IV. Tiến trình dạy học
b. Suất điện động cảm ứng
2.7.2. Thiết kế tiến trình DHKT kiến thức về chiều của dòng điện cảm ứng
Bài 38. HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG (Tiết 2) I. Mục tiêu
1. Mục tiêu theo chuẩn kiến thức * Về kiến thức
- Phân biệt được điều kiện xuất hiện và tồn tại của hiện tượng cảm ứng điện từ, dòng điện cảm ứng, suất điện động cảm ứng.
- Trình bày được định luật Farađây, định luật Lenxơ. * Về kỹ năng
- Phân tích để nắm được ý nghĩa và mục đích của TNg.
- Biết vận dụng định luật Lenxơ để xác định chiều của dòng điện cảm ứng. - Biết vận dụng định luật Farađây để tính suất điện động cảm ứng trong một số bài tập.
* Về thái độ
- Tích cực, hứng thú học tập môn Vật lí, có lòng yêu thích khoa học. - Có ý thức nỗ lực phấn đấu, có tinh thần hợp tác trong học tập. 2. Mục tiêu nâng cao theo quan điểm DHKT
* Về kiến thức
- Bỏ quan niệm sai và xây dựng quan niệm khoa học cho HS về chiều của dòng điện cảm ứng (dòng cảm ứng không phải có chiều ngẫu nhiên mà chiều dòng điện cảm ứng có liên quan với chiều biến thiên từ thông (chiều tăng hoặc giảm). Cụ thể, dòng cảm ứng có chiều sao cho từ trường của nó có tác dụng chống lại sự biến thiên từ thông qua mạch kín.
- Bỏ quan niệm sai và xây dựng quan niệm khoa học cho HS về sự tồn tại của suất điện động cảm ứng (suất điện động cảm ứng xuất hiện và tồn tại khi từ thông qua mạch biến thiên, mạch kín chỉ là phương tiện để nhận biết sự có mặt của dòng điện).
* Về kỹ năng
- Rèn luyện cho HS kỹ năng thu nhận, truyền đạt, xử lý thông tin và hợp tác với bạn học và với GV.
- Bồi dưỡng cho HS năng lực dự đoán, đề xuất giả thuyết có thể kiểm tra được.
- Bồi dưỡng năng lực thực nghiệm cho HS.
- Bồi dưỡng năng lực đánh giá, tự đánh giá, phê và tự phê. * Về thái độ
- Có ý thức sẵn sàng trình bày, áp dụng những kiến thức, kinh nghiệm của mình vào các hoạt động học tập trong lớp học.
- Phát huy tính tích cực, tự lực, sáng tạo và có ý thức trách nhiệm của HS. - Tăng cường sự tự tin cho HS.
II. Ý tưởng sư phạm
Ở lớp 9 HS đã được học về chiều của dòng điện cảm ứng, nhưng các em mới chỉ được học một cách chung chung, đó là: “dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn kín đổi chiều khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây đang tăng mà giảm hoặc đang giảm mà tăng”. Nhiều HS lầm tưởng rằng dòng cảm ứng có chiều một cách ngẫu nhiên, ví dụ khi đưa nam châm lại gần vòng dây thì dòng điện trong mạch cùng chiều kim đồng hồ thì khi đưa nam châm ra xa dòng điện trong mạch có chiều ngược lại. Có nhiều HS lầm tưởng Ic có chiều chống lại chiều biến thiên từ thông qua mạch hoặc Ic có chiều sao cho từ trường Bcmà nó sinh ra chống lại từ trường B đã gây ra nó. Rất ít HS quan niệm đúng Ic có chiều sao cho từ trường cảm ứng Bc chống lại sự biến thiên từ thông đã gây ra nó.
III. Chuẩn bị
1. Giáo viên
a. Điều tra quan niệm riêng của HS (xem phụ lục 2b trang P19).
b. Xây dựng phương án dạy học dựa trên việc phân tích phiếu điều tra. + Kiến thức kiến tạo: xác định chiều dòng điện cảm ứng.
+ Kiến thức thông báo: định luật Farađây về cảm ứng điện từ. c. Các thiết bị dạy học trực quan
I
I
+ Các thí nghiệm: TNg1, 2, 3, 4 (trang 40 – 41). + Các mô phỏng thí nghiệm Vật lí (trang 39 – 40). + Các video TNg 7, 8, 9 (trang 42).
d. Các phiếu học tập 3, 4 (Xem phụ lục 4a trang P33). 2. Học sinh
- Ôn lại quy tắc nắm bàn tay phải về xác định chiều đường cảm ứng từ. - Ôn tập các kiến thức về hiện tượng cảm ứng điện từ đã học ở tiết trước.
