Xác định mục tiêu dạy học kiến thức “Cảm ứng điện từ”

1. Về nội dung kiến thức

Sinh viên phải thực hiện đƣợc các mục tiêu sau

- Trình bày đƣợc hiện tƣợng cảm ứng điện từ, dòng điện cảm ứng - Trình bày đƣợc định luật Lenz, định luật về suất điện động cảm ứng (định luật Pha-ra-đây).

- Thiết lập đƣợc công thức về suất điện động cảm ứng trong đoạn dây - Trình bày đƣợc khái niệm về dòng Fucô, khi nào phát sinh dòng Fucô và tác dụng của dòng fucô.

2. Về kỹ năng

- Nhận biết đƣợc sự xuất hiện của dòng điện trong mạch kín. - Vận dụng định luật Lenz tìm chiều dòng điện cảm ứng.

- Vận dụng định luật về suất điện động cảm ứng để tìm suất điện động cảm ứng. - Tìm cách tăng cƣờng hoặc hạn chế dòng Fucô.

- Giải thích ứng dụng của dòng Fucô.

3. Về thái độ

- Sinh viên đón nhận nhiệm vụ học tập của mình một cách tích cực, tự giác, có hứng thú qua đó rèn luyện và phát huy năng lực sáng tạo giải quyết vấn đề.

- Có tinh thần hợp tác trong hoạt động giữa các cá nhân, có thức, trách nhiệm trong hoạt động nhóm, tập thể lớp.

- Hình thành và phát triển nhu cầu nhận thức, sự đam mê nghiên cứu khoa học của mỗi sinh viên.

2.3.5.3 Xác định các phương tiện dạy học

- Phiếu học tập (làm việc cá nhân)

- Giấy bản trong, máy Overhead (sinh viên trình bày kết quả thảo luận nhóm) - Tài liệu (giáo trình Vật lý đại cƣơng tập 2 - Lƣơng Duyên Bình bài cảm ứng điện từ và đọc sách giáo khoa vật lí 11 - chƣơng cảm ứng điện từ).

2.3.5.4 Xây dựng tình huống vật lý khi dạy kiến thức “Cảm ứng điện từ”

- Khi từ thông qua một mạch kín biến thiên thì có hiện tƣợng gì xảy ra? - Làm thế nào để biết đƣợc điều đó?

- Khi từ thông qua mạch kín C tăng hoặc giảm thì hiện tƣợng thu đƣợc có khác nhau không?

- Làm thế nào để biết đƣợc điều đó?

Suất điện động cảm ứng phụ thuộc vào yếu tố nào? - Ta xác nhận điều đó nhƣ thế nào?

- Một khối vật dẫn đặt trong một từ trƣờng biến thiên thì có hiện tƣợng gì xảy ra. - Ta xác nhận điều đó nhƣ thế nào?

- Dòng Fucô có hại hay có lợi, nêu ví dụ và giải thích vì sao?

2.3.5.5 Thiết kế tiến trình hoạt động dạy học kiến thức vật lý cụ thể

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của sinh viên

1.1. Hiện tượng cảm ứng điện từ

 Khi từ thông qua một mạch kín biến thiên thì có hiện tƣợng gì xảy ra?

 Làm thế nào để biết đƣợc điều đó?

 TN đó sẽ thực hiện nhƣ thế nào? (Có thể gợi ý để SV nắm đƣợc dụng cụ, cách lắp ráp và cách tiến hành)

 Đúng, TN có thể tiến hành nhƣ hình vẽ. (mô tả lại chi tiết TN). Tiến hành nhanh TN đã chuẩn bị sẵn để SV quan sát.

SV. Tiếp nhận nhiệm vụ học tập. Suy nghĩ, thảo luận nhóm, phát biểu:

Trong mạch kín sẽ xuất hiện dòng điện. SV. Ta cần tiến hành 1 thí nghiệm SV. Cần một mạch điện kín có mắc điện kế để xác định xem có dòng điện không. Tạo ra một từ trƣờng biến thiên chẳng hạn cho 1 nam châm chuyển động lại gần hoặc ra xa mạch điện. SV: Quan sát, tiếp nhận kiến thức

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của sinh viên - Đƣa NC lại gần mạch kín (C) - NC dừng lại trong mạch kín (C) - Đƣa NC ra xa mạch kín (C) 0 N S Bc 0 N S N S Bc Bc Bc 0 N S Bc Bc 0 N S N S Hình 2.1a Hình 2.1b [32]

 Khi nào trong mạch kín (C) có hoặc không dòng điện ?

 Đúng.

 Khi NC chuyển động thì từ thông qua mạch kín (C) nhƣ thế nào? Và kết luận trên có thể phát biểu lại nhƣ thế nào?

