi ngắt công tắc b) Công thức tính năng lượng của ống dây có dòng điện  Khi có còng điện cường độ i chạy qua ống dây có hệ số tự cảm L thì năng lượng trong ống dây là W = ½ .L.i 2 2.Năng lượng từ trường • Năng lượng của ống dây chính là năng lượng của từ trường trong ống dây đó • Trong trường hợp ống dây dài ta có công thức • Từ trường trong ống dây là từ trường đầu,w là mật độ năng lượng từ trường thì có thể viết W=w.V, ta tìm được • Công thức dùng cho cả trường hợp từ trường không đều và từ trừơng phụ thuộc vào thời gian W =1/8π.10 7 B 2 V w = 1/8π.10 7 .B 2 CỦNG CỐ BÀI HỌC 1.Chọn đáp án đúng Một ống dây có L=0.01H.Khi vcó I chạy qua thì ống có W=0.08J. CĐDĐ trong ống là A. 1A B. 2A C. 3A D. 4A 2.Một ống dây dài 40 cm có 800 vòng, S=10cm 2 I tăng từ 0 đến 4.Hỏi W bằng bao nhiêu Th Dạng 3: NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRƯỜNG VÀ TỪ TRƯỜNG I. PHƯƠNG PHÁP Áp dụng các công thức sau: 1.    L W Li= 2.   C q W C = . 3.                 q q W Li LI CU C C = + = = = 4.   I q ω = 5.   q CU= Chú ý: !" #$%&≠' !()*+,-%' !%./ !01"2(%.3          C U U RC I R R L ω = = =P  II. BÀI TẬP VẬN DỤNG Câu 1:4 5 6 7 8 7 92 % 7 9 7  :  5  2 5 4 A.; 2 5  5 40 :  2 5  5 6 : 0< 5   5 < :  :  : < : = 7 >%0 5 < 7 %+ B.?0< 5  : < : 8 5 /%< @ %2 5  @ + C.?0< 5   5 < : 8 5 /%< @ % 5   5 4+ D.?0< 5   5 < :  : 0< 5  : < : % : = 7 %8 :  : A2 5 8 : (2 7 %+ Câu 2: !40B$" ! #CD' A+01 #E/%$%!F+ B+01 #G01C0%292 H+ C+01CE/%$I #+ D+01 #CJ 1=FG+ Câu 3:! ! #C4KI #" #%4G%!8%F" !DF+LM 8N" #$%92 9-G" ! #C+OP>  QR  0010G #B D G #/D JI #QS  0G !T #D +L-%UG(% 892 /F0G=-%UB01 #CV A+WX   4R   + B+WX C q    + C+WX   S   +  D+ W = L q    + Câu 4:! !K!IYG!%!FZ µ Q #$92 9-+#% #MD $ %I #0GR  XQ[\+B !T ##%I>%+  ]+^_] L+`_] 4+[_] ;+a_] Câu 5:! !492" #$%Q" ! #CDb !c+#% #MD d=FIG !T #D >%0010GR  GS  + - !T #"eS  f' !0g#% #Md=FI #0G ]+_R  f^+ L+ _ R  f 4+R  f+ ;+ _ R  f^  Câu 6:! !40B$"X^Q4X[hYQ #BD JI>  Xa+ i 4+ # BJI=j_+ i 4'T #" !0g+ ]+[+ i` ] L+a+ i` ] 4+_+ i` ] ;++ i` ] Câu 7:! !KI #" #% FC µ [ = G%!8" !DFX[+,#/D I #0Ga\+4 !T # - #/I #=j^\0G ]+Q_]+ L+Q[]+ 4+Qa]+ ;+Q^[]+ Câu 8:4 !T #U !40B$0GXQZ(bcb]c+4%!8" !D FX[+#% #Md=FI - !T #U=j ! T ##%I0G ]+  \+ L+_\+ 4+ ^ \+ ;+Z\+ O03%09k0+,3l`l_[Z_Z Th Câu 9: !4" !D+#% #MD d=FI0GR  X\+ -G01 #=j001C'#% #Md=FI0G ]+Q[\+ L+  _ \+ 4+\+ ;+Qa_\+ Câu 10:! !K!IYG!%!F Z H µ Q BÀI TẬP TÍNH NĂNG LƯỢNG TỪ TRƯỜNG: Bài 1: Một thanh dẫn điện dài 50cm chuyện động với vận tốc 2m/s trong một từ trường đều có B = 0,4T. Biết vectơ vuông góc với thanh, vectơ vuông góc với thanh và hợp với vectơ vận tốc một góc = 30 o . Tính hiệu điện thế tại hai đầu thanh. Hướng dẫn: Bài 2: Cho một ống dây thẳng gồm N=800 vòng. Tính : a)Hệ số tự cảm của ống dây biết rằng khi có dòng điện tốc độ biến thiên 50A/s chạy trong ống dây thì suất điện động tự cảm trong ống dây bằng 0,16V. b)Từ thông gửi qua tiết diện thẳng của ống dâykhi trên cuộn dây có dòng điện I= 2A chạy qua. c)Năng lượng từ trường trong cuộn dây. bài giải Tóm tắt: E tc =0,16V =50A/s N= 800 vòng