Hoạt động 1. Kiểm tra bài cũ, đặt vấn đề nhận thức.
Kiểm tra bài cũ
Câu 1. Dùng quy tắc bàn tay phải, xác định mặt Bắc, mặt Nam của khung dây trong
các trường hợp sau đây :
Sau đó GV cho HS xem lại hình ảnh của quy tắc bàn tay phải
Đặt vấn đề nhận thức
Câu 2. Hai cuộn dây giống hệt nhau đặt ở cùng một độ cao: một cuộn để hở, một cuộn được nối kín mạch (hình vẽ). Cùng một lúc thả hai NC giống hệt nhau rơi qua hai cuộn dây, theo các em kết quả sẽ như thế nào ?
A. NC đi qua mạch kín chậm hơn. B. NC đi qua mạch hở chậm hơn.
C. NC đi qua hai mạch như nhau. D. NC đi qua mạch kín nhanh hơn.
Để trả lời được câu hỏi này chúng ta sẽ tìm hiểu về chiều của dòng điện cảm ứng. Định luật Lenxơ.
Hoạt động 2. Kiến tạo kiến thức về chiều của dòng điện cảm ứng
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cần đạt ?. Theo các em dòng điện
cảm ứng Ic có chiều như thế
Các nhóm thảo luận và bộc lộ quan niệm về chiều của Ic:
nào?
- Để thuận tiện cho việc xác định chiều Ic ta làm một TN nhỏ: mắc trực tiếp 2 đầu ống dây vào nguồn điện một chiều, các em hãy quan sát kim điện kế và xác định chiều dòng điện, cực Bắc, cực Nam của ống dây nhé.
- Em có nhận xét gì về chiều của dòng điện và phía lệch của kim điện kế?
(GV vẽ nhanh hình lênbảng) - Trở lại TNg1, TNg2 các em hãy quan sát và cho biết kim điện kế lệch về phía nào khi:
+ đưa cực Bắc của NC lại gần hoặc ra xa KD.
+ đưa cực Nam của NC lại
+ QN1: Ic có chiều hoàn toàn ngẫu nhiên.
+ QN2: Ic có chiều chống lại chiều biến thiên từ thông qua mạch.
+ QN3: Ic có chiều sao cho từ trường Bcmà nó sinh ra chống lại từ trường B đã gây ra nó. + QN4: Ic có chiều sao cho từ trường cảm ứng Bc chống lại sự biến thiên từ thông đã gây ra nó.
- Khi cực (+) của nguồn mắc với đầu bên phải của ống dây thì kim điện kế lệch sang phải; bên trái ống dây có vai trò là cực Bắc, bên phải là cực Nam.
- Khi cực (-) của nguồn mắc với đầu bên phải của ống dây thì kim điện kế lệch sang trái, bên phải ống dây có vai trò là cực Bắc, bên trái là cực Nam
- Sang phải hoặc sang trái. - Sang trái hoặc sang phải
- Khi dòng điện qua ống dây đổi chiều thì phía lệch của kim điện kế cũng thay đổi
gần hoặc ra xa KD.
+ đưa KD lại gần hoặc ra xa cực Bắc của NC.
+ đưa KD lại gần hoặc ra xa cực Nam của NC.
?. Vậy có phải Ic có chiều hoàn toàn ngẫu nhiên không?
?. Theo QN2 thì Ic có chiều chống lại chiều biến thiên từ thông qua mạch, điều đó có nghĩa là gì?.
- GV dùng TN mô phỏng ?. Hãy quan sát số ĐST gửi qua KD và phía lệch của kim điện kế khi:
+ đưa cực Bắc NC lại gần KD.
+ đưa cực Bắc NC ra xa KD + đưa cực nam NC lại gần KD.
+ đưa cực nam NC ra xa KD.
?. Vậy có phải Ic có chiều chống lại chiều biến thiên
- Sang phải hoặc sang trái. - Sang trái hoặc sang phải. - Không, chiều của Ic phụ thuộc vào chiều các ĐST và chiều chuyển động tương đối giữa NC và KD.
