, khi (C) quay xung quanh trục cố định nằm trong mặt
suất điện động cảm ứng
I – Mục tiêu 1. Về kiến thức
– Hiểu và phát biểu đ−ợc định luật Fa-ra-đây. Viết đ−ợc biểu thức tính suát điện động cảm ứng.
– Nêu đ−ợc mối quan hệ giữa suất điện động cảm ứng và định luật Len-xơ. – Chỉ ra đ−ợc bản chất của hiện t−ợng cảm ứng điện từ là sự chuyển hoá từ cơ
năng sang điện năng.
2. Về kĩ năng
– Biết vận dụng các công thức đã học để tính đ−ợc suất điện động cảm ứng trong một số tr−ờng hợp đơn giản.
II – Chuẩn bị
Giáo viên
Các thí nghiệm về suất điện động cảm ứng, bao gồm : – 01 điện kế.
– 01 khung dây dẫn kín (có thể thay bằng ống dây để hiện t−ợng xảy ra dễ quan sát hơn).
– 01 nam châm vĩnh cửu. – 01 khoá K.
– 01 nam châm điện. – Nguồn điện.
Lập bảng so sánh điện tr−ờng và từ tr−ờng :
Điện tr−ờng Từ tr−ờng
Tồn tại xung quanh các điện tích. Tồn tại xung quanh nam châm và dòng điện.
Lực điện : là lực t−ơng tác giữa các vật tích điện.
Lực từ : là lực t−ơng tác giữa các vật có từ tính.
tr−ờng. 0 FG=q EG dF=Idl ∧B G G G 0 FG =q vG∧BG 1 2 2 q q F k r = F k'I I l1 2 r =
Công của lực điện : A = q0(–ΔV) =
q0U Công của lực từ : A = IΔΦ
Tụ điện : 1 U q C = ; Wđiện = 2 1 2 q C Cuộn cảm : Φ =Li; Wtừ = 1 2 2Li Học sinh
– Ôn lại khái niệm về suất điện động của một nguồn điện.
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.
– Suất điện động của nguồn điện đặc tr−ng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện và đ−ợc đo bằng công của lực lạ khi dịch chuyển một đơn vị điện tích d−ơng ng−ợc chiều điện tr−ờng bên trong nguồn điện.
Cá nhân ghi nhớ khái niệm suất
O. Suất điện động của nguồn điện là gì?
◊.
Nh− chúng ta đã biết, khi có sự biến thiên từ thông qua mạch kín thì trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng. Mặt khác, mỗi khi trong mạch kín có dòng điện thì phải có suất điệnđiện động cảm ứng và nhận thức
đ−ợc vấn đề cần nghiên cứu.
động sinh ra dòng điện ấy. Vậy khi trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng thì trong mạch xuất hiện suất điện động. Ta gọi đó là suất điện động cảm ứng. Vậy suất điện động cảm ứng có đặc điểm nh− thế nào? Đó chính là nội dung của bài ngày hôm nay.
Hoạt động 2: Tìm hiểu khái niệm suất điện động cảm ứng Cá nhân hoàn thành C1. C1. b) uAB =E ; c) uCD= −E ; d) uCD=E −ri ; e) Δ =A E i tΔ .
◊.
Suất điện động cảm ứng là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín.O. Hoàn thành yêu cầu C1b, c, d, e.
Hoạt động 3: Xây dựng định luật Fa-ra-đây Nhớ lại những kiến thức đã học, trả lời chung. – Cần có ngoại lực tác dụng. GV dẫn dắt để đ−a đến biểu thức: A i Δ = ΔΦ với i là c−ờng độ dòng điện cảm ứng.
◊.
Theo định luật Len-xơ, lực từ tác dụng lên mạch (C) luôn cản trở chuyển động tạo ra biến thiên từ thông. Do đó ΔA là một công cản.O. Làm thế nào để thực hiện đ−ợc sự di chuyển của (C) để có sự biến thiên từ thông?
– Công của ngoại lực:
ΔA’ = – ΔA = – iΔΦ
O. Công của ngoại lực phải bằng bao nhiêu để thắng đ−ợc công cản của lực từ ?
– Suất điện động cảm ứng: eC t ΔΦ = − Δ
năng l−ợng do bên ngoài cung cấp cho mạch (C) và đ−ợc chuyển hoá thành điện năng của suất điện động cảm ứng eC (t−ơng tự nh− điện năng do một nguồn điện sinh ra) trong khoảng thời gian Δt. Ta có:
ΔA' = eCiΔt
O. Hãy tìm biểu thức của suất điện động cảm ứng?
◊.
