Giáo án Vật lý 11 - Tiết 65: Bài tập về cảm ứng điện từ

Giáo án Vật lý 11 - Tiết 65: Bài tập về cảm ứng điện từ giúp người học vận dụng được định luật len-xơ (xác định chiều dòng điện cảm ứng trong mạch điện kín) và vận dụng được quy tắc bàn tay phải (xác định chiều dòng điện cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động); vận dụng được định luật Fa-ra-đây; vận dụng được công thức xác định năng lượng từ trường.

GIÁO ÁN CHI TIẾT Giáo viên hướng dẫn: Lê Thị Quỳnh Trang Người soạn: Phạm Tùng Lâm Ngày tháng 03 năm 2012 Dạy lớp 11A Tiết 65 BÀI TẬP VỀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ I MỤC TIÊU Kiến thức: ∗ Vận dụng định luật len-xơ ( xác định chiều dịng điện cảm ứng mạch điện kín) vận dụng quy tắc bàn tay phải ( xác định chiều dòng điện cảm ứng đoạn dây dẫn chuyển động) ∗ Vận dụng định luật Fa-ra-đây ∗ Vận dụng công thức xác định lượng từ trường Kĩ năng: Rèn luyện kĩ làm tập chương Thái độ: Nghiêm túc, tích cực nhận xét làm bạn chữ lỗi sai cho bạn II CHUẨN BỊ: Giáo viên: Chuẩn bị phương pháp giải tập sách giáo khoa Học sinh: Giải tập nhà tập liên quan III PHƯƠNG PHÁP LÊN LỚP - Đàm thoại diễn giải IV TIẾN TRÌNH DẠY HỌC Hoạt động 1: Củng cố kiến thức cũ (15 phút) Hoạt động GV Hoạt động HS Nội dung ghi bảng Yêu cầu HS đứng chỗ trả lời: + Φ = B.S cos α + Φ = B.S cos α r ur r ur + Biểu thức từ thông Với α = n; B α = n ;B Với Φ qua diện tích S đặt r Trong n véc tơ ( ) ( ) ur từ trường B có pháp tuyến diện tích S biểu thức ? + Để xác định chiều dòng điện cảm ứng khung dây dẫn kín chuyển động từ trường ta dùng định luật Len-xơ + Để xác định chiều dịng điện cảm ứng khung dây dẫn kín chuyển động từ trường ta dùng định luật nào, phát biểu định luật ? + Nội dung định luật Len-xơ : ‘‘Dịng điện cảm ứng có chiều cho từ trường sinh có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh nó’’ + Một khung dây dẫn kín chuyển động vàur cắt đường sức từ B , khung xuất dòng điện cảm ứng, dòng điện sinh ur từ trường cảm ứng BC ur ur + Nếu Φ ↑⇒ B    ↑↓   BC  Nếu từ thơng qua khung dâyurdẫn urkín tăng ( Φ ↑ ) B   và  B C với ?ur ur ur ur  Nếu Φ ↑ B   và  B C +Nếu Φ ↓⇒ B   ↑↑  BC với ? + Để xác định độ lớn suất điện động cảm ứng mạch kín ta dùng định luật nào, phát biểu định luật nêu biểu thức độ lớn suất điện động cảm ứng mạch kín ? + Để xác định độ lớn suất điện động cảm ứng mạch kín ta dùng định luật Fa-ra-day Nội dung định luật Fa-ra-day : ‘‘Độ lớn suất điện động cảm ứng mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thông qua mạch.’’ + Biểu thức : ur ur ur ur + Φ ↑⇒ B   ↑↓  B C + Φ ↓⇒ B   ↑↑  B C etc = − N + Khi kim loại chuyển động từ trường xem nguồn điện, để xác định cực nguồn điện ta vận dụng quy tắc ? Phát biểu nội dung quy tắc ? ∆Φ ∆t + etc = − N ∆Φ ∆t + Để xác định cực nguồn điện ta vận dụng quy tắc bàn tay phải + Nội dung quy tắc bàn tay phải : ‘‘Đặt bàn tay phải hứng đường sức từ, ngón chỗi 900 hướng theo chiều chuyển động đoạn dây, đoạn dây dẫn chuyển động đóng vai trị nguồn điện, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chiều từ cực âm sang cực dương nguồn điện đó.’’ Hoạt động 2: (29 phút) Hướng dẫn, phân tích học sinh giải tập SGK Bài tập (Xác định cường độ dòng điện kim loại chuyển động từ trường đều) (trang 204 SGK) Hoạt động GV - Yêu cầu HS đọc đề giáo viên tóm tắt tốn vẽ hình lên bảng Tóm tắt : B = 0, 005 T ;  l = 0,5 m R  = 0, 05  Ω  ;  ω = 4π  rad / s a, xác định chiều icư qua đoạn dây dẫn C1M M2C b, xác định iA M :1 → Hoạt động HS Nội dung ghi bảng giáo viên Bài : Tóm tắt : B = 0, 005 T ;  l = 0,5 m R  = 0, 05  Ω  ;  ω = 4π  rad / s a, xác định chiều icư qua đoạn dây dẫn C1M M2C b, xác định iA M :1 → Và iA= ? M ≡ D Và iA= ? M ≡ D M i1 C A D X O ur * GV hỏi HS : B - Khi OM đứng - HS trả lời : + Khi khung dây n khung dây dẫn chưa có dịng điện dẫn có dịng điện chưa ? + Thanh OM đóng vai trị - Khi OM quay nguồn điện, quanh trục u O r từ khung dây dẫn có trường B dịng điện OM đóng vai trị ? + Áp dụng quy tắc bàn tay - Vận dụng quy tắc để phải ta xác định xác định cực nguồn điện OM có đầu O cực âm, cịn đầu M nguồn điện OM ? cực dương rM v C A iA D X O i2 ur B - Từ ta có chiều dịng + Dịng điện khung điện khung dây có có chiều M1C M2C chiều ? * GV gợi ý cho HS : Khi OM rdịch r chuyển với vận tốc v ( v vận tốc dài có điểm đặt trung điểm OM) OM đóng vai trị nguồn điện có suất điện động cảm ứng Còn cung M1C M2C điện trở Khi ta có sơ đồ mạch điện hình vẽ : RM1C RM2C A ecư a Chiều dòng điện cảm ứng dây dẫn có chiều hình vẽ iA = eC e + C RM 1C RM 2C - Áp dụng định luật Ôm cho đoạn mạch trên, em nêu biểu thức dịng điện iA? - Trong giá trị RM 1C RM 2C thay đổi OM quay từ điểm đến điểm Khi OM vị trí quay góc 2π (nghĩa quay vịng trịn) RM 1C = R suy R β OM RM 1C = 2π vị trí quay R góc β điện trở ⇒ RM 2C = ( 2π − β ) π RM 1C RM 2C ? OM : 2π → RM 1C = R + eC = Blv OM : β → RM 1C = ? ⇒ RM 2C = ? - Khi OM di chuyển từ trường r ur B với vận tốc v suất điện động cảm ứng xuất OM có biểu thức ? - Trong : v = ? - Mời em lên bảng hoàn thành tập - HS lên bảng hoàn thành tập : eC = Blv = Bl ωl 2 ⇒ eC = Bl ω Cường độ dòng điện qua ampe kế : + v = ω  .   