Giáo án Vật lý 11 - Tiết 54: Bài tập lực từ

Giáo án Vật lý 11 - Tiết 54: Bài tập lực từ nhằm giúp học sinh luyện tập việc áp dụng quy tắc bàn tay trái và vận dụng công thức định luật Ampe, kể cả việc nhận ra góc trong công thức đó, luyện tập việc xác định momen ngẫu lực từ tác dụng lên một khung dây có dạng hình tam giác (không phải là hình chữ nhật), luyện tập việc xác định chiều của lực Lo-ren-xơ và công thức xác định độ lớn của lực Lo-ren-xơ.

GIÁO ÁN CHI TIẾT Giáo viên hướng dẫn: Lê Thị Quỳnh Trang Người soạn: Phạm Tùng Lâm Ngày tháng 02 năm 2012 Tiết 54 BÀI TẬP VỀ LỰC TỪ A MỤC TIÊU BÀI HỌC Kiến thức - Luyện tập việc áp dụng quy tắc bàn tay trái vận dụng công thức định luật Ampe, kể việc nhận góc  cơng thức - Luyện tập việc xác định momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây có dạng hình tam giác (khơng phải hình chữ nhật) - Luyện tập việc xác định chiều lực Lo-ren-xơ công thức xác định độ lớn lực Lo-ren-xơ Kỹ - Vận dụng công thức cảm ứng từ để xác định cảm ứng từ điểm nhiều dòng điện gây - Tìm lực từ tác dụng lên đoạn dây có dịng điện chạy qua - Xác định tính lực Lo-ren-xơ tác dụng lên điện tích chuyển động từ trường Thái độ - Có tinh thần hợp tác học tập việc áp dụng kiến thức đạt II PHƯƠNG PHÁP LÊN LỚP Đàm thoại, diễn giải B CHUẨN BỊ Giáo viên - Một số công thức liên quan - Một số tập phần theo nội dung Học sinh - Ôn lại công thức cảm ứng từ, công thức Ampe lực từ, lực Loren- xơ III TIẾN TRÌNH DẠY HỌC Hoạt động 1(10 phút): Ôn định lớp nhắc lại số kiến thức liên quan Hoạt động của giáo viên - Viết biểu thức lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện đặt từ ur trường B trườngur hợp đoạn dòng điện hợp với véc tơ B góc  Hoạt động của học sinh - Biểu thức lực từ tác dụng lên đoạnurdòng điện đặt từ trường B trường hợp đoạn dòng ur điện hợp với véc tơ B góc  là: F  IBl sin  - Biểu thức momen ngẫu lực từ - Viết biểu thức momen ngẫu lực tác dụng lên khung dây có dịng điện ur từ tác dụng lên khung dây hình chữ chạy qua đặt từ trường B nhật có dịng điện chạy qua đặt là: ur r ur từ trường B trường hợp M  IBS sin  với   (n; B ) đường sức từ không nằm mặt phẳng khung dây nêu ý nghĩa đại lượng - Cho hạt electron chuyển động - HS lên bảng xác định lực Lor ur trường B với vận tốc v , yêu cầu ren-xơ HS xác định lực tác dụng lên r+ u r + + hạt electronur di chuyển từ v e B trường B hình vẽ bên xác + + + u r định phương, chiều độ lớn lực f + + + đó? + + + e - + r+ v + + + + u r B + Áp dụng quy tắc bàn tay trái xác định chiều lực, biểu thức độ lớn f  e vB Hoạt động 2: ( 33 phút) Phân tích giải tập SGK Phân tích giải tập Hoạt động của giáo viên Hoạt động của Nội dung ghi bảng học sinh + Gọi HS lên bảng - HS hoạt động Bài tóm tắt đề gải cá nhân Tóm tắt : Đề: l= 20 cm = 0,2 m l= 20 cm = 0,2 m m= 10g = 0,01kg m= 10g = 0,01kg B= 0,2 T; Fk = 0,06N; B= 0,2T ; g = 10m/s Fk= 0,06N; Hỏi: Imax=? để dây không đứt g = 10m/s Giải : Hỏi: Imax=? để dây không đứt GV gợi ý cho HS : - Khi đoạn dây CD chưa có dịng điện qua dây treo thẳng đứng Khi đoạn dây CD có dịng điện chạy từ C đến D dây treo CD so với vị trí ban đầu - Khung dây CD lệch khỏi vị trí ban đầu r r u u ru 2TB