M Ở ĐẦU
2.2. Thiết kế nội dung bài giảng
2.2.1. Bài 38: Hiện tượng cảm ứng điện từ. suất điện động cảm ứng 2.2.1.1. Tiến trình hình thành kiến thức
- Bước 1: Thông qua việc tiến hành 2 thí nghiệm (thí nghiệm 1 về cảm ứng điện từ khi nam châm và ống dây chuyển động đối với nhau, thí nghiệm 2 về cảm ứng cảm ứng điện từ khi dòng điện trong ống dây biến đổi) rút ra nhận xét: Khi số đường sức từ xuyên qua một mạch kín biến đổi thì trong mạch xuất hiện dòng điện.
- Bước 2: Thừa nhận công thức tính từ thông, tìm hiểu ý nghĩa và đơn vị của từ thông.
- Bước 3: Từ kết quả thí nghiệm 1, 2 và khái niệm từ thông đưa ra định nghĩa dòng điện cảm ứng, suất điện động cảm ứng, hiện tượng cảm ứng điện từ.
- Bước 4: Tiến hành thí nghiệm dịch chuyển nam châm ra xa hoặc lại gần ống dây để xác định chiều dòng điện cảm ứng và khái quát hóa để phát biểu định luật Len-xơ về chiều của dòng điện cảm ứng.
- Bước 5: Tiến hành thí nghiệm để khảo sát một cách định tính về sự phụ thuộc của độ lớn suất điện động cảm ứng vào tốc độ biến thiên của từ thông. Từ đó GV thông báo cho học sinh định luật Faraday về cảm ứng điện từ.
2.2.1.2. Mục tiêu bài học
a. Mục tiêu hành động
- Phát hiện được vấn đề: Làm thế nào để xác định được chiều dòng điện cảm ứng? - Tiến hành thí nghiệm và xác định được chiều dòng điện cảm ứng.
- Đề xuất và tiến hành được thí nghiệm để khảo sát độ lớn của suất điện động cảm ứng có liên quan đến tốc độ biến thiên từ thông hay không.
b. Mục tiêu kết quả
Mục tiêu Mức độ thể hiện cụ thể
- Mô tả được thí nghiệm về cảm ứng điện từ.
- Hiểu được khái niệm từ thông qua diện tích S.
- Phát biểu được định nghĩa dòng điện cảm ứng, suất điện động cảm ứng, hiện tượng cảm ứng điện từ.
- Hiểu được định luật Len- xơ về chiều dòng điện cảm ứng.
+ Bố trí và tiến hành được thí nghiệm và rút ra nhận xét: Khi số đường sức từ xuyên qua mạch kín biến đổi thì trong mạch kín xuất hiện dòng điện.
+ Viết được công thức tính từ thông + Nêu được ý nghĩa và đơn vị của từ thông.
+ Nêu được các cách làm thay đổi từ thông.
+ Sử dụng được khái niệm từ thông để định nghĩa hiện tượng cảm ứng điện từ.
+ Vận dụng được công thức để tính từ thông qua một mạch kín.
+ Phát biểu được định nghĩa dòng điện cảm ứng, suất điện động cảm ứng, hiện tượng cảm ứng điện từ
+ Phát biểu được định luật Len-xơ + Áp dụng được định luật Len-xơ để xác định chiều dòng điện cảm ứng trong các trường hợp khác nhau.
- Hiểu được định luật Faraday về cảm ứng điện từ.
+ Phát biểu được định luật Faraday về cảm ứng điện từ.
+ Viết được biểu thức tính suất điện động cảm ứng.
+ Vận dụng để tính suất điện động cảm ứng.
c. Mục tiêu về thái độ
- Có ý thức tự lực học tập, biết tôn trọng các thành viên trong nhóm. - Có hứng thú học tập.
- Trân trọng những đóng góp của Faraday cho khoa học và có ý thức học hỏi tấm gương của nhà khoa học vĩ đại này.
2.2.1.3. Phương pháp
a. Phương pháp thực hành thí nghiệm
- Định hướng theo mẫu, từng phần để học sinh tiến hành thí nghiệm 38.1SGK về dòng điện cảm ứng.
- Định hướng theo mẫu, từng phần để học sinh làm thí nghiệm phụ nhằm xác định sự tương ứng giữa chiều dòng điện qua điện kế và phía lệch của kim điện kế.
- Định hướng tìm tòi để học sinh tiến hành thí nghiệm về định luật Len-xơ và tìm được cách xác định chiều dòng điện cảm ứng.
