2.4.2.1. Thiết kế mục tiêu và hoạt động dạy học kiến thức: Sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường. Chiều của dòng điện cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường.
A. Mục tiêu dạy học.
1. Nội dung kết luận về kiến thức cần xây dựng.
- Khi một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc v
vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với B
một góc thì trong đoạn dây dẫn đó xuất hiện một suất điện động được gọi là suất điện động cảm ứng. Nếu nối hai đầu đoạn dây bằng một dây dẫn tạo thành mạch kín thì trong mạch có dòng điện do suất điện động cảm ứng sinh ra được gọi là dòng điện cảm ứng.
- Chiều của dòng điện cảm ứng chạy trong mạch kín là chiều của dòng điện cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường tuân theo quy tắc bàn tay phải: Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngón cái choãi ra 900 hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chỉ chiều của dòng điện cảm ứng chạy trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường (đó là chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn), và cho ta biết chiều của dòng điện chạy trong mạch kín nếu nối hai đầu đoạn dây tạo thành mạch kín.
2. Mục tiêu đối với quá trình học.
- HS tham gia đề xuất giải pháp và thực hiện giải pháp để trả lời câu hỏi: Nếu một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc v
vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với B
đoạn dây dẫn đó? Nếu nối hai đầu đoạn dây dẫn bằng một dây dẫn thành mạch kín thì có hiện tượng gì xảy ra trong mạch kín đó?
- HS rút ra được kết luận trả lời cho vấn đề đặt ra. 3. Mục tiêu đối với kết quả học
- HS chứng minh lại được khi một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc v
vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với B
một góc thì trong đoạn dây dẫn đó xuất hiện một suất điện động gọi là suất điện động cảm ứng.
- HS phát biểu được quy tắc bàn tay phải. B. Thiết kế tiến trình hoạt động dạy học.
Hoạt động dạy học được thể hiện thông qua hệ thống câu hỏi cũng như những lời dẫn dắt của giáo viên cho từng giai đoạn của việc khám phá kiến thức dưới đây.
* Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện xuất phát:
Để đảm bảo điều kiện xuất phát cho HS, GV kiểm tra bài cũ:
O. Một dây dẫn kim loại thì trong dây dẫn đó có hạt nào mang điện chuyển động tự do?
O. Hạt mang điện chuyển động trong từ trường thì chịu lực nào tác dụng? Hãy phát biểu những hiểu biết về lực đó?
*Đề xuất vấn đề:
Nếu một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc v
vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với B
một góc thì có hiện tượng gì xảy ra trong đoạn dây dẫn đó ? Nếu nối 2 đầu đoạn dây dẫn này bằng một sợi dây dẫn thành mạch kín thì có hiện tượng gì xảy ra trong mạch kín đó?
* Đề xuất giải pháp:
O. Theo các em thì giải pháp để tìm câu trả lời cho vấn đề trên là gì? GV có thể phải gợi ý:
O. Nếu có một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc v vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với B
một góc thì có hiện tượng gì xảy với các elêctron trong đoạn dây dẫn đó?
◊. Giải pháp là: Xét tác dụng của lực Lorenxơ lên các elêctron trong đoạn dây dẫn khi chúng chuyển động cùng với dây dẫn, để rút ra câu trả lời cho vấn đề đặt ra.
* Thực hiện giải pháp:
O. Trước hết, các em hãy trả lời câu hỏi: Nếu một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc v
vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với B
một góc thì có hiện tượng gì xảy ra trong đoạn dây dẫn đó?
◊. GV thể chế hoá kiến thức: Khi một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc v
vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với B
một góc thì trong đoạn dây dẫn đó xuất hiện một suất điện động ta gọi suất điện động này là suất điện động cảm ứng.
O. Vậy nếu nối 2 đầu đoạn dây dẫn này bằng một sợi dây dẫn thành mạch kín thì có hiện tượng gì xảy ra trong mạch kín đó?
O. Vậy chiều của dòng điện cảm ứng trong đoạn dây này được xác định như thế nào?
◊. GV: ở trong đoạn dây này chiều của dòng điện là ngược với chiều của lực Lorenxơ tác dụng lên hạt elêctron ta có thể rút ra quy tắc xác định chiều của dòng điện trong đoạn dây dẫn chuyển động gọi là quy tắc bàn tay phải và từ đó suy ra chiều của dòng điện trong mạch kín.
GV thông báo quy tắc bàn tay phải: Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ,
ngón cái choãi ra 900 hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chỉ chiều của dòng điện cảm ứng chạy trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường (đó là chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn), và cho ta biết chiều của dòng điện chạy trong mạch kín nếu nối hai đầu đoạn dây tạo thành mạch kín.