IT u r T1 C D ur u rF P - Yêu cầu HS phân tích - HS phân tích + Phân tích lực : lực tác dụng lên CD: lực tác dụng lên Đoạn dây CD chịu tác dụng ur ur ur ur CD lực F ; P; T 1; T u r F F  IBl • Phương, chiều, điểm đặt hình vẽ rĐộ lớn u r •u T 1; T u r F - HS tiến hành giải tập F  IBl • Phương, chiều, điểm đặt hình vẽ rĐộ lớn u r •u T 1;T u r P P  mg + Khi đoạn dây CD nằm cân bằng, hợp lực tác dụng lên đoạn dây CD u 0r nên ta có phương ur ur ur trình F  P  T  T  ur ur Do T ��T nên ta có u r P P  mg Khi CD nằm cân bằng, hợp lực tác dụng đoạn dây CD 0, ta có: ur ur ur ur F  P T1 T  ur ur ur Suy : F  P  2T  hợp lực: u r 2T ur ur ur Các lực F ; P; 2T có điểm đặt trung điểm CD ur ur ur Nên ta có F  P  2T ur ur ur � F  P  2T T1  T2  2T Ta có F2 + P2 = (2T)2 u r F o u r P + Do dây treo chịu lực kéo lớn Fk nên T phải thỏa mãn điều kiện sau: T � Fk  2T   Fk  � F  P �4 Fk � I B 2l  P �4 Fk2 I2 Fk2  P  22 Bl + Do dây treo chịu lực kéo lớn Fk nên T phải thỏa mãn điều kiện T � Fk  2T   Fk  � F  P �4 Fk � I B 2l  P �4 Fk2 I2 Fk2  P  22 Bl Thay số vào ta có : u r 2T 4.0, 062  0,12 I2 �  2, 75 0, 22.0, 22 �I 2, 75 1, 66 A Vậy dòng điện qua đoạn dây dẫn CD có cường độ lớn I=1,66A để dây treo - Yêu cầu HS khác nhận - HS nhận xét không bị đứt xét làm chữa lỗi sai làm bạn bạn Phân tích giải Hoạt động của giáo viên Hoạt động của Nội dung ghi bảng học sinh - Gọi HS lên bảng - HS đọc đề Bài : tóm tắt đề giải tóm tắt đề Tóm tắt đề ur - HS tiến hành B //mặt phẳng khung dây có giải tập dạng ABC - GV gợi ý cho HS : AB = a + Xác định phương, Hỏi : chiều biểu thức ur ur ur chiều, độ lớn, điểm đặt + HS xác định F AB ; F BC ; F CA lực từ tác dụng lên phương, chiều, độ lớn cạnh khung dây độ lớn điểm M= ? A Giải đặt lực từ tác ur dụng lên F AB ur x x cạnh khung F AB ur F CA ur F BC FAB  IBl sin150 F  IBl sin 30 F  IBl sin 90 N I : H B u r B I x u•r I F BC ur F CA C - Các lực từ tác dụng lên cạnh khung : ur F AB FAB  IBl sin150 ur F CA ur F BC ur ur ur +ur Gọi urF N  F AB  F CA F AB ��F CA nên ur ur F  IBl sin 30 F  IBl sin 90 ur Gọi F N  F AB  F CA Ta có : 1 FN  IBa  IBa  IBa 2 ur F N đặt trung điểm N FN  FAB  FCA  2FAB uur vẽ AH có chiều hình FN + Xác định ngẫu lực tác dụng lên khung ur dây.ur GV gợi ý: F N F BC có phương, ngược chiều, có độ lớn có điểm đặt hình vẽ, hai lực tạo thành ngẫu lực tác dụng lên khung làm khung quay - Gọi HS nhận xét làm bạn chữa ur ur + F N F BC tạo thành ngẫu lực tác dụng lên khung Momen ngẫu lực : M=FN.NH Với NH  Vậy : AH  a M  IBa a 3  IB a 4 Chú ý : Từ M  IB a lỗi sai bạn - Chú ý HS : M  IB Từ Ta có : a Ta có : a a S 2 diện tích tam giác ABC, tức diện tích mặt phẳng khung dây Ta suy : M  IBS a a S 2 diện tích tam giác ABC, tức diện tích mặt phẳng khung dây Ta suy : M  IBS Vậy công thức không đúng với khung dây hình chữ nhật mà cịn đúng khung dây phẳng có dạng Phân tích giải Hoạt động của giáo viên - Gọi HS lên bảng tóm tắt đề giải - GV gợi ý cho HS : + Chùm hạt bay theo quỹ đạo trònur từ trường B lực đóng vai trị lực hướng tâm Xác định chiều lực ur f theo quy tắc bàn tay phải Hoạt động của học Nội dung ghi bảng sinh - HS đọc tóm tắt đề Tóm tắt: r ur giải U=220V, v  B Quỹ đạo