 Đúng. Dòng điện này gọi là dòng điện cảm ứng và hiện tƣợng này là hiện tƣợng cảm ứng điện từ mà ta đã học ở phổ thông.

 Vậy, hiện tƣợng cảm ứng điện từ là gì ?

SV. Khi NC chuyển động, trong mạch kín (C) có dòng điện.

Khi NC không chuyển động, trong mạch kín (C) không có dòng điện.

SV. Khi đó từ thông qua C biến thiên. Khi từ thông qua mạch kín (C) biến thiên, trong mạch điện xuất hiện dòng điện, khi từ thông qua mạch kín (C) không biến thiên, trong mạch điện không xuất hiện dòng điện.

SV. Phát biểu (Giáo trình)

i1

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của sinh viên

 Chính xác hoá phát biểu của SV và nêu khái niệm suất điện động cảm ứng.

 Bổ sung thông tin về ứng dụng của dòng điện cảm ứng (dùng hình ảnh hình 2.2).

Hình 2.2: Ứng dụng hiện tượng cảm ứng điện từ.[32]

1.2. Định luật Lenz về chiều dòng điện cảm ứng

 Chiều dòng điện cảm ứng đƣợc xác định nhƣ thế nào ?

 Trở lại TN trên, khi từ thông qua mạch kín (C) tăng hoặc giảm thì hiện tƣợng thu đƣợc có khác nhau không?

 Vậy chiều biến thiên của từ thông (tăng hoặc giảm) có liên quan đến chiều dòng điện cảm ứng nhƣ thế nào?

 Để trả lời câu hỏi này chúng ta quan sát lại TN trên. Trong thí nghiệm trên (trình chiếu powerpoint).

SV. Tiếp nhận thông tin

SV. Suy nghĩ và thảo luận.

SV. Chiều quay của kim điện kế thay đổi, tức là chiều dòng điện cảm ứng thay đổi.

SV. Quan sát và nhận xét:

Khi từ thông qua mạch kín (C) tăng hoặc giảm thì hiện tƣợng thu đƣợc có khác nhau.

SV. Làm việc cá nhân để trả lời câu hỏi, sau đó thảo luận nhóm, viết câu trả lời của nhóm lên bảng.

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của sinh viên

 Tổng kết:

+ Khi đƣa nam châm lại gần (C) thì dòng i1 có chiều nhƣ (hình 2.1a). + Khi đƣa nam châm ra xa (C) thì dòng i2 có chiều ngƣợc lại (hình 1b).

 Từ trƣờng do i1 và i2 gây ra có chiều nhƣ thế nào với từ trƣờng của nam châm?

 Tổng kết:

- Khi dòng điện cảm ứng có chiều

i1 thì dòng điện này gây ra từ trƣờng có các đƣờng sức từ đi qua (C) ngƣợc chiều với các đƣờng sức từ của nam châm. Trái lại, khi dòng điện cảm ứng có chiều là i2 thì các đƣờng sức do i2 gây ra cùng chiều với đƣờng sức từ của nam châm. Gọi từ trƣờng của nam châm - từ trƣờng gây ra từ thông qua mạch kín C là từ trƣờng ban đầu.

Định luật Lenz (phát biểu 1)

 Căn cứ vào kết quả phân tích trên ta có thể nêu cách cách xác định chiều dòng điện cảm ứng nhƣ thế nào?

 Tổng kết: Khi số đƣờng sức qua mạch kín (C) tăng thì dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trƣờng do nó gây ra có đƣờng sức từ ngƣợc chiều với

SV. Tiếp nhận kiến thức

SV. Trả lời

SV. Theo dõi và ghi chép

SV. Phát biểu định luật:

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của sinh viên

các đƣờng sức từ ban đầu. Khi số đƣờng sức qua mạch kín (C) giảm thì dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trƣờng do nó gây ra có đƣờng sức từ cùng chiều với đƣờng sức từ ban đầu. Đó là cách phát biểu 1 của định luật Lenz- Định luật về chiều dòng điện cảm ứng.

Định luật Lenz (phát biểu 2)

 Nếu ta căn cứ vào chiều của mạch kín (C), khi từ thông qua (C) tăng thì chiều dòng điện cảm ứng nhƣ thế nào và ngƣợc lại khi từ thông qua (C) Giảm thì chiều dòng điện cảm ứng nhƣ thế nào?

 Tổng kết: Khi từ thông qua C tăng thì chiều dòng điện cảm ứng là chiều âm và ngƣợc lại khi từ thông qua C giảm thì chiều dòng điện cảm ứng là chiều dƣơng. Đó là cách phát biểu thứ 2 của định luật Lenxơ.