- Định hướng suy luận – chương trình hóa để học sinh đề xuất và tiến hành thí nghiệm khảo sát: độ lớn của suất điện động cảm ứng có liên quan đến tốc độ biến đổi từ thông hay không.
b. Phương pháp đàm thoại
- Định hướng suy luận tương tự để học sinh giải thích hiện tượng kim điện kế bị lệch ở thí nghiệm 38.2 SGK.
- Định hướng suy luận- chương trình hóa cho hoạt động tìm hiểu ý nghĩa từ thông. - Định hướng theo mẫu, tái tạo trong việc hướng dẫn học sinh làm việc với SGK và phát biểu định nghĩa dòng điện cảm ứng, suất điện động cảm ứng, hiện tượng cảm ứng điện từ.
- Định hướng sáng tạo để học sinh phát hiện vấn đề: Làm thế nào để xác định chiều dòng điện cảm ứng.
- Định hướng theo mẫu, tái tạo trong việc xây dựng biểu thức tính suất điện động cảm ứng.
2.2.1.4. Phương tiện
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1 (Ghi chép trên lớp) 1. Thí nghiệm
Thí nghiệm Bố trí TN Tiến hành TN Hiện tượng Kết luận TN1
TN2
Từ trường có sinh ra dòng điện không? 2. Khái niệm từ thông a. Định nghĩa từ thông: b. Ý nghĩa từ thông: c. Đơn vị từ thông: 2. Hiện tượng cảm ứng điện từ a. Dòng điện cảm ứng: b. Suất điện động cảm ứng: c. Hiện tượng cảm ứng điện từ:
3. Chiều dòng điện cảm ứng. Định luật Len-xơ a. Thí nghiệm Mô tả TN Tiến hành TN Kết quả TN Từ thông tăng Từ thông giảm b. Định luật Len-xơ:
4. Định luật Fa-ra-day về cảm ứng điện từ a. Định luật Fa-ra-day:
b. Biểu thức xác định suất điện động cảm ứng:
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2 (Vận dụng định luật Len-xơ)
Xác định chiều dòng điện cảm ứng trong vòng dây trong các trường hợp sau: 1. Nam châm di chuyển lại gần vòng dây
2. Vòng dây kín đứng yên và di chuyển con chạy biến trở để tăng điện trở
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 3 (Vận dụng định luật Fa-ra-day về cảm ứng điện từ) Giải bài tập sau:
Một khung dây hình vuông cạnh 20cm nằm toàn bộ trong một từ trường đều và vuông góc với các đường sức từ. Trong khoảng thời gian 0.01s, cảm ứng từ của từ trường giảm từ 1.2 T đến 0. Tính suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung dây trong thời gian từ trường biến đổi.
2.2.1.5. Tổ chức lớp học
Sắp xếp thời gian gặp lớp trước buổi học để giới thiệu cách học chương Cảm ứng điện từ, chia lớp thành 6 nhóm, hướng dẫn cách làm việc nhóm và phát phiếu học tập chuẩn bị bài mới.
2.2.1.6. Hoạt động dạy học
a. Giới thiệu chương (2 phút)
Thí nghiệm Ơ-xtet cho thấy dòng điện có thể sinh ra từ trường. Michael Faraday đã tìm hiểu về thí nghiệm dòng điện sinh ra từ trường của Ơ-xtet và nảy ra một ý tưởng: nếu dòng điện là nguyên nhân sinh ra từ trường thì từ trường cũng có thể sản sinh ra dòng điện. Năm 1831, Faraday đã đưa ra một trong những phát minh quan trọng nhất trong lịch sử điện và từ, đó là cảm ứng điện từ, có ý nghĩa vô cùng to lớn đối với thực tiễn. Chương này các em sẽ được nghiên cứu những vấn đề cơ bản của cảm ứng điện từ.
b. Đặt vấn đề (3 phút)
Quan sát cấu tạo của dynamo xe đạp
Tại sao khi xoay núm thì bóng đèn lại phát sáng? Dynamo xe đạp hoạt động dựa vào nguyên lý nào? Nam châm đóng vai trò gì trong việc làm cho đèn sáng? Sau bài học hôm nay chúng ta sẽ trả lời được những câu hỏi trên. Chúng ta vào bài mới: Hiện tượng cảm ứng điện từ - Suất điện động cảm ứng.
c. Hoạt động 1: Làm thí nghiệm về cảm ứng điện từ (15 phút)
Hướng dẫn của giáo viên Hoạt động của học sinh
Thí nghiệm 1:Phương pháp thực hành thí
nghiệm:
Định hướng theo mẫu, từng phần:
- GV giới thiệu các dụng cụ thí nghiệm hình 38.1 SGK/184, thuyết trình các phương án thí nghiệm và yêu cầu HS tiến hành. Các phương án thí nghiệm:
+ Để nam châm nằm yên trong lòng ống dây.