trịn bán kính R e  1,6.1019 C m  9,1.10 31 kg Hỏi: r a) xác định chiều v b) R=? Giải r v u r f• u r B • R • M a) Vì quỹ đạo electron đường trịn nên lực Lo-ren-xơ tác dụng lên electron đóng vai trị lực hướng tâm Dựa theo quy tắc bàn tay trái ta xác định chiều chuyển động electron hình vẽ - Vì lực Lo-ren-xơ đóng vai trị lực hướng tâm nên ta có f L  f ht � e vB  �R mv R mv eB r ur v  B � f  e vB b) Vì Vì lực Lo-ren-xơ đóng vai trị lực hướng tâm nên ta có f L  f ht � e vB  �R - Hạt electron chịu tác - Hạt electron tăng dụng lực điện tốc hiệu điện trường U=220 V chịu tác dụng lực nào? Lực điện trường ngoại lực tác dụng lên hạt electron - HS phát biểu định lí - Gợi ý cho HS: áp dụng động năng: định lí động để tìm Độ biến thiên động v công - Yêu cầu HS phát biểu ngoại lực tác dụng lên vật định lí động Wđ  Ang - Yêu cầu HS xác định biểu thức độ biến thiên động công mv R mv (1) eB Áp dụng định lí động Wđ  Ang Trong 2 mv2  mv1 2 1 � Wđ  mv22  mv 2 Wđ  (do trước tăng tốc, tốc độ electron ngoại lực tác dụng lên hạt electron nhỏ, bỏ qua) A  qU  e U Và ng Ta có được: + Độ biến thiên động + Độ biến thiên động mv Wđ  Ang �  eU hạt electron năng: 1 Wđ  mv22  mv12 2 1 � Wđ  mv22  mv 2 1 Wđ  mv22  mv12 2 1 � Wđ  mv22  mv 2 �v  Ang  qU  e U Ang  qU  e U R eU m + Công ngoại lực + Công ngoại lực Thay v vào biểu thức (1) ta có: bằng: bằng: Ta có Wđ  Ang � �v  mv  eU 2eU m 2mU B e Thay số vào ta có: 2.9,1.1031.220 R 0, 005 1, 6.1019 � R  0, 01m - Yêu cầu HS nhận xét Vậy chùm hạt electron HS nhận xét làm làm bạn chữa chuyển động quỹ bạn lại lỗi sai đạo trịn với bán kính R  0, 01m * Nếu cịn dư thời gian cho HS làm - HS lấy giấy làm trả lời đáp án tập tương tự: - Một HS nhận xét GV đọc đề bài: làm bạn Câu 1: Một khung dây trịn bán kính 5cm gồm 75 vịng đặt từ trường có cảm ứng từ 0, 25 T Mặt phẳng khung hợp với đường sức từ góc 60o Tính momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây Cho biết vòng dây có dịng điện chạy qua 8A - GV gọi HS trả lời đáp án câu Câu 1: Tóm tắt: R=5cm=0,05m N=75 vịng B=0,25T   300 I qua vòng dây 8A Giải : M  IBS sin   IB R sin   8.75.0, 25. 0, 052.sin 300  0,589( Nm) Hoạt động : Củng cố dặn dò (2 phút) - Sau học chúng ta nắm vấn đề sau + Công thức M  IBS không đúng với khung dây hình chữ nhật mà cịn đúng khung dây phẳng có dạng bất kỳ, khung dây phẳng đặt từ trường đều, mặt phẳng khung chứa đường sức từ - Các em ôn tập kiến thức hai chương III dòng điện môi trường chương IV từ trường trọng tâm chương IV để sau tiết thực hành có tiết kiểm tra Sinh viên thực tập Giáo viên hướng dẫn Phạm Tùng Lâm Lê Thị Quỳnh Trang 10 11 .. .- Một số công thức liên quan - Một số tập phần theo nội dung Học sinh - Ơn lại cơng thức cảm ứng từ, công thức Ampe lực từ, lực Loren- xơ III TIẾN TRÌNH DẠY HỌC Hoạt... tròn nên lực Lo-ren-xơ tác dụng lên electron đóng vai trị lực hướng tâm Dựa theo quy tắc bàn tay trái ta xác định chiều chuyển động electron hình vẽ - Vì lực Lo-ren-xơ đóng vai trị lực hướng... Vì lực Lo-ren-xơ đóng vai trị lực hướng tâm nên ta có f L  f ht � e vB  �R - Hạt electron chịu tác - Hạt electron tăng dụng lực điện tốc hiệu điện trường U=220 V chịu tác dụng lực nào? Lực