I − Bμi tập tự luận
3. Chuẩn bị các hình các đ−ờng sức từ trong nhiều ví dụ khác nhau.
Học sinh
– Ôn lại về đ−ờng sức điện và đ−ờng sức từ. – Ôn lại khái niệm về từ thông.
III – Thiết kế hoạt động dạy học
Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên
Hoạt động 1: Kiểm tra kiến thức cũ và nhận thức vấn đề mới
Nhớ lại những kiến thức đã học, trả lời chung.
– Từ tr−ờng là một dạng vật chất tồn tại trong không gian mà biểu hiện cụ thể là sự xuất hiện của lực từ tác dụng lên một dòng điện hay một nam châm đặt
O. Từ tr−ờng là gì? Từ tr−ờng tồn tại ở những đâu?
trong đó.
– Từ tr−ờng tồn tại xung quanh nam châm hoặc xung quanh dòng điện.
Cá nhân nhận thức đ−ợc vấn đề cần nghiên cứu.
◊. Xung quanh một dây dẫn có dòng điện tồn tại một từ tr−ờng. Dòng điện gây ra từ tr−ờng. Cách đây rất lâu, khi nghiên cứu về dòng điện, M. Fa-ra-đây đã đặt ra câu hỏi: Trong điều kiện nào từ tr−ờng gây ra dòng điện? Câu hỏi này đã khiến ông nghiên cứu và giải đáp. Vậy giải đáp đó nh− thế nào? Đó là nội dung của bài học ngày hôm nay.
Hoạt động 2: Tìm hiểu khái niệm từ thông
– Từ thông Φ phụ thuộc vào cảm ứng từ B, tiết diện S và góc hợp bởi BG và SG. – Khi α nhọn (cosα > 0) thì Φ > 0. – Khi α tù (cosα < 0) thì Φ < 0. – Khi α = 90o (cosα = 0) thì Φ = 0. – Khi α = 0 (cosα = 1) thì Φ = BS. ◊. Giả sử một đ−ờng cong phẳng kín (C) là chu vi giới hạn một mặt có diện tích S, mặt đó đ−ợc đặt trong một từ tr−ờng đều BG,
trên đ−ờng vuông góc với mặt S, xác định vectơ pháp tuyến
,
nH
gọi là vectơ pháp tuyến d−ơng. Gọi α là góc tạo bởi nH
và BG,
ng−ời ta định nghĩa từ thông qua mặt S là đại l−ợng Φ cho bởi công thức :
cos
BS α Φ =
O. Từ thông Φ phụ thuộc vào những yếu tố nào ?
O. Giá trị Φ phụ thuộc nh− thế nào vào giá trị góc α ?
◊. Nh− vậy, từ thông là một đại l−ợng đại số. Khi một trong các đại l−ợng B, S hoặc α thì từ thôngΦ biến thiên.
Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ.
Trong tr−ờng hợp α = 90o, tức là khi các đ−ờng sức từ song song với mặt S thì từ thông qua S bằng 0.
Trong hệ đơn vị SI, từ thông có đơn vị đo là vêbe (Wb). Trong công thức tính từ thông, nếu S2 = 1m2, B = 1T thì
Φ = 1Wb. Hoạt động 3: Tìm hiểu hiện t−ợng
cảm ứng điện từ
HS quan sát GV làm thí nghiệm hoặc làm việc theo nhóm (nếu có điều kiện về thí nghiệm).
– Hiện t−ợng : Khi cho nam châm dịch chuyển lại gần (C) thì thấy kim điện kế G lệch đi, trong (C) có dòng điện i.
– Nhận xét : Dòng điện i trong (C) có chiều ng−ợc với chiều d−ơng đã chọn.
– Hiện t−ợng : Khi cho nam châm dịch chuyển lại gần (C) thì thấy kim điện kế G lệch đi, trong (C) có dòng điện i. Dòng điện này có chiều nguợc với dòng điện ở thí nghiệm 1.
– Nhận xét : Khi Nam châm chuyển động tr−ớc (C) hoặc (C) chuyển động tr−ớc nam châm thì
GV yêu cầu HS xác định chiều d−ơng trên mạch kín (C) phù hợp với chiều của đ−ờng sức từ của nam châm SN theo quy tắc nắm tay phải.
