7. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1.2. Các kiến thức về từ trường: bao gồm:
Tương tác từ - Từ trường.
Đại lượng đặc trưng cho từ trường về mặt gây ra lực từ : Cảm ứng từ. Đường sức từ - Từ trường đều.
Nguyên lí chồng chất từ trường.
Từ trường của một số dịng điện cĩ dạng đơn giản. Sự từ hĩa các chất.
Các kiến thức về từ trường được thể hiện cụ thể theo SGK như sau : Bài 26 :TỪ TRƯỜNG
Tương tác từ: tương tác giữa nam châm với nam châm , giữa dịng điện với nam châm và giữa dịng điện với dịng điện. Lực tương tác trong các trường hợp đĩ gọi là lực từ.
Từ trường :
Xung quanh thanh nam châm hay xung quanh dịng điện cĩ từ trường.
Xung quanh điện tích chuyển động cĩ từ trường.
Tính chất cơ bản của từ trường là nĩ gây ra lực từ tác dụng lên một nam châm hay một dịng điện đặt trong nĩ.
Cảm ứng từ : phương của nam châm thử nằm cân bằng tại một điểm trong từ trường là phương của vectơ cảm ứng từ Bcủa từ trường tại điểm
đĩ. Ta quy ước lấy chiều từ cực nam sang cực bắc của nam châm thử là chiều của B. * Độ lớn của cảm ứng từ : sin I F B , với là gĩc hợp bởi dịng
điện và đường sức từ, là chiều dài đoạn dịng điện và I là cường
độ dịng điện trong đoạn dây mang dịng điện.
Đường sức từ :
Đường sức từ là đường được vẽ sao cho hướng của tiếp tuyến tại bất kì
điểm nào trên đường cũng trùng với hướng của vectơ cảm ứng từ tại
điểm đĩ.
Tính chất của đường sức từ :
Tại mỗi điểm trong từ trường cĩ thể vẽ được một và chỉ một
đường sức từđi qua và chỉ một mà thơi.
Các đường sức từ là những đường cong kín. Trong trường hợp nam châm, ở ngồi nam châm , các đường sức từ đi ra từ cực Bắc và đi vào ở cực Nam của nam châm.
Các đường sức từ khơng cắt nhau.
Nơi nào cảm ứng từ lớn hơn thì các đường sức từở đĩ vẽ mau hơn , nơi nào cảm ứng từ nhỏ hơn thì các đường sức từở đĩ vẽ
thưa hơn.
Từ trường đều : một từ trường mà cảm ứng từ tại mọi điểm đều bằng nhau , các đường sức từ là những đường thẳng song song cách đều gọi là từ trường đều.
Nguyên lí chồng chất từ trường: Giả sử ta cĩ một hệ n nam châm (hay dịng điện ). Tại điểm M , từ trường chỉ của nam châm thứ nhất là
1
B , chỉ của nam châm thứ hai là 2 B , …, chỉ của nam châm thứ n là Bn . Gọi B là từ trường của hệ tại M thì : BB1B2...Bn. Bài 29 : TỪ TRƯỜNG CỦA MỘT SỐ DỊNG ĐIỆN CĨ DẠNG ĐƠN GIẢN Từ trường của dịng điện thẳng
Đường sức của dịng điện thẳng là những đường trịn đồng tâm nằm trong mặt phẳng vuơng gĩc với dịng điện . Tâm của các đường sức từ
là giao điểm của mặt phẳng và dây dẫn.
Chiều của đường sức từ : xác định theo quy tắc nắm tay phải : “ Giơ
ngĩn tay cái của bàn tay phải hướng theo chiều dịng điện, khum 4 ngĩn kia xung quanh dây dẫn thì chiều từ cổ tay đến ngĩn tay là chiều của
đường sức từ”. Cơng thức tính cảm ứng từ: r I B2.107 , với I là cường độ dịng điện và r là khoảng cách từđiểm khảo sát đến dây dẫn. Từ trường của dịng điện trịn
Chiều của đường sức từ : xác định theo quy tắc nắm tay phải : “ Khum bàn tay phải theo vịng dây của khung sao cho chiều từ cổ tay đến các
ngĩn tay trùng với chiều dịng điện trong khung, ngĩn cái chỗi ra chỉ
chiều của các đường sức từ xuyên qua mặt phẳng dịng điện ”.