I= 2A Hỏi: a) L=? b)Φ c ? c)W a) ta có : E tc = |-L|, suy ra:L=|| = = 3,2x10 -3 H b)từ thông gửi qua ống dây : Φ =LI từ thông gửi qua tiết diện thẳng của ống dây : Φ 0 = = = = 8x10 -6 Wb. c) Năng lượng từ trường trong ống dây: W = LI 2 = = 6,4x10 -3 J . Bài 3: Dùng một dây đồng có đường kính d=1,2mm để quấn thành một ống dây dài. Dây có phủ một lớp sơn cách điện mỏng. Các vòng dây được quấn sát nhau. Khi cho dòng điện qua ống dây người ta đo được cảm ứng từ trong ống dây là B=0.004T.Tính hiệu điện thế U đặt vào hai đầu ống dây. Cho biết dây dài l= 60m, điện trở suất của đồng bằng 1,76x10 -8 Ω.m. Bài giải Tóm tắt: d=1,2m B=0.004T l= 60m ρ cu =1,76x10 -8 Ω.m.  U=? Cảm ứng từ trong ống dây dài được tính theo công thức: B= 4π x 10 -7 x nI. Vì có thể bỏ qua chiều dày của lớp sơn cách điện nên: n= Gọi R là điện trở của dây đồng thì I= Do đó ta có: B = 4π x 10 -7 x x Đồng thời ta có: R= ρ = ρ. Thay biểu thức của R vào công thức vừa viết, ta được: B= π 2 x10 -7 x Suy ra: U= = = 3,5V B ài 2 : Một khung dây phẳng có điện trở R = 10 -3 Ω, có diện tích S = 1cm 2 đặt trong một từ trường đều có đường sức vuông góc với mặt phẳng khung dây. Xác định nhiệt lượng toả ra trong khung sau thời gian 10s. Biết rằng tốc độ biến thiên của cảm ứng từ là 0,01T/s. Hướng dẫn: Bài 3: a/ Chứng minh rằng độ tự cảm của xôlênôit không lõi là: trong đó N là số vòng dây, S là diện tích tiết diện của ống dây, l là chiều dài ống dây. b/ Áp dụng: Tính L với l = 31,4cm, N = 1000vòng, S = 20cm 2 . c/ Tính năng lượng từ trường của xôlênôit có độ tự cảm L = 0,008H và dòng điện cường độ I = 2A đi qua. Hướng dẫn: Bài 4: Cuộn dây Solenoid dài 31,4cm, có N = 1000 vòng, diện tích mỗi vòng S = 10cm 2 , có dòng I = 2A đi qua. a/ Tính từ thông qua mỗi vòng dây. b/ Tính suất điện động tự cảm trong xôlênôit khi ngắt dòng điện trong thời gian Δt = 0,1s, suy ra độ tự cảm của cuộn dây. c/ Giải lại bài toán khi cuộn Solenoid có lõi độ từ thẩm của lõi là μ = 500. Hướng dẫn: Giáo viên hướng dẫn: Trương Văn Ngọc Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thùy Dương Lớp: 11B7 Bài 42: NĂNG LƯỢNG TỪ TRƯỜNG I MỤC TIÊU: Về kiến thức: - Vận dụng kiến thức công thức xác đinh lượng từ trường ống dây công thức xác định mật độ lượng từ trường - Hiểu lượng tích trữ ống dây lượng từ trường.Do thành lập công thức xác định mật độ lượng từ trường Về kĩ năng: - Giải thích tồn lượng từ trường - Áp dụng lượng từ trường để giải thích số tập II CHUẨN BỊ: 1.Giáo viên: Video thí nghiệm ngắt mạch điện 41 Hiện tượng tự cảm 2.Học sinh: Ôn tập tượng tự cảm III TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC: 1.