+ Đưa nam châm lại gần hoặc ra xa ống dây.
+ Nam châm và ống dây cùng chuyển động
-Tiến hành thí nghiệm và rút ra nhận xét: Khi nam châm và ống dây chuyển động tương đối với nhau thì kim điện kế bị lệch, chứng tỏ Hình 1: Cấu tạo dynamo xe đạp
sang phải hoặc sang trái với vận tốc như nhau.
Vậy một cách tổng quát hơn thì khi nào trong ống dây xuất hiện dòng điện?
Nếu học sinh không trả lời được thì gợi ý bằng hình vẽ các đường sức từ của nam châm thẳng.
Thí nghiệm 2: Phương pháp đàm thoại
thuyết trình
Định hướng suy luận – tương tự:
GV giới thiệu thí nghiệm hình 38.2 SGK/184. Hãy dự đoán khi nào kim điện kế bị lệch và giải thích.
có dòng điện qua ống dây.
Khi các đường sức từ xuyên qua ống dây biến đổi thì trong ống dây xuất hiện dòng điện.
Khi di chuyển con chạy thì kim điện kế bị lệch. Do R thay đổi →I thay đổi → Từ trường trong ống dây biến đổi → Số đường sức từ xuyên qua vòng dây biến đổi → Trong vòng dây xuất hiện dòng điện làm kim điện kế bị lệch.
d. Hoạt động 2: Tìm hiểu khái niệm từ thông(15 phút)
Hướng dẫn của giáo viên Hoạt động của học sinh Thuyết trình: Ở trên các em đã nhận
xét khi số đường sức từ xuyên qua 1 mạch kín biến đổi thì trong mạch kín xuất hiện dòng điện. Vậy để khảo sát dòng điện đó thì ta phải khảo sát cái gì?
Khảo sát bằng cách nào?
Người ta đưa ra một đại lượng diễn tả số đường sức từ qua một diện tích đặt trong từ trường và gọi đó là từ thông Φ.
Giả sử có một mặt phẳng diện tích S được đặt trong từ trường đều 𝐵�⃗. Vẽ pháp tuyến 𝑛�⃗ của S. Chiều của 𝑛�⃗ có thể chọn tùy ý. Góc hợp thành bởi 𝐵�⃗ và 𝑛�⃗ kí hiệu là α. Khi đó: Φ = BScosα.
Nếu đề bài không nói gì, ta thường chọn chiều 𝑛�⃗ sao cho từ thông dương.
Định hướng suy luận – chương trình hóa.
Từ công thức từ thông, nếu α = 0 thì Φ được tính như thế nào?
Sau đó lấy S = 1 thì Φ được tính như thế nào?
Vậy từ thông có ý nghĩa gì?
Phải khảo sát số đường sức từ xuyên qua mạch. Suy nghĩ. Tiếp thu. Φ = BS Φ = B Từ thông bằng số đường sức từ xuyên qua diện tích S đặt vuông góc với đường sức.
Như vậy, từ thông là đại lượng diễn tả số đường sức từ xuyên qua một diện tích nào đó.
Yêu cầu học sinh đọc sách giáo khoa và tìm hiểu từ thông có đơn vị là gì?
Trong hệ SI, từ thông có đơn vị là vêbe, kí hiệu là Wb.
1Wb = 1 T.1 m2
e. Hoạt động 3: Hiện tượng cảm ứng điện từ (10 phút)
Phương pháp đàm thoại
Hướng dẫn của giáo viên Hoạt động của học sinh
Định hướng theo mẫu, tái tạo. Yêu cầu học sinh đọc SGK trong 3 phút.
Dòng điện trong các thí nghiệm chúng ta vừa tìm hiểu là dòng điện cảm ứng. Vậy hãy định nghĩa dòng điện cảm ứng là gì?
Trong mạch kín xuất hiện dòng điện tương đương với sự tồn tại của cái gì để sinh ra dòng điện đó?
Suất điện động cảm ứng là gì?
Điều kiện để xuất hiện suất điện động cảm ứng là gì?
Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì?
Hãy giải thích nguyên lý hoạt động
Đọc SGK.
Dòng điện xuất hiện khi có sự biến đổi từ thông qua mạch kín gọi là dòng điện cảm ứng.
Trong mạch phải tồn tại suất điện động.
Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín.
Khi có sự biến đổi từ thông qua mạch điện kín thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng.