O. Vậy kết luận cho vấn đề đặt ra là gì?
. Dự kiến HS trả lời được.
O. Khi một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc v
vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với B
một góc thì trong đoạn dây dẫn đó xuất hiện một suất điện động cảm ứng. Vậy độ lón của suất điện động này có liên quan thế nào với độ lớn của B và diện tích S quét bởi đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường? Có thể tính được theo công thức thế nào?".
2.4.2.2. Thiết kế mục tiêu và hoạt động dạy học kiến thức: Độ lớn suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường. Từ thông.
A. Mục tiêu dạy học.
1. Nội dung kết luận về kiến thức cần xây dựng.
- Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường phụ thuộc tốc độ chuyển động của đoạn dây theo công thức:
e Bvl sin (2.1) Với 0
v, l 90
và góc v, B
- Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động
trong từ trường tỉ lệ với tốc độ cắt từ thông qua diện tích quét bởi đoạn dây, tức là tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường: e (BScos )
t t (2.2) với = góc n, B
, ở đây ta gọi BS cos là từ thông.
- Từ thông qua diện tích S là đại lượng được tính bằng công thức: BScos, bằng số đường sức từ vuông góc với diện tích S (B là độ lớn cảm ứng từ).
+ Từ thông là một đại lượng đại số có giá trị dương hoặc âm tuỳ thuộc vào dấu của
cos do đó tuỳ thuộc vào việc chọn chiều của pháp tuyến n
của diện tích S. + Đơn vị của từ thông là vê be (viết tắt Wb). 1Wb = 1T. 1m2
+ Từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín biến thiên càng nhanh thì suất điện động cảm ứng trong mạch kín càng lớn.
2. Mục tiêu đối với quá trình học
- HS tham gia đề xuất giải pháp và thực hiện giải pháp để trả lời câu hỏi: Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ
trường với tốc độ v s
t
, v
vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với B
một góc (B
hợp với pháp tuyến n
của diện tích quét bởi đoạn dây dẫn chuyển động một góc ) có liên quan thế nào với độ lớn của B và diện tích S quét bởi đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường? Có thể tính được theo công thức thế nào?.
- HS rút ra được kết luận trả lời cho câu hỏi trên. 3. Mục tiêu đối với kết quả học
- HS chứng minh lại được công thức e Bvl sin và công thức
(BS cos ) e t t
- HS nêu được định nghĩa từ thông, ý nghĩa từ thông, đơn vị từ thông. - HS vận dụng được kiến thức đã học để giải bài tập.
B. Thiết kế tiến trình hoạt động dạy học
Hoạt động dạy học được thể hiện thông qua câu hỏi cũng như những lời dẫn dắt của giáo viên cho từng giai đoạn của việc khám phá kiến thức dưới đây.
*Kiểm tra, chuẩn bị điều kiện xuất phát:
O. Viết biểu thức độ lớn suất điện động theo định nghĩa? O. Viết biểu thức độ lớn của lực Lorenxơ?
* Đề xuất vấn đề:
O. Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với tốc độ v s
t
, v
đường sức từ B
một góc (pháp tuyến n
của diện tích quét bởi đoạn dây dẫn chuyển động hợp với B
một góc ) Có liên quan gì với độ lớn của B và diện tích S quét bởi đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường không? được
tính như thế nào?. * Đề xuất giải pháp:
O. Theo các em thì phương hướng để tìm câu trả lời cho vấn đề trên là gì? Có thể GV phải gợi ý:
O. Liệu ta có thể dùng công thức suất điện động theo định nghĩa tổng quát e A
q
và tính công A của lực lạ làm di chuyển điện tích bên trong nguồn không?
O. Theo biểu thức thì A là công của lực lạ làm di chuyển điện tích bên trong nguồn, vậy lực lạ ở đây là lực nào?
◊. Vậy giải pháp là: áp dụng công thức độ lớn suất điện động của nguồn theo định nghĩa e A
q
. Tính công A của lực Lorenxơ f q vB sin trên đoạn
dây dẫn có chiều dài l để rút ra công thức cần tìm.
* Thực hiện giải pháp:
O. Thay biểu thức tính công của lực Lorenxơ f q vB sin trên đoạn dây dẫn có chiều dài l vào công thức e A
q
rồi khai triển?
O. Hãy thay v s
t
vào công thức vừa tìm được rồi khai triển?