Ổn định lớp : Kiểm tra kiến thức cũ: Thời gian 5’ Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh - Trình bày tượng tự cảm? - Hiện tượng tự cảm tượng cảm ứng điện từ mạch điện biến đổi dòng điện mạch gây - L = 4π.10-7n2v n: Số vòng dây/1 đơn vị chiều dài V: Thể tích ống Đơn vị: henri (H) - Viết biểu thức độ tự cảm ống dây? Nội dung ghi bảng 3.Bài Hoạt động 1: Tìm hiểu lượng từ trường ống dây có dòng điện Thời Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh Nội dung ghi bảng gian (10') Cho HS xem video thí nghiệm Đặt vấn đề: Khi ngắt mạch, bóng đèn sáng khoảng thời gian tắt Năng lượng cung cấp cho bóng đèn lấy đâu ra? Bài học hôm nghiên cứu vấn đề Năng lượng - Năng lượng cung cấp - Năng lượng tích ống dây có dòng điện cho bóng đèn lấy trữ ống dây từ a Nhận xét: đâu ra? trước ngắt mạch b Công thức tính - Người ta chứng minh điện lượng ống dây có rằng, có dòng điện dòng điện có cường độ i chạy qua ống dây có hệ số tự W = Li cảm L lượng ống dây : W= Li 2 Hoạt động 2: Tìm hiểu lượng từ trường Thời Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh gian (15') - Lập so sánh tụ điện tích điện ống dây có dòng điện chạy qua để HS có Nội dung ghi bảng Năng lượng từ trường - Năng lượng ống dây lượng từ thể rút tương tự - Khi cho dòng điện chạy qua ống dây ống dây có từ trường Vì vậy, người ta quan niệm lượng ống dây lượng từ trường ống dây - Năng lượng từ trường ống dây dài có quan hệ với từ trường ống dây? Hãy xây dựng biểu thức toán học biểu diễn mối quan hệ - Để tính lượng từ trường ống dây ta phải sử dụng công thức w= trường - Công thức: W= 10 B V 8π - Mật độ lượng từ trường: w= Li , L, i xác định ? - Viết công thức tính hệ - L = 4π.10-7n2v số tự cảm ống n: Số vòng dây/1 đơn dây dài ? vị chiều dài V: Thể tích ống Đơn vị: henri (H) - Viết công thức xác - Công thức xác định định cảm ứng từ cảm ứng từ ống ống dây dài ? dây dài ? B = 4π 10−7 nI n:số vòng dây mét chiều dài - Chứng minh - Thay (1) (2) vào lượng từ trường công thức tính từ 10 B 8π tính công trường ống dây thức ta WL = 10 B V 8π - Công thức w= W= 10 B V 8π - Gọi w mật độ lượng từ trường ống dây,ta có W= w.v Suy w = 10 B 8π 10 B 8π cho tất trường hợp từ trường không từ trường phụ thuộc thời gian -Yêu cầu HS trả lời câu - Trả lời câu hỏi C1,C2 hỏi C1,C2 Hoạt động 3: Vận dụng, củng cố, dặn dò Hoạt động giáo viên Hoạt động học sinh 15’ - Nhắc lại kiến thức - Tóm tắt: - Phát phiếu học tập l=40 cm - Hướng dẫn HS làm N=800 vòng câu 6/PHT I=4 (A) Một ống dây dài 40 Cường độ qua ống dây cm có tất 800 vòng i: 0→4(A) dây Diện tích tiết diện - Khi cường độ qua ngang ống dây ống dây 10 cm2 Cường lượng ống độ qua ống tăng từ dây dến (A) Hỏi nguồn - Khi cường độ qua điện cung cấp cho ống dây ống dây năng lượng ống lượng bao nhiêu? dây là: Điện trở ống dây = 4π.10-7n2V.i 2 nhỏ bỏ ... điện Năng lợng điện9 trờng WC = E 2V 9.10 Năng lợng ống dây lợng từ trờng ống dây điện Mật độ wnăng l ợng tr = E C 9.10 ờng Mật độ lợng từ trờng Năng lợng từ WL tr = ờng 10 B V ? Năng lợng từ. .. = 10 B V Năng lợng từ trờng Năng lợng ống dây có dòngKhi điện cho dòng điện i chạy qua ống dây có hệ số tự cảm L lợng ống dây là: W = Li L 2 Năng lợng từ trờng Năng lợng ống dây lợng từ trờng... 2 Năng lợng từ trờng Năng lợng ống dây lợng từ trờng ống dây Tụ điện tích điện ống dây có dòng điện chạy qua Có lợng (năng lợng Có lợng (năng lợngcủa ống dây) W = Li L W = CU tụ điện) C 2 Năng