Định luật Lenxơ (phát biểu 3)

 Ta tiếp tục trở lại TN trên:

+ Khi đƣa cực N của nam châm lại gần (C) thì dòng i1 có chiều nhƣ (hình 2.1a)

+ Khi đƣa nam cực N của châm ra xa (C) thì dòng i2 có chiều ngƣợc lại (hình 2.1b)

SV. Suy nghĩ và phát biểu:

Khi từ thông qua (C) tăng thì chiều dòng điện cảm ứng là chiều âm và ngƣợc lại là chiều dƣơng.

SV. Theo dõi và ghi chép

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của sinh viên

 Lúc này mạch kín (C) tạo ra 1 NC điện có cực lần lƣợt nhƣ thế nào và nó gây ra tác dụng gì?

 Tổng kết: Chúng ta nhận xét rất đúng. Khi NC dịch chuyển lại gần mặt kín C, chiều dòng điện cảm ứng là i1. Mặt kín C trở thành một NC có cực hƣớng về NC là cực N và ngăn cản NC dịch lại gần. Ngƣợc lại, nam châm dịch chuyển ra xa mạch kín (C), chiều dòng điện cảm ứng là i2. Mặt kín C trở thành một NC có cực hƣớng về NC là cực S và ngăn cản NC dịch ra xa. Tức là:

Khi sự biến thiên từ thông m qua mạch (C) gây ra bởi một dịch chuyển nào đó thì dòng điện cảm ứng xuất hiện trong (C) có chiều sao cho từ trƣờng do nó gây ra có tác dụng chống lại sự dịch chuyển ấy.

SV. Căn cứ vào cách xác định cực của một ống dây khi biết chiều dòng điện để trả lời: + Trƣờng hợp đầu mạch kín (C) có cực hƣớng về NC là cực N, nó ngăn cản NC lại gần (C). + Trƣờng hợp hai mạch kín (C) có cực hƣớng về NC là cực S, nó ngăn cản NC ra xa (C).

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của sinh viên

Đây là phát biếu 3 của định luật Lenxơ.

 Nếu gộp cả 3 cách phát biểu lại thì ta có thể phát biểu tổng quát định luật Lenxơ nhƣ thế nào?

 Tổng kết: Định luật Lenz (Tổng quát): Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trƣờng do đó gây ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó.

SV. Suy nghĩ và phát biểu

1.3. Định luật về suất điện động cảm ứng

a) Suất điện động cảm ứng trong mạch kín

 Sự xuất hiện dòng điện cƣờng độ i trong mạch kín (C) tƣơng đƣơng với sự tồn tại nguồn điện với suất điện động trong mạch.

 Vấn đề đặt ra là, Suất điện động cảm ứng phụ thuộc vào yếu tố nào?

 Yêu cầu sinh viên làm lại thí nghiệm trên với điều kiện cho Nam chậm chuyển động nhanh chậm khác nhau.

 Nhận xét hiện tƣợng xảy ra?

SV. Tiếp nhận nội dung bài học

SV. Suy nghĩ và trả lời

SV. Quan sát thí nghiệm và nêu nhận xét: Khi nam châm chuyển động nhanh thì kim điện kế lệch nhiều, khi chuyển động chậm thì kim điện kế lệch ít. Nhƣ vậy, suất điện động cảm

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của sinh viên

Nhận xét trên là hoàn toàn đúng (GV có thể phân tích kĩ hơn).

 Chúng ta hãy chứng minh điều đó?

 Một số câu hỏi gợi mở:

 Công làm dịch chuyển mạch kín (C) trong từ trƣờng đƣợc xác định nhƣ thế nào?

 Muốn tạo nên sự biến thiên từ thông dm thì ngoại lực (Thí dụ, lực của tay đẩy C) phải thực hiện một công nhƣ thế nào?

 Năng lƣợng do ngoại lực thực hiện chuyển thành năng lƣợng nào?

 Nhƣ vậy, chúng ta đã chứng minh đƣợc nhận xét từ TN trên, độ lớn của suất điện động cảm ứng phụ thuộc vào tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch.

ứng phụ thuộc vào tốc độ biến thiên của từ thông.

SV. Nghiên cứu tài liệu, trả lời câu hỏi trên phiếu học tập số 01, sau đó thảo luận theo nhóm tìm giải pháp. Dự kiến sinh viên thiết lập đƣợc biểu thức dA = idm

SV. dA' = -dA = -idm

SV. Chuyển thành năng lƣợng của suất điện động cảm ứng  phát ra trong thời gian dt.

dA' = idt Nhƣ vậy: dA' = idt = -idm Suy ra:  = -

dt dm

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của sinh viên

 Chúng ta tiếp tục xét, khi nào suất điện động cảm ứng có chiều dƣơng, khi nào có chiều âm?