Cơng thức tính cảm ứng từ:
R NI
B2.107 , với I là cường độ dịng
điện trong vịng dây, R là bán kính của dịng điện và N là số vịng dây. Từ trường của dịng điện trong ống dây
Dạng của đường sức từ : bên trong ống dây , các đường sức từ song song với trục ống dây và cách đều nhau. Bên ngồi ống dây , dạng và sự
phân bố các đường sức từ giống như ở một nam châm thẳng, nếu ống dây đủ dài (chiều dài ống dây l >> đường kính ống dây d ).
Chiều của đường sức từ : các đường sức đi ra từ một đầu và đi vào ở
một đầu của ống giống như thanh nam châm thẳng. Vì vậy , cĩ thể coi
ống dây mang dịng điện cũng cĩ hai cực, đầu ống mà các đường sức đi ra là cực Bắc, đầu kia là cực nam.
Cơng thức tính cảm ứng từ: nI, với I là cường độ dịng điện và n là số vịng dây trên 1 m chiều dài ống dây.
B4.107
Bài 34 : SỰ TỪ HĨA CÁC CHẤT- SẮT TỪ
Các chất thuận từ và các chất nghịch từ: các chất trong tự nhiên khi đặt vào trong từ trường đều bị từ hĩa ( nhiễm từ). Các chất cĩ từ trường của các dịng điện trong phân tử khử lẫn nhau hồn tồn là các chất nghịch từ . Các chất mà từ trường của các dịng điện phân tử khử lẫn nhau khơng hồn tồn là các chất nghịch từ.
Các chất sắt từ : sắt, niken , cơban ... Một mẫu sắt được cấu tạo từ rất nhiều miền từ hĩa tự nhiên. Nếu thanh sắt được đặt trong từ trường ngồi , các miền từ hĩa tự nhiên , được xem như các kim nam châm nhỏ sẽ cĩ xu hướng sắp xếp theo từ trường ngồi. Khi đĩ, thanh sắt cĩ từ tính.
Nam châm điện : ống dây mang dịng điện cĩ thêm lõi sắt. Nếu ngắt dịng
điện trong ống dây thì từ tính của lõi sắt cũng bị mất rất nhanh. Khi đĩ, chất sắt từ được gọi là chất sắt từ mềm. Nếu thay lõi sắt bằng lõi thép thì
sau khi ngắt dịng điện trong ống dây, từ tính của thép cịn giữ được một thời gian .
Bài 35: TỪ TRƯỜNG TRÁI ĐẤT
Gĩc lệch giữa kinh tuyến từ và kinh tuyến địa lí gọi là độ từ thiên (hay gĩc từ thiên ), kí hiệu là D.
Gĩc hợp bởi kim nam châm của la bàn từ khuynh và mặt phẳng nằm ngang gọi là độ từ khuynh ( hay gĩc từ khuynh), kí hiệu là I.
Trái đất cĩ hai địa cực là Bắc cực và Nam cực. Cực Bắc của kim la bàn hướng về Bắc cực, cực Nam của kim la bàn hướng về Nam cực. Vậy từ cực nằm ở cực Nam bán cầu phải gọi là từ cực Bắc , từ cực nằm ở Bắc bán cầu gọi là từ cực Nam.
Nếu các yếu tố của từ trường trái đất như : cảm ứng từ , độ từ khuynh , độ
từ thiên… biến đổi hầu như cùng một lúc trên quy mơ tồn cầu thì ta gọi là bão từ. Cĩ hai loại bão từ : bão từ yếu và bão từ mạnh.