GV thực hiện thí nghiệm 1 SGK (nếu có điều kiện thì có thể chuẩn bị nhiều bộ thí nghiệm cho HS làm theo nhóm)
O. Quan sát hiện t−ợng xảy ra và rút ra nhận xét về chiều của dòng điện i.
GV tiếp tục làm thí nghiệm 2, 3 hoặc yêu cầu HS làm các thí nghiệm 2, 3.
O. Quan sát hiện t−ợng xảy ra và rút ra nhận xét.
trong (C) đều xuất hiện dòng điện. Nếu ngừng chuyển động thì dòng điện i tắt.
– Khi thay đổi c−ờng độ dòng điện qua nam châm điện thì trong (C) cũng xuất hiện dòng điện i.
C1. Giải thích sự biến thiên từ thông :
– Thí nghiệm 1: Khi đ−a nam châm lại gần (C) thì số đ−ờng sức từ qua (C) tăng, do đó từ thông qua (C) cũng tăng.
– Thí nghiệm 2: Khi đ−a nam châm ra xa (C) thì số đ−ờng sức từ qua (C) giảm, do đó từ thông qua (C) cũng giảm.
– T−ơng tự khi dịch chuyển (C) tr−ớc nam châm.
– Thí nghiệm 4 : Khi thay đổi giá trị c−ờng độ dòng điện thì B thay đổi, do đó từ thông qua (C) cũng thay đổi theo.
C2. Mô tả thí nghiệm Fa-ra- đây :
– Hình 23.4 a : Khi đóng khoá K, dòng điện trong ống dây chứa nguồn điện (ống dây 1) thay đổi từ giá trị bằng 0 đến khác 0 → B thay đổi, trong ống dây chứa điện kế G (ống dây 2) xuất hiện
GV tiếp tục làm thí nghiệm 4 hoặc yêu cầu HS làm các thí nghiệm 4.
O. Quan sát hiện t−ợng xảy ra và rút ra nhận xét.
O. Hoàn thành yêu cầu C1.
dòng điện i. Điều này cũng xảy ra t−ơng tự khi ta ngắt khoá K. Dòng điện i chỉ xuất hiện trong thời gian đóng hoặc ngắt khoá K. – Hình 23.4 a : Khi thay đổi điện trở của biến trở, dòng điện trong ống dây 1 thay đổi B thay đổi, trong ống dây 2 xuất hiện dòng điện i. Dòng điện i chỉ thay đổi trong thời gian thay đổi giá trị của biến trở.
Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ.
GV thông báo nội dung kết luận trong SGK.
Nhấn mạnh :
– Mỗi khi từ thông qua mạch kín (C) biến thiên thì trong mạch (C) xuất hiện một dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng. hiện t−ợng xuất hiện dòng điện cảm ứng nh− vậy gọi là hiện t−ợng cảm ứng điện từ.
– Hiện t−ợng cảm ứng điện từ chỉ xuất hiện trong khoảng thời gian từ thông qua mạch kín biến thiên.
Hoạt động 4: Phát biểu định luật Len-xơ về dòng điện cảm ứng
◊. Chúng ta đã biết điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng. Vậy dòng điện cảm ứng có chiều nh− thế nào? Chúng ta hãy khảo sát quy luật xác định chiều dòng điện cảm ứng xuất hiện trong một mạch kín khi từ thông qua mạch kín đó biến thiên.
Cá nhân xem lại thí nghiệm ở hình 23.3a và 23.3b và trả lời: – Hình 23.3a, từ thông qua (C) tăng: dòng điện i có chiều ng−ợc với chiều d−ơng trên (C).
– Hình 23.3a, từ thông qua (C) giảm: dòng điện i có chiều cùng với chiều d−ơng trên (C).
Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ.
C3. Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong (C) ở hình 23.5 có chiều ng−ợc chiều kim đồng hồ.
chiều d−ơng trên (C).
O. Có nhận xét gì về chiều của dòng điện cảm ứng i với chiều d−ơng trên (C) t−ơng ứng với sự biến đổi từ thông trong các thí nghiệm trên?