Hiện tượng xuất hiện suất điện động cảm ứng gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.
của dynamo xe đạp đã nêu ở đầu bài. theo do được áp vào bánh xe, làm cho nam châm quay theo. Vì thế từ thông qua cuộn dây biến đổi, trong cuộn dây xuất hiện dòng điện cảm ứng. Dòng điện này làm cho bóng đèn sáng.
f. Hoạt động 4: Xác định chiều của dòng điện cảm ứng. Định luật Len-xơ.( 20 phút)
Phương pháp thực hành thí nghiệm
Hướng dẫn của giáo viên Hoạt động của học sinh
Định hướng sáng tạo
Ta đã biết khi số đường sức từ xuyên qua mạch kín biến đổi thì trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng. Khi nói đến dòng điện ta quan tâm đến những đặc điểm gì?
Hãy xác định chiều của dòng điện cảm ứng.
Định hướng theo mẫu, từng phần
Ta phải dùng điện kế để xác định chiều dòng cảm ứng trong một số trường hợp, tìm mối quan hệ giữa chiều dòng điện với cái gì đó có thể xác định được. Từ đó áp dụng để xác định chiều dòng điện cảm ứng khi không có điện kế.
Trước khi làm thí nghiệm xác định chiều dòng điện cảm ứng, ta làm một thí nghiệm phụ nhằm xác định sự tương ứng
Chiều và độ lớn của dòng điện.
Làm thế nào để xác định chiều dòng điện cảm ứng?
Làm thí nghiệm và nhận xét.
Tiến hành thí nghiệm, xác định chiều dòng điện cảm ứng, xác định chiều từ trường cảm
giữa chiều dòng điện qua điện kế và phía lệch của kim điện kế.
Thí nghiệm: Mắc điện kế nối tiếp với một biến trở và mắc vào 2 cực của một pin. Nhận xét về chiều lệch của điện kế và chiều của dòng điện.
Định hướng tìm tòi
Các em hãy tiến hành lại thí nghiệm về cảm ứng điện từ khi nam châm và ống dây chuyển động với nhau, quan sát chiều của kim điện kế, từ đó xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong từng trường hợp, tìm mối quan hệ giữa chiều dòng điện cảm ứng với nguyên nhân sinh ra nó thông qua từ trường cảm ứng mà nó sinh ra.
Hãy rút ra quy tắc xác định chiều dòng điện cảm ứng.
GV dẫn dắt học sinh đến với định luật Len-xơ.
Yêu cầu học sinh hoàn thành phiếu học tập vận dụng định luật Len-xơ theo nhóm.
ứng và rút ra nhận xét: Khi từ thông tăng thì từ trường cảm ứng ngược chiều với từ trường của nam châm, còn khi từ thông giảm thì từ trường cảm ứng cùng chiều với từ trường của nam châm.
Xác định từ trường ban đầu, xác định từ thông tăng hay giảm. Nếu từ thông tăng thì từ trường cảm ứng ngược chiều với từ trường ban đầu, nếu từ thông giảm thì từ trường cảm ứng cùng chiều với từ trường ban đầu. Dựa vào từ trường cảm ứng có thể xác định được dòng điện cảm ứng bằng quy tắc nắm tay phải.
Tiếp thu.
Làm việc nhóm và hoàn thành phiếu học tập.
g. Hoạt động 5: Định luật Fa-ra-day về suất điện động cảm ứng.(20 phút)
Phương pháp đàm thoại
Định hướng suy luận – chương trình hóa.
biến đổi từ thông qua mạch kín thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng. Vậy giữa độ lớn suất điện động cảm ứng và sự biến đổi từ thông có mối liên hệ gì với nhau không?
- Muốn biết suất điện động lớn hay nhỏ ta có thể dựa vào điều gì?
- Hãy đề xuất phương án thí nghiệm để xem độ lớn của suất điện động cảm ứng có liên quan đến tốc độ biến đổi từ thông hay không.
- Hãy tiến hành thí nghiệm đã đề xuất và nhận xét.
- Bằng thực nghiệm, Fa-ra-day đã chứng tỏ rằng: Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch. Phát biểu này được gọi là định luật Fa-ra-day về cảm ứng điện từ.
- Hãy biểu diễn định luật trên bằng mô hình toán học.
Dự đoán.
Ta có thể dựa vào độ lớn của dòng điện mà nó sinh ra.
Ta có thể làm lại thí nghiệm 38.1 SGK. Ta đưa nam châm lại gần hoặc ra xa ống dây nhiều lần nhưng mỗi lần với một tốc độ khác nhau.