* Khái quát hoá diễn đạt kết luận::
- Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường phụ thuộc tốc độ chuyển động của đoạn dây theo công thức:
e Bvl sin Với 0
v, l 90
và góc v, B
(2.1)
- Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường tỷ lệ với tốc độ biến thiên của đại lượng BS cos :
(BScos ) e t với = góc n, B (2.2)
◊. Từ công thức (2.2) GV thông báo kiến thức mới:
- Nếu biểu diễn độ lớn B cos của thành phần vuông góc với diện tích S của B
bằng cách vẽ số đường sức từ vuông góc với mỗi đơn vị diện tích của S bằng B costhì đại lượng BS cos bằng tổng số các đường sức từ vuông góc với S. Ta gọi đại lượng ký hiệu là BScos là từ thông qua diện tích S.
-Nếu nối hai đầu dây dẫn chuyển động trong từ trường thành một mạch kín thì đại lượng (BS cos ) là độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường. O. Vậy câu trả lời cuối cùng cho vấn đề đặt ra là gì?
2.4.2.3. Thiết kế mục tiêu và hoạt động dạy học kiến thức: Độ lớn suất điện động cảm ứng của một mạch kín (khung dây) chuyển động trong từ trường.
A. Mục tiêu dạy học.
1. Nội dung kết luận về kiến thức cần xây dựng.
- Suất điện động cảm ứng trong mạch kín chuyển động trong từ trường có độ lớn tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín và trái dấu với .
e t ; Nếu mạch gồm N vòng dây: e N t (Định luật Fa-ra-day) - Dòng điện cảm ứng trong một mạch kín phải có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên của từ thông đã sinh ra nó. (Định luật Len-Xơ)
- HS tham gia đề xuất giải pháp để trả lời câu hỏi: "Chiều của dòng điện cảm ứng trong mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường có quan hệ thế nào với sự tăng hoặc giảm từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín?" (câu hỏi 1)
- HS tham gia thực hiện giải pháp đã đề ra để xét dấu của khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường và chiều của dòng điện cảm ứng trong mạch bằng suy luận lý thuyết và rút ra kết luận
- HS tham gia đề xuất vấn đề: "Nếu một mạch kín (khung dây) chuyển động với vận tốc v
trong mặt phẳng có n
hợp với B
một góc thì có thể tính suất điện động cảm ứng trong mạch kín bằng công thức thế nào?" (câu hỏi 2)
- HS tham gia đề xuất giải pháp tính suất điện động cảm ứng trong mạch kín.
- HS tham gia thực hiện giải pháp đã đề ra để tính suất điện động cảm ứng trong mạch kín bằng suy luận lý thuyết và rút ra kết luận.
3. Mục tiêu đối với kết quả học - HS hiểu được công thức e
t , e N t .
- HS phát biểu được quy tắc xác định chiều của dòng điện cảm ứng. 4. Đề kiểm tra mục tiêu kết quả học:
Câu 1: Hãy phát biểu quy tắc xác định chiều của dòng điện cảm ứng.
Câu 2: Hãy viết công thức tính suất điện động cảm ứng trong một cuộn dây dẫn chỉ gồm có một vòng dây dẫn và trong cuộn dây gồm N vòng dây.
B. Phương tiện dạy học
- Thiết bị hỗ trợ dạy học gồm máy chiếu và máy tính. C. Nội dung tóm tắt để chiếu lên màn hình.
Độ lớn suất điện động cảm ứng của một mạch kín (khung dây) chuyển động trong từ trường.
1. Mối liên hệ giữa chiều của dòng điện cảm ứng trong mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường với sự biến thiên từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín.
Xét mạch kín như hình vẽ
- Chiều của dòng điện cảm ứng trong đoạn dây dẫn MN chuyển động trong từ trường có chiều từ M đến N.
- Từ đó suy ra nếu nối đoạn dây dẫn này bằng một dây dẫn tạo thành mạch kín thì dòng điện cảm ứng trong mạch kín có chiều từ N đến M.
- Độ biến thiên từ thông của dòng điện cảm ứng trong mạch kín này:
' ' '
0 0
.
- Từ đó ta suy ra: ' trái dấu với .
- Định luật Len-xơ: Dòng điện cảm ứng trong một mạch kín phải có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên của từ thông đã sinh ra nó.
2. Độ lớn suất điện động cảm ứng của một mạch kín (khung dây) chuyển động trong từ trường.
- Nếu quy ước e là số đại số có cùng dấu với dòng điện cảm ứng và quy ước dòng điện cảm ứng cùng dấu với , mà nó tạo ra thì suất điện động cảm ứng - Dấu của khi đoạn MN của mạch kín
chuyển động trong từ trường: 1 2 vì S1 > S2 2 2 0 ( tức là từ thông giảm). G v M N I l B
xuất hiện trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường có giá trị đại số là e