Nếu xét về độ lớn thì ta có: C e t ΔΦ = Δ trong đó t ΔΦΔ biểu thị độ biến thiên
từ thông qua mạch (C) trong một đơn vị thời gian, đ−ợc gọi là tốc độ biến thiên từ thông qua mạch.
HS quan sát GV làm thí nghiệm (hoặc nếu có điều kiện thì các nhóm tự tiến hành thí nghiệm theo h−ớng dẫn của GV).
– Nhận xét: Khi nam châm di chuyển chậm thì kim điện kế lệch một góc nhỏ, dòng điện cảm ứng có c−ờng độ nhỏ, khi nam châm di chuyển nhanh thì kim điện kế lệch một góc lớn, dòng điện cảm ứng có c−ờng độ lớn.
GV cũng có thể tiến hành bài giảng theo h−ớng nh− sau:
GV tiến hành lại thí nghiệm hình 23.3 nh− sau: đ−a thanh nam châm lại gần hoặc ra xa vòng dây với các tốc độ khác nhau.
O. Có nhận xét gì về mối quan hệ giữa tốc độ dịch chuyển nam châm và góc lệch của kim điện kế và c−ờng độ dòng điện cảm ứng ?
chuyển chậm thì kim điện kế lệch một góc nhỏ, dòng điện cảm ứng có c−ờng độ nhỏ, khi con chạy di chuyển nhanh thì kim điện kế lệch một góc lớn, dòng điện cảm ứng có c−ờng độ lớn.
Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ.
– Nhận xét: Khi tốc độ biến thiên từ thông qua (C) càng lớn thì suất điện động cảm ứng càng lớn.
nh− sau: dịch chuyển con chạy của biến trở với các tốc độ khác nhau.
O. Có nhận xét gì về mối quan hệ giữa tốc độ dịch chuyển con chạy và góc lệch của kim điện kế và c−ờng độ dòng điện cảm ứng ?
◊.
Giả sử trong khoảng thời gian Δt, từ thông qua (C) biến thiên một l−ợngΔΦ. Đại l−ợng
t
ΔΦ
Δ cho biết sự biến
thiên từ thông diễn ra nhanh hay chậm, tức là biểu diễn tốc độ biến thiên từ thông qua (C).
O. Từ hai thí nghiệm trên, có nhận xét gì về mối quan hệ giữa tốc độ biến thiên từ thông và c−ờng độ dòng điện cảm ứng (hay suất điện động cảm ứng) trong (C)?
◊.
Các thí nghiệm định l−ợng chính xác đã rút ra biểu thức về mối quan hệ giữa tốc độ biến thiên từ thông và suất điện động cảm ứng xuất hiện trong (C) nh− sau: C e t ΔΦ = − Δ– Độ lớn của suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thông qua mạch kín đó.
Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ.
O. Hãy phát biểu thành lời nội dung của biểu thức trên.
◊.
Phát biểu trên đ−ợc coi là định luật Fa-ra-đây, một định luật cơ bản của hiện t−ợng cảm ứng điện từ.C2. Trong công thức: C e t ΔΦ = Δ thì eC đo bằng Vôn (V), ΔΦ đo bằng vêbe (Wb), Δt đo bằng giây (s). Ta có: 2 2 Wb Tm N m s = s = Am⋅ s J J V. As C = = =
O. Hoàn thành yêu cầu C2.
Hoạt động 4: Tìm hiểu mối quan hệ giữa suất điện động cảm ứng và định luật Len-xơ
Cá nhân tiếp thu kiến thức.
C3. Trên hình 24.3, khi nam châm đi xuống thì chiều của suất
Yêu cầu HS tự đọc SGK để tìm ra mối quan hệ giữa suất điện động cảm ứng và định luật Len-xơ.
Với chú ý rằng:
– Nếu Φ tăng thì eC < 0: chiều của suất điện động cảm ứng (và do đó là chiều của dòng điện cảm ứng) ng−ợc với chiều của mạch.
– Nếu Φ giảm thì eC > 0: chiều của suất điện động cảm ứng (và do đó là chiều của dòng điện cảm ứng) cùng với chiều của mạch.
– Chiều củaE nguồn là chiều xuyên qua nguồn, từ cực âm đến cực d−ơng của nguồn. – Với dòng điện cảm ứng thì: C d e dt Φ = − và uMN d ri dt Φ = − −
điện động cảm ứng trong mạch kín (C) ng−ợc với chiều d−ơng đã chọn (chiều âm.