- Đại diện nhóm HS có QN2 trả lời:
- Giả sử khi Φtăng Ic có chiều để kim điện kế lệch sang phải thì khi Φgiảm, kim điện kế lệch sang trái; ngược lại.
+ Số ĐST xuyên qua tiết diện của KD tăng lên→ từ thông
Φqua KD tăng → Kim điện kế lệch sang phải.
+Φgiảm, kim điện kế lệch sang trái.
+Φtăng, kim điện kế lệch sang trái
+Φgiảm, kim điện kế lệch sang phải.
+Không, Ic có chiều phụ thuộc chiều biến thiên từ thông qua
- HS từ bỏ QN1.
- HS từ bỏ QN2
từ thông qua mạch không? ?. Khi đưa NC lại gần hoặc ra xa KD, hãy so sánh chiều của Bcdo dòng cảm ứng gây ra và chiều của Bcủa NC?
?. Vậy theo các em QN3 có đúng không?
?. Khi đưa NC lại gần hoặc ra xa KD thì tương tác giữa NC và KD là hút hay đẩy? Vì sao?
mạch và phụ thuộc cả vào chiều từ trường Bcủa NC. - Khi đưa cực Bắc của NC lại gần đầu bên trái KD, từ thông qua KD tăng, khi đó Bccó chiều từ phải sang trái. Cảm ứng từ Bcủa từ trường NC hướng từ trái sang phải. Vậy
c
B và Bngược chiều nhau. - Khi đưa cực Bắc của NC ra xa đầu bên trái KD, từ thông qua KD giảm, khi đó Bccó chiều từ trái sang phải, cùng với chiều của cảm ứng từ B
của từ trường NC.
Vậy Bcvà Bcùng chiều nhau. - QN3 sai vì Bccó khi chống lại, có khi tăng cường từ trường Bcủa NC.
- Khi đưa cực Bắc của NC lại gần đầu bên trái KD, từ thông qua KD tăng, kim điện kế lệch sang phải, bên trái ống dây có vai trò như cực Bắc -> từ trường Bc của KD có xu hướng đẩy NC ra xa, tức là ngăn cản NC chuyển động lại gần nó.
- Khi đưa cực Bắc của NC ra xa KD, từ thông qua KD giảm, kim điện kế lệch sang trái. Khi đó đầu bên trái của
- HS từ bỏ QN3.
- HS vận dụng kiến thức đã học về tương tác từ khi đặt hai nam châm gần nhau: cùng cực thì đẩy nhau, trái cực thì hút nhau để giải thích.
?. Khi NC lại gần hoặc ra xa KD từ thông tăng hay giảm? Khi đó Bcdo dòng cảm ứng sinh ra có tác dụng gì đối với sự biến thiên từ thông qua KD? Cụ thể như thế nào? - Trong các TNg còn lại người ta cũng đều có nhận xét như trên. Do đó, có thể kết luận chung như sau: Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên của từ thông đã gây ra nó. Nói cách khác: “dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó” .
Đây chính là nội dung định luật Lenxơ dùng để xác
ống dây (là cực Nam) đang ở gần cực Bắc của NC -> từ trường Bc của KD có xu hướng hút NC lại phía mình, tức là ngăn cản NC chuyển động ra xa nó.
- Dòng cảm ứng Ic có chiều sao cho từ trường Bcdo nó sinh ra có tác dụng chống lại sự biến thiên từ thông qua KD, tức là chống lại nguyên nhân đã gây ra nó.
- Khi Φtăng, dòng cảm ứng tạo ra Bc ngược chiều với B để chống lại sự tăng của Φ. - Khi Φgiảm, dòng cảm ứng tạo ra Bc cùng chiều với Bđể chống lại sự giảm của Φ.
- HS tiếp nhận kiến thức khoa học về chiều dòng điện cảm Như vậy QN 4 đúng. 4. Định luật Lenxơ về chiều của dòng điện cảm ứng 56
định chiều của dòng điện cảm ứng.
?. Theo định luật Lenxơ, để xác định được chiều của dòng điện cảm ứng ta cần phải làm thế nào?
- GV nhận xét và hợp thức kiến thức.
- Yêu cầu HS áp dụng định luật Lenxơ trả lời câu 2 mà GV đưa ra lúc ban đầu.
ứng.
- Thảo luận nhóm, đại diện trình bày.