 Đánh giá sự phân tích của SV và tổng kết:

Với qui ƣớc là khi > 0 thì chiều suất điện cảm ứng là chiều dƣơng và khi < 0 thì chiều của suất điện động là chiều âm trên (C).

b) Suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động

 Nếu trong một khoảng thời gian dt mạch kín dịch chuyển vi phân từ vị trí (C1) sang vị trí (C2), trong một từ trƣờng dừng, thì từ thông qua (C) biến thiên nhƣ thế nào?

 Từ thông tổng cộng qua (C) đƣợc xác định nhƣ thế nào ? Cho biết biểu thức suất điện động cảm ứng trong mạch kín ?

SV. Phân tích cách qui ƣớc chiều của mạch kín C để xác định dấu của suất điện động cảm ứng.

SV. Theo dõi và ghi chép

SV. Trả lời. 1= (qua S1); 2=+d (qua S2) SV. Trả lời 1+dquét- 2=0 dquyét = 2-1 dquyét= 2-1= d Do đó:  = - dt dquét

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của sinh viên

 Nhận xét: Biểu thức đƣa ra là hoàn toàn chính xác. Yêu cầu SV phát biểu định luật về suất điện động cảm ứng?

 Bổ sung thông tin về ứng dụng của dòng điện cảm ứng: Nguyên tắc tạo ra dòng xoay chiều (dùng powerpoint, dùng hình ảnh mầu minh hoạ).

 Chú ý: Phát biểu trên đây nghiệm đúng cho cả hai trƣờng hợp mạch (C) kín và mạch (C) hở.

Thực nghiệm chứng tỏ rằng khi mạch hở (C) (đoạn dây dẫn) dịch chuyển trong từ trƣờng thì trong mạch ấy (đoạn dây dẫn) xuất hiện suất điện động cho bởi

 = -

dt dm

. Vì mạch hở nên trƣờng hợp này có thể không có dòng điện nhƣng sự tồn tại suất điện động trong (C) dẫn tới sự xuất hiện hiệu điện thế ở hai đầu dây dẫn: U = .

 Yêu cầu về nhà nghiên cứu với câu hỏi: Trong trƣờng hợp này hãy thiết lập biểu thức khác của suất điện động cảm ứng?

Gợi ý:

SV. Phát biểu định luật (giáo trình)

SV. Tiếp nhận thông tin

SV. Theo dõi phần ghi chép

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của sinh viên

1.4 Dòng Fucô

 Một khối vật dẫn đặt trong một từ trƣờng biến thiên thì có hiện tƣợng gì xảy ra?

 Ta có thể giải thích điều đó nhƣ thế nào?

 Nhận xét: Đúng (hình 2.3 minh họa)

Hình 2.3: Khối vật dẫn trong từ trường biến thiên.[32]

Vì khối vật dẫn có điện trở R nhỏ nên cƣờng độ của các dòng điện Fucô trong vật dẫn: IF =

R

C

 thƣờng

khá lớn. mặt khác, vì suất điện động cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc độ biến thiên từ thông, nên nếu vật dẫn đƣợc đặt trong từ trƣờng biến đổi càng nhanh thì cƣờng độ của dòng Fucô

SV. Trong vật dẫn đó cũng xuất hiện những dòng điện cảm ứng.

SV. Trong khối vật dẫn có vô số những vòng dây kín hỗn độn ghép sít nhau. Vì vậy khi đặt nó trong một từ trƣờng biến thiên thì cũng xuất hiện những dòng điện cảm ứng.

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của sinh viên

càng mạnh. Với các đặc điểm đó, dòng Fucô có vai trò quan trọng nhƣ thế nào trong kỹ thuật?

Giáo viên cụ thể phạm vi nghiên cứu bằng câu hỏi.

 - Dòng Fucô có hại hay có lợi, nêu ví dụ và giải thích vì sao?

(Đây là vấn đề mà sinh viên đã đƣợc học ở chƣơng trình vật lý 11 trung học phổ thông)

- Cá nhân suy nghĩ trả lời câu hỏi.

 Nhận xét và bổ sung thêm thông tin về dòng Fucô (dùng powerpoint)

Hình 2.4: Ứng dụng của dòng Fuco. [32]

2.3.6 Tiến trình dạy học bài “Tự cảm”

2.3.6.1 Lập sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức “Tự cảm”

Vấn đề 1: Tự cảm

Sơ đồ 2.8: Tiến trình xây dựng kiến thức vấn đề 1 (giao án 2)

Từ công thức tính từ cảm của dòng điện tròn B k ' 2 I R



 và dòng điện trong

ống dây B k '4 nI  chứng tỏ từ cảm B tỉ lệ với i.

Vậy từ thông  do từ trƣờng của dòng điện i, gây ra diện tích giới hạn bởi mạch điện có tỉ lệ với i không?

Xét mạch kín (C) trong có dòng điện cƣờng độ i - Thành lập công thức từ thông tự cảm qua mạch (C).