Chiều của suất điện động sẽ ng−ợc lại (cùng với chiều d−ơng đã chọn) khi nam châm đi lên.
Hoạt động 5: Tìm hiểu sự chuyển hoá năng l−ợng trong hiện t−ợng cảm ứng điện từ
– Bản chất của hiện t−ợng cảm ứng điện từ trong tr−ờng hợp trên là sự chuyển hoá từ cơ năng thành điện năng.
Yêu cầu HS tự đọc SGK.
O. Bản chất của hiện t−ợng cảm ứng điện từ trên đây là gì?
◊.
Các định luật về cảm ứng điện từ đều có thể lí giải bằng định luật bảo toàn và chuyển hoá năng l−ợng.Hoạt động 6: Củng cố - Vận dụng
Cá nhân suy nghĩ, trả lời.
– VD về ứng dụng của hiện t−ợng cảm ứng điện từ: đinamô ở xe đạp, máy phát điện xoay chiều, ...
Bài 3. Câu C. Khi một mạch kín phẳng quay xung quanh một trục nằm trong mặt phẳng chứa mạch trong một từ tr−ờng, thì suất điện động cảm ứng đổi chiều một lần trong 1/2 vòng quay.
Bài 4. Suất điện động cảm ứng:
eC = ri = 5.2 = 10 V.
O. Phát biểu các định nghĩa: – Suất điện động cảm ứng; – Tốc độ biến thiên từ thông.
O. Nêu một số ứng dụng của hiện t−ợng cảm ứng điện từ.
Lại có: eC BS. t t ΔΦ Δ = = Δ Δ Ta có: 3 2 10 10 / . 0,1 C e B T s t S Δ = = = Δ Hoạt động 7: Tổng kết bài học Cá nhân nhận nhiệm vụ học tập. GV nhận xét, đánh giá giờ học. Yêu cầu về nhà với HS: – Làm bài tập 5, 6 SGK.
H−ớng dẫn:
+ Ban đầu từ thông qua mạch là bằng 0.
+ Trong công thức từ thông:
Φ = BSsinωt thì từ thông đạt giá trị
cực đại khi giá trị sinωt = 1.
– Ôn lại phần cảm ứng điện từ và suất điện động cảm ứng.
Bμi 25
tự cảm
I – Mục tiêu 1. Về kiến thức
– Phát biểu đ−ợc định nghĩa từ thông riêng và viết đ−ợc công thức độ tự cảm của ống dây hình trụ.
– Phát biểu đ−ợc định nghĩa hiện t−ợng tự cảm và giải thích đ−ợc hiện t−ợng tự cảm khi đóng và ngắt mạch.
– Viết đ−ợc công thức tính suất điện động tự cảm.
– Nêu đ−ợc bản chất của năng l−ợng dự trữ trong ống dây và viết đ−ợc công thức tính năng l−ợng từ tr−ờng của ống dây tự cảm.
– Nêu đ−ợc một số ví dụ về ứng dụng của hiện t−ợng tự cảm.
2. Về kĩ năng
– Biết vận dụng các công thức đã học để làm đ−ợc một số bài tập liên quan.
II – Chuẩn bị Giáo viên Các thí nghiệm về tự cảm, bao gồm : – 01 điện trở. – 01 cuộn cảm. – 02 bóng đèn giống nhau. – nguồn điện. – khoá K. – dây dẫn. – biến trở. Học sinh
III – Thiết kế hoạt động dạy học
Hoạt động của học sinh Trợ giúp của giáo viên
Hoạt động 1: Thí nghiệm phát hiện vấn đề cần nghiên cứu
Cá nhân quan sát.
GV tiến hành thí nghiệm nh− ví dụ 1 SGK. Ban đầu mắc song song hai bóng đèn vào mạch điện, đóng khoá K để thấy hai bóng sáng lên cùng lúc. Sau đó mắc mạch điện nh− hình vẽ sau: – Nhận xét: Khi đóng khoá K, đèn 1 sáng lên ngay, còn đèn 2 sáng từ từ. Cá nhân nhận thức đ−ợc vấn đề cần nghiên cứu.
O. Quan sát hiện t−ợng xảy ra và rút ra nhận xét.
◊.
Nh− chúng ta đã biết, khi có sự biến thiên từ thông qua mạch kín thì trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng. Hiện t−ợng xuất hiện dòng điện cảm ứng nh− vậy gọi là hiện t−ợng cảm ứng điện từ. trong bài này, chúng ta sẽ xét một loại hiện t−ợng cảm ứng điện từ đặc biệt vừa xảy ra trong thí nghiệm với hai bóng đèn trên đây, là hiện t−ợng tự cảm: đó là hiện t−ợng cảm ứng điện từ xảy ra trong đoạn mạch có dòng điện biến thiên theo thời gian.Tr−ớc hết, hãy xét từ thông của một mạch kín đã có sẵn dòng điện.