l b Sơ đồ mạch điện : RM1C RM2C A ecư iA = eC e + C RM 1C RM 2C  1      = eC  + ÷  RM 1C RM 2C   2π  2π     = eC  + ÷ ÷  R β R ( 2π − β )  4π eC      = R β ( 2π − β ) * Khi đầu M qua điểm D β = π , ta có : 4π eC eC Bl 2ω iC = = = Rπ R R 2.0, 005.0,5 4.3,14  = = 0, 63 A 0, 05 Bài toán (Rèn luyện cách xác định chiều dòng điện cảm ứng khung dây) (trang 202 SGK) Hoạt động GV Hoạt động HS - Yêu cầu HS đọc đề giáo viên tóm tắt tốn hình vẽ lên bảng hướng dẫn HS nhà làm Bài : a * Xét khung quay quanh trục T1 : TH1 : β ↑: 00 → 900 + Sử dụng định luật Len-xơ * Gợi ý: + Ở câu a để xác định chiều Icư xuất khung dây dẫn kín khung dây dẫn chuyển động từ trường ta sử dụng Nội dung ghi bảng giáo viên định luật gì? + Gọi β góc quay khung so với vị trí ban đầu khung r ur α = n; B ( ) 0 + Chúng ta xét Khi β ↑: → 90 khung quay nửa vòng, nghĩa 0 β ↑: → 180 , ta xét hai trường hợp: TH1: β ↑: 00 → 900 suy α ↓: 900 → 00 + Φ↑ Từ rút từ thơng Φ qua khung dây tăng hay giảm, áp dụng định luật Len-xơ để tìm chiều dịng điện khung + Khi β ↑: 00 → 900 góc α tăng hay giảm nào? + Từ từ thơng Φ tăng hay giảm? ur+ Khi cảm ứng từ B c Icư sinh có chiều ur với cảm ứng từ B + Icư khung có chiều nào? Câu 1b * GV gợi ý : + Câu 1b làm tương tự câu 2b sử dụng biểu thức ur ur + B c ↑↓ B + Suy Icư có chiều ABCDA + HS nhà làm trường r ur hợp lại α = n; B ;  α ↓: 900 → 00 ( ) ur ur ⇒ Φ ↑⇒ B c ↑↓ B - HS ý lắng nghe tiếp Suy Icư có chiều ABCDA nhận nhiệm vụ suất điện động cảm ứng theo định luật Fa-ra-day + Trong thời gian ∆t khung quay góc ∆α Chúng ta xét ∆t nhỏ, ∆α nhỏ nên ta có ∆α ≈ ⇒ sin ∆α ≈ ∆α * GV yêu cầu nhà hoàn thành tập Bài tập (trang 206 SGK) Hoạt động GV Hoạt động HS * GV mời em lên bảng tóm tắt giải 3, sau giải thích bước giải Một HS lên bảng tóm tắt, làm sau giải thích bước giải Tóm tắt : l = 40 cm = 0, 4 m d  = 4 cm = 0, 04 m N=400 vòng ; n = 1000  vòng / m I = A ; ∆t = 0, 01 s a, B, W= ? ống dây b, Φ =  ? c, ∆Φ = Φ,  eC = ? Giải : a Cảm ứng từ ống dây B = 4π.10  −7 nI  = 4π.10  −7.1000.1 = 4.3,14.10 −4 = 0, 00126T Năng lượng từ trường ống dây : Nội dung ghi bảng giáo viên W= 107.B 2V 8π 107 ( 4π 10  −  4 ) 0, 4.π 0, 02 8π = 31, 6.10−5 J = b Từ thông qua ống dây +Φ = NBS = NBπ R = 400.4π 10−4.π 4.10−4 * Gọi em nhận xét = 632.10−6 Wb làm bạn c Suất điện động cảm ứng ống dây + ec = ∆Φ ∆t Trong : ∆Φ = 632.10−6 Wb ∆t = 0, 01s Khi ta có : eC = 632.10  −  6 = 0, 063 V 0, 01 Bài tập thêm (dự phòng) Hoạt động GV Hoạt động HS Đọc đề : Cho hệ - Ghi đề tập vào thống hình vẽ : CD = l có khối lượng m Thanh trượt thẳng đứng (trên xuống) không ma sát hai đườngur ray từ trường B có chiều hình vẽ Khi ổn định r CD trượt với vận tốc v , bỏ qua điện trở dây nối, hai ray CD a Tìm vận tốc CD