- Như vậy, cách xác định chiều của Ic như sau:
B1. Xác định chiều của Bcủa nam châm.
(dựa vào đặc điểm từ trường của nam châm hoặc quy tắc nắm bàn tay phải )
B2. Xét xem Φ tăng hay giảm.
(dựa vào biểu thức Φ = BScosα )
B3. Xác định chiều của Bc
dựa vào sự tăng giảm của Φ. + Φtăng, Bcngược chiều B. + Φgiảm, Bccùng chiều B.
B4. Biết chiều của Bcxác định chiều của Ic theo quy tắc nắm bàn tay phải.
- HS thảo luận nhóm, đại diện trả lời.
Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó . - HS tiếp nhận kiến thức khoa học về cách xác định chiều dòng điện cảm ứng.
- Khi NC rơi qua KD kín thì trong KD xuất hiện Ic.
+ Lúc NC bắt đầu xuyên qua KD thì Φ tăng nên từ trường
- GV phát phiếu học tập số 3 và yêu cầu HS làm câu 1, câu 2b, 2d. Câu 2a, 2c là bài tập về nhà.
- HS xác định chiều dòng điện cảm ứng trong câu 2
cảm ứngBcngăn cản NC xuyên qua KD. +Lúc NC bắt đầu rời KD thìΦgiảm nên c B lại ngăn cản sự rời khỏi KD của NC. Do đó, NC rơi qua KD kín chậm hơn. Đáp án A đúng.
Hoạt động 3. Tìm hiểu về suất điện động cảm ứng
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Kiến thức cần đạt
?. Căn cứ vào độ lệch của kim điện kế ta có thể để đánh giá độ lớn suất điện động của nguồn điện trong mạch đó được không?
- GV trình chiếu video TNg 1, 2, 3 và hướng dẫn HS quan sát độ lệch của kim điện kế khi di chuyển NC hoặc con chạy nhanh, chậm. - GV làm TNg 4 giúp HS thấy khi cùng lúc đưa cả hai NC chuyển động qua KD thì kim vôn kế lệch nhiều hơn so với khi chỉ dùng một NC.
?. Theo các em độ lớn của suất điện động cảm ứng phụ thuộc vào những yếu tố nào?
- Thực nghiệm chứng tỏ, độ lớn của suất điện động cảm ứng tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thông qua mạch.
Đây chính là nội dung định luật Farađây về hiện tượng cảm ứng điện từ.
- Nhận xét gì về dấu của ec , Ic và dấu của∆Φ?
- GV cho HS xem video TNg8, TNg9. Trong các TNg này dùng đồng hồ đa
- Được, vì ta đã biết cường độ dòng điện trong mạch kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn. Dòng điện có cường độ càng lớn thì độ lệch của kim điện kế khỏi vị trí ban đầu càng lớn.
- HS quan sát TNg và nêu nhận xét:
+ di chuyển càng nhanh, kim điện kế lệch càng nhiều, ngược lại.
∆Φ
∈ : độ biến thiên từ thông
t
∆
∈ : thời gian xảy ra biến thiên từ thông. t ∆ ∆Φ : tốc độ biến thiên từ thông
Ic luôn cùng dấu với ec. - Khi Φtăng :∆Φ>0→ec < 0 - Khi Φgiảm :∆Φ<0→ec > 0 5. Định luật Farađây về hiện tượng cảm ứng điện từ
Độ lớn của suất điện động cảm ứng tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thông qua mạch.
Trong hệ SI, k =1 - Độ lớn của suất điện động cảm ứng:
- Giá trị của suất điện động cảm ứng: Dấu (-) biểu thị định luật Lenxơ - Nếu mạch điện là 59 t ec ∆ ∆Φ = t ec ∆ ∆Φ − = t k ec ∆ ∆Φ = t N ec ∆ ∆Φ − =
Hoạt động 4. Củng cố
?. Cho KD quay trong từ trường đều của NC,
kim điện kế có bị lệch không? Giải thích? - Sau đó GV cho HS biết đây là một cách tạo ra máy phát điện.
?. Đưa NC lại gần vòng dây (ảnh 8b) kim điện
kế có lệch không?
?. Cho thanh kim loại trượt trên hai thanh ray
nối kín mạch đặt trong một từ trường đều (ảnh 8a) kim điện kế có lệch không?
HS trả lời, sau đó GV cho xem TNg mô phỏng để kiểm tra lại, trong bài 39 HS sẽ