◊. Nh− chúng ta đã biết, xung quanh dòng điện tồn tại một từ tr−ờng (gọi là từ tr−ờng ban đầu), xung quanh dòng điện cảm ứng i cũng tồn tại một từ tr−ờng, từ tr−ờng này gọi là từ tr−ờng cảm ứng. Cũng giống nh− từ tr−ờng ban đầu, chiều của từ tr−ờng cảm ứng và chiều của dòng điện cảm ứng cũng liên quan chặt chẽ với nhau. GV thông báo những kết luận thu đ−ợc khi tiến hành các thí nghiệm t−ơng tự và đi đến phát biểu nội dung của định luật Len-xơ, định luật cho phép xác định chiều dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín.
O. Hoàn thành yêu cầu C3.
GV phân tích để HS thấy đ−ợc sự hình thành các cực Bắc và Nam và t−ơng tác giữa các nam châm khi có sự dịch chuyển.
◊. Vậy, có thể phát biểu một dạng khác của định luật Len-xơ: Khi từ
thông qua (C) biến thiên do kết quả của một chuyển động nào đó thì từ tr−ờng cảm ứng có tác dụng chống lại sự chuyển động nói trên.
Hoạt động 5: Tìm hiểu khái niệm dòng điện Fu-cô
Cá nhân trả lời:
– Dòng điện cảm ứng i xuất hiện trong mạch kín mỗi khi từ thông qua mạch kín đó biến thiên (nghĩa là có sự chuyển động t−ơng đối giữa nam châm và mạch kín hoặc mạch kín đ−ợc đặt trong từ tr−ờng biến thiên theo thời gian ).
– Thí nghiệm 1: Hiện t−ợng: ch−a cho dòng điện chạy vào nam châm điện, bánh xe quay bình th−ờng, nếu có dòng điện, bánh xe quay chậm và bị hãm dừng lại.
– Thí nghiệm 2: Hiện t−ợng: ch−a cho dòng điện chạy vào nam châm điện, khi thả ra, khối kim loại quay nhanh xung quanh mình nó. Nếu có dòng điện, khi thả ra, khối kim loại quay chậm và bị hãm dừng lại.
O. Dòng điện cảm ứng i xuất hiện trong những tr−ờng hợp nào?
◊. Thực nghiệm đã chứng tỏ rằng dòng điện cảm ứng cũng xuất hiện trong các khối kim loại trong các tr−ờng hợp trên. Những dòng điện cảm ứng đó đ−ợc gọi là dòng điện Fu- cô.
GV tiến hành thí nghiệm 1, 2 nh− ở hình 23.6, 23.7 SGK. Yêu cầu HS quan sát hiện t−ợng xảy ra.
◊. Trong hai thí nghiệm trên, khi bánh xe và khối kim loại chuyển động trong từ tr−ờng của nam châm điện thì trong thể tích của chúng xuất hiện dòng điện cảm ứng – những
Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. – Công thức tính điện trở: l R S ρ =
– Để thay đổi R có thể thay đổi
ρ, l hoặc S.
– Để làm tăng điện trở của bánh xe và khối kim loại thì biện pháp tối −u là làm giảm tiết diện S.
dòng điện Fu-cô. Những dòng điện này luôn có xu h−ớng chống lại sự chuyển dời, do đó khi chuyển động trong từ tr−ờng thì trên bánh xe và khối kim loại xuất hiện những lực từ có tác dụng cản trở chuyển động của chúng, những lực đó gọi là lực hãm điện từ.
Yêu cầu HS tự đọc SGK để tìm hiểu tính chất và công dụng của dòng điện Fu-cô.
GV chú ý cho HS giải thích cách làm giảm những tổn hao năng l−ợng dòng điện Fu-cô gây nên.
Gợi ý:
– Viết công thức tính điện trở của dây dẫn nói chung.
– Điện trở của bánh xe và khối kim loại phụ thuộc vào những yếu tố nào?
– Để làm tăng điện trở của bánh xe và khối kim loại có thể áp dụng biện pháp nào là tối −u ? Hoạt động 6: Củng cố - Vận dụng Nhớ lại kiến thức đã học, phát biểu chung. Yêu cầu HS: 1. Phát biểu định nghĩa: – Dòng điện cảm ứng. – Hiện t−ợng cảm ứng điện từ. – Từ tr−ờng cảm ứng.
Bài 3: Câu D. Mạch kín (C) không biến dạng trong từ tr−ờng đều BG