Xác định chiều độ Nội dung ghi bảng giáo viên lớn dòng điện cảm ứng xuất b Tìm cơng suất tỏa nhiệt điện trở R c Bây hệ thống đặt mặt phẳng nằm ngang từ trường có phương thảng đứng (hướng lên) Ta truyền cho CD vận tốc đầu v0 ⊥ CD Tìm quãng đường mà lúc dừng lại N C R u r B r gợi ývcho Bài tập : N C M D * GV HS : Ở câu a) phải xác định lực tác dụng lên vật Khi chuyển - HS ý lắng nghe động ổn định với vận tốc r tiếp thu v tổng hợp lực lúc Còn câu c) phải xác định lực tác dụng lên áp dụng định luật II Niutơn từ tìm gia tốc chuyển động * GV gọi em lên bảng tóm tắt giải tập - HS tóm tắt đề giải : Tóm tắt : CD = l ; khối lượng m r ur B ; v không đổi R u r B r v M D Rdây nối=Rhai ray=0 RCD=0 ; θ = 900 a Tìm v ; chiều độ lớn Ic b Ptỏa R= ? c s = ? Giải : Dựa vào quy tắc bàn tay phải ta xác định chiều dòng điện cảm ứng từ D → C R N IC C u r B r v M D a Thanh CD chịu tác dụng hai lực : C u r F u r P D hình ur Chiều vẽ F Độ lớn: ur P Chiều hình vẽ Độ lớn: + Khi chuyển động ổn định với vận tốc v ur ur F + P = 0   hay   P = F ⇔ mg = BIl ⇔ I = mg Bl + Vận tốc : v= eC IR =    (*) Bl Bl Thay I vào biểu thức (*) ta có : v= mgR B 2l b Công suất tỏa nhiệt R : m2g2 P = RI = R 2 Bl c Thanh CD chịu tác dụngur lực uu r trọng lực P ; phản lực N ; lực ur từ F r u u r u B r N u r I v +C F u r P Áp dụng định luật II Niutơn cho CD ta có : ur uu r ur r P+N +F a= m F BIl hay   a = − = − m m e Bvl B C l B l R =− R =− m m 2 B l v0 =− m Vậy CD chuyển động chậm dần với gia tốc a = − B 2l v0 m Quãng đường mà CD chuyển động : áp dụng v02 v − v = 2as ⇔ s = − 2a mv0 R ⇔s= B 2l 2 t Hoạt động 3: (1 phút) Củng cố dặn dò Hoạt động GV Hoạt động HS GV dặn dò HS : HS ghi nhớ - Yêu cầu HS phải vận dụng định luật Len-xơ để xác định chiều dòng điện cảm ứng xuất mạch điện kín Vận dụng quy tắc bàn tay phải để xác định cực nguồn điện đoạn dây dẫn chuyển động từ trường Vận dụng định luật Fa-ra-day để xác định suất điện động cảm ứng mạch điện kín Sinh viên thực Phạm Tùng Lâm Giáo viên hướng dẫn Lê Thị Quỳnh Trang ... nguồn điện có suất điện động cảm ứng Còn cung M1C M2C điện trở Khi ta có sơ đồ mạch điện hình vẽ : RM1C RM2C A ecư a Chiều dịng điện cảm ứng dây dẫn có chiều hình vẽ iA = eC e + C RM 1C RM 2C -. .. RM 2C = ? - Khi OM di chuyển từ trường r ur B với vận tốc v suất điện động cảm ứng xuất OM có biểu thức ? - Trong : v = ? - Mời em lên bảng hoàn thành tập - HS lên bảng hoàn thành tập : eC =... định độ lớn suất điện động cảm ứng mạch kín ta dùng định luật nào, phát biểu định luật nêu biểu thức độ lớn suất điện động cảm ứng mạch kín ? + Để xác định độ lớn suất điện động cảm ứng mạch kín