Hoạt động 2: Xét từ thông riêng của một mạch kín
Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ.
C1. Cảm ứng từ B trong lòng
ống dây điện chiều dài l, tiết
diện S, gồm N vòng dây, trong
đó có dòng điện i chạy qua, cho
bởi công thức :
7
4 .10 N
B i
l
π −
=
Lại có từ thông qua ống dây N vòng là : 2 7 4 .10 N NBS iS Li l π − Φ = = = ⇒ Độ tự cảm : 2 7 4 .10 N L S i π l Φ = =
Cá nhân thu nhận thông tin.
◊.
Giả sử có một mạch kín (C), trong đó có dòng điện i. Dòng điện i gây ra một từ tr−ờng, từ tr−ờng này gây ra một từ thông Φ qua (C) đ−ợc gọi là từ thông riêng của mạch. Ng−ời ta đã chứng minh đ−ợc rằng, từ thông riêng của mạch đ−ợc tính bởi công thức : Φ = Li , trong đó L là một hệ số, chỉ phụ thuộc vào cấu tạo và kích th−ớc của (C), gọi là độ tự cảm của (C).Trong công thức trên Φ có đơn vị là vêbe (Wb), i có đơn vị là Ampe (A), L có đơn vị là Henri (H).
O. Hãy đọc nội dung ví dụ ở mục I và hoàn thành yêu cầu C1.
Yêu cầu HS tự đọc SGK để tiếp thu khái niệm ống dây tự cảm hay cuộn cảm và cách tạo ra đ−ợc ống dây có độ tự cảm lớn. L−u ý cho HS khái niệm về độ từ thẩm μ.
t−ợng tự cảm
Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ. – Khác nhau :
+ Đối với dòng điện một chiều : hiện t−ợng tự cảm th−ờng xảy ra khi đóng mạch (i tăng đột ngột) và khi ngắt mạch (i giảm đột ngột).
+ Đối với dòng điện xoay chiều : luôn xảy ra hiện t−ợng tự cảm vì dòng điện xoay chiều có i biến thiên liên tục theo thời gian.
– Khi xảy ra hiện t−ợng tự cảm, dòng điện cảm ứng có tác dụng cản trở nguyên nhân sinh ra nó.
Thảo luận nhóm, đại diện giải thích.
Ví dụ 1 : Khi đóng K, dòng điện qua đèn 2 tăng đột ngột, từ thông qua ống dây tăng đột ngột, trong ống dây xảy ra hiện t−ợng tự cảm, dòng điện tự cảm có tác dụng chống lại sự tăng từ thông đó, do đó dòng điện qua L và qua đèn 2 tăng từ từ.
– Hiện t−ợng : Đột ngột ngắt khoá K, đèn sáng bừng lên tr−ớc khi tắt.
cảm ứng điện từ xảy ra trong một đoạn mạch có dòng điện mà sự biến thiên từ thông qua mạch đ−ợc gây ra bởi sự biến thiên của c−ờng độ dòng điện trong mạch.
O. Hiện t−ợng tự cảm có giống nhau đối với dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều ?
◊.
Nh− vậy, hiện t−ợng tự cảm luôn xảy ra với các mạch điện một chiều biến thiên và các mạch điện xoay chiều.O. Khi xảy ra hiện t−ợng tự cảm, dòng điện cảm ứng có tác dụng gì ?
GV tiến hành lại thí nghiệm 1 và yêu cầu HS giải thích kết quả thí nghiệm.
Gợi ý : Xét sự biến thiên từ thông qua ống dây khi đóng khoá K, dòng điện tự cảm có tác dụng chống lại sự biến thiên đó sẽ tác dụng lên đèn 2 nh− thế nào ?
GV tiếp tục tiến hành thí nghiệm nh−
ở ví dụ 2. Yêu cầu HS quan sát hiện t−ợng xảy ra và giải thích kết quả thí
Giải thích : Khi ngắt K, dòng điện qua đèn giảm đột ngột, từ thông qua ống dây giảm đột ngột, trong ống dây xảy ra hiện t−ợng tự cảm, dòng điện tự cảm có tác dụng chống lại sự giảm từ thông đó, do đó dòng điện qua đèn tăng vọt lên tr−ớc khi tắt.
Nhận xét :
