M Ở ĐẦU
2.1. Phân tích cấu trúc nội dung chương “cảm ứng điện từ”
2.1.1. Mục tiêu của chương [14]
- Trình bày được khái niệm từ thông.
- Vận dụng được công thức xác định suất điện động cảm ứng trong trường hợp mạch điện kín và trong trường hợp một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường.
- Trình bày và vận dụng được định luật Len-xơ và quy tắc bàn tay phải. - Vận dụng được công thức xác định suất điện động tự cảm.
- Vận dụng được công thức xác định năng lượng trong ống dây mang dòng điện và năng lượng điện trường.
2.1.2. Sơ đồ hình thành kiến thức chương “Cảm ứng điện từ”
Nhìn vào sơ đồ ta thấy kiến thức chương “Cảm ứng điện từ” được hình thành thông qua các bước sau:
Bước 1: Khảo sát định lượng các kiến thức về cảm ứng điện từ đã được giới thiệu một cách định tính ở lớp 9.
Bước 2: Vận dụng kiến thức của bài “Hiện tượng cảm ứng điện từ. Suất điện động cảm ứng” để khảo sát sự xuất hiện của suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây chuyển động cũng như cách xác định cực và độ lớn của suất điện động trong đoạn dây.
Bước 3: Vận dụng kiến thức bài “Hiện tượng cảm ứng điện từ. Suất điện động cảm ứng” để tìm hiểu về dòng điện Fu-cô, vì dòng điện Fu-cô thực chất là dòng điện cảm ứng, tìm các ví dụ về ứng dụng cũng như tác hại của dòng điện Fu-cô trong đới sống và kĩ thuật.
Bước 4: Vận dụng kiến thức bài “Hiện tượng cảm ứng điện từ. Suất điện động cảm ứng” để khảo sát một trường hợp riêng của hiện tượng cảm ứng điện từ, đó là hiện tượng tự cảm
Bước 5: Nhận xét thí nghiệm hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch, chứng tỏ khi ống dây có dòng điện thì ống dây có năng lượng. Thông báo cho HS công thức xác định năng lượng từ trường trong ống dây và công thức xác định mật độ năng lượng từ trường.
Bước 6: Vận dụng các kiến thức đã học ở các bài Hiện tượng cảm ứng điện từ - Suất điện động cảm ứng, Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây chuyển động trong từ trường, Hiện tượng tự cảm, Năng lượng từ trường để giải một số bài tập về cảm ứng điện từ.
2.1.3. Kiến thức cơ bản [15] - Khái niệm từ thông
+ Định nghĩa: Giả sử có một mặt phẳng diện tích S đặt trong từ trường đều B . Vẽ vector pháp tuyến n
của S. Góc hợp bởi B và n
kí hiệu là α . Từ thông qua diện tích S được xác định bằng công thức:
cos
BS α
Φ =
Đơn vị: Vêbe (Wb)
+ Ý nghĩa: Từ thông bằng số đường sức từ xuyên qua diện tích S đặt vuông góc với đường sức.
- Hiện tượng cảm ứng điện từ
+ Dòng điện cảm ứng: Dòng điện xuất hiện khi có sự biến đổi từ thông qua mạch điện kín gọi là dòng điện cảm ứng.
+ Suất điện động cảm ứng: Khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch kín thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng.
+ Hiện tượng cảm ứng điện từ: Hiện tượng xuất hiện suất điện động cảm ứng gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.
- Định luật Len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng
Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó.
- Định luật Fa-ra-day về cảm ứng điện từ
Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch.
c e t ∆Φ = − ∆ Đơn vị: Vôn
- Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động: Khi một đoạn dây chuyển động cắt các đường sức từ thì trong đoạn dây đó xuất hiện suất điện động cảm ứng, khi đó đoạn dây đóng vai trò như một nguồn điện, có các cực được xác định bằng quy tắc bàn tay phải.
+ 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, khi đó đoạn dây dẫn đóng vai trò như một nguồn điện, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chỉ chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn điện đó.
+ Biểu thức suất điện động cảm ứng trong đoạn dây:
|ec|=Bvlsinα
Với α là góc tạo bởi B và v
. - Dòng điện Fu-cô
Dòng diện cảm ứng được sinh ra ở trong khối vật dẫn khi vật dẫn chuyển động trong từ trường hay được dặt trong từ trường biến đổi theo thời gian là dòng điện Fu-cô.
- Hiện tượng tự cảm
Hiện tượng cảm ứng điện từ trong một mạch điện do chính sự biến đổi của dòng điện do chính sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó gây ra gọi là hiện tượng tự cảm.
+ Hệ số tự cảm:
Hệ số tự cảm của một ống dây dài đặt trong không khí:
7 2 4 .10
L= π − n V
Trong đó n là số vòng dây trên một đơn vị chiều dài của ống, V là thể tích của ống.
Đơn vị: henri (H)
+ Suất điện động tự cảm: Suất điện động sinh ra do hiện tượng tự cảm gọi là suất điện động tự cảm. tc i e L t ∆ = − ∆ - Năng lượng từ trường
Năng lượng của ống dây có dòng điện:
2 7 2 1 1 10 2 8 W Li B V π = =
Mật độ năng lượng từ trường:
2 7 2 1 1 10 2 8 w Li B π = =
2.1.4. Kết luận
Các bài học trong chương “Cảm ứng điện từ” chủ yếu là vận dụng kiến thức cũ để tìm ra kiến thức mới, nhiều kiến thức giúp HS giải quyết những vấn đề liên quan trong cuộc sống. Điều này rất thuận lợi cho việc định hướng và tổ chức cho HS tự lực học tập.