2.1.3.Các kiến thức về lực từ
Phương và chiều của lực từ tác dụng lên dịng điện. Định luật Ampe.
Tương tác giữa hai dịng điện thẳng song song. Lực Lorentz.
Khung dây cĩ dịng điện đặt trong từ trường.
Các kiến thức về lực từđược trình bày cụ thể theo SGK như sau :
Bài 27 : PHƯƠNG VÀ CHIỀU CỦA LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN DỊNG ĐIỆN
Phương của lực từ tác dụng lên dịng điện : Lực từ tác dụng lên đoạn dịng
điện cĩ phương vuơng gĩc với mặt phẳng chức đoạn dịng điện và cảm ứng từ tại điểm khảo sát.
“ Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ đâm xuyên vào lịng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngĩn tay trùng với chiều dịng điện thì ngĩn cái chỗi ra 900 chỉ chiều của lực từ tác dụng lên dịng điện”.
Bài 28 : CẢM ỨNG TỪ- ĐỊNH LUẬT AMPE
Lực từ tác dụng lên đoạn dịng điện đặt trong từ trường đều hay cĩ thể gọi là đều là F BIlsin , với là gĩc hợp bởi đoạn dịng điện và B.
Bài 31 : TƯƠNG TÁC GIỮA HAI DỊNG ĐIỆN THẲNG SONG SONG
Lực từ tác dụng lên một đơn vị chiều dài của dây dẫn mang dịng điện:
r I I
F 2.107 1 2 , với r là khoảng cách giữa hai dây dẫn. Bài 32 : LỰC LORENTZ
Lực từ mà từ trường tác dụng lên một hạt mang điện chuyển động trong nĩ
được gọi là lực Lorentz.
Lực Lorentz cĩ phương vuơng gĩc với mặt phẳng chức vectơ vận tốc của hạt mang điện và vectơ cảm ứng từ tại điểm khảo sát.
Chiều của lực Lorentz cĩ thể suy ra từ quy tắc bàn tay trái xác định chiều của lực từ tác dụng lên dịng điện , tuy nhiên , chiều của dịng điện được quy ước là chiều chuyển động của các hạt điện tích dương. Lực Lorentz tác dụng lên điện tích dương thì cùng chiều với lực từ tác dụng lên dịng điện , cịn lực Lorentz tác dụng lên điện tích âm cĩ chiều ngược lại.
Độ lớn của lực Lorentz: sin vB q f , với là gĩc hợp bởi vectơ vận tốc của hạt và B . Ứng dụng của lực Lorentz: trong vơ tuyến truyền hình.
Bài 33 : KHUNG DÂY CĨ DỊNG ĐIỆN ĐẶT TRONG TỪ
TRƯỜNG
Khung dây đặt trong từ trường cĩ đường sức từ nằm trong mặt phẳng khung , chịu tác dụng của ngẫu lực làm quay khung.
Khung dây đặt trong từ trường cĩ đường sức từ vuơng gĩc với mặt phẳng khung và lực từ khơng làm quay khung.
Trong trường hợp các đường sức từ khơng nằm trong mặt phẳng khung dây thì momen của ngẫu lực làm quay khung :
sin
BIS
M
Với là gĩc hợp bởi B và vec tơ pháp tuyến vn ới mặt phẳng khung dây. Lưu ý : cách xác định vec tơ pháp tuyến n : quay cái đinh ốc theo chiều
dịng điện trong khung thì chiều tiến của cái đinh ốc là chiều của n.
Vậy , trường hợp các đường sức từ nằm trong mặt phẳng khung thì : M=BIS. Động cơ điện một chiều và điện kế khung quay là 2 ứng dụng quan trọng
của lực từ tác dụng lên khung dây cĩ dịng điện.
2.2 . Tìm hiểu thực tế dạy học chương “Từ Trường” với sự hỗ trợ của máy vi tính ở các trường THPT