- Bản chất dòng điện trong kim loạ
từ trờng của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt
dây dẫn có hình dạng đặc biệt
I Mục tiêu
1. Về kiến thức
- Nắm đợc cách xác định: phơng, chiều và viết đợc biểu thức độ lớn của véc tơ cảm ứng từ của dòng điện chạy trong các dây dẫn có dạng khác nhau
2. Về kĩ năng.
- Xác định véc tơ cảm ứng từ tại mỗi điểm do dòng điện chạy trong các dây dẫn có dạng khác nhau
- Vận dụng đợc nguyên lí chồng chất từ trờng để giải các bài tập đơn giản
II. Chuẩn bị
GV: - Chuẩn bị phấn màu, thớc kẻ, com pa
- Các dụng cụ thí nghiệm về đờng sức của từ trờng gây ra bởi dòng điện có dạng khác nhau - Chuẩn bị các phiếu học tập
HS: Ôn tạp bài 19,20 : đặc biệt chú ý tới mối quan hệ giữa chiều dòng điện và chiều cảm ứng từ
III. Tổ chức các hoạt động dạy học
Hoạt động 1( 5 ). Kiểm tra bài cũ. Đặt vấn đề nghiên cứu.
Hoạt động của HS Trợ giúp của GV
- Trả lời câu hỏi của GV
- Lên bảng biểu diễn chiều của đờng sức từ.
- Nghe GV đặt vấn đề vào bài.
- Trả lời: Cảm ứng từ do dòng điện chạy trong dây dẫn sinh ra:
+ Tỉ lệ với cờng độ dòng điện sinh ra từ trờng. + Phụ thuộc vào dạng hình học của dây dẫn. + Phụ thuộc vào vị trí điểm M.
+ Phụ thuộc môi trờng xung quanh.
- Nêu câu hỏi kiểm tra bài cũ:
+ Để xác định chiều đờng sức của dòng điện thẳng dài vô hạn, dòng điện tròn ta áp dụng các quy tắc nào?
+ Xác định chiều của đờng sức từ trong các tr- ờng hợp sau.
- Yêu cầu HS lên bảng vẽ. - Nhận xét câu trả lời. - Đặt vấn đề nh SGK.
- Nêu câu hỏi: Cảm ứng từ do dòng điện chạy trong dây dẫn sinh ra phụ thuộc vào những yếu tố nào?
GV yêu cầu HS đọc SGK để trả lời câu hỏi. - Nhận xét câu trả lời và kết luận
Hoạt động 2( 8 ). Tìm hiểu từ trờng của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng.
Hoạt động của HS Trợ giúp của GV
- Đọc SGK, thảo luận nhóm, cử đại diện nhóm trình bày kết quả của nhóm mình.
Câu trả lời có thể là: Là những đờng tròn đồng tâm nằm trong mặt phẳng vuông góc với dây dẫn mà tâm là vị trí gia của dây dẫn vớimặt phẳng đó. Chiều đợc xác định theo quy tắc nắm bàn tay phải.
- Nhận xét câu trả lời và bổ sung ý kiến. - Trả lời câu hỏi C1.
- Biểu thức: B = 2.10-7r I
(21.1) - Ghi nhớ kiến thức.
- Làm thí nghiệm về đờng sức từ trờng của dòng điện thẳng, yêu cầu HS quan sát, thảo luận để trả lời câu hỏi sau:
Câu hỏi: Nêu đặc điểm đờng sức từ của từ tr- ờng sinh bởi dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài?
GV tổ chức HS thảo luận theo nhóm.
- Gợi ý: + Đờng sức từ có hình dạng nh thế nào?
+ Chiều của các đờng sức từ đợc xác định theo quy tắc nào?
- Gọi HS nhận xét câu trả lời. - Nêu câu hỏi C1.
Nêu câu hỏi: Viết biểu thức xác định độ lớn của cảm ứng từ tại một điểm cách dây dẫn thẳng dài mang dòng điện I một khoảng r trong chân không.
- Thông báo: Khi cho hai dòng điện I1 và I2
chạy trong hai dây dẫn thẳng dài, song song, cách nhau một khoảng r thì từ trờng của dòng điện I1 sẽ tác dụng mỗi đoạn l của dòng I2 một
lực từ là: F = 2.10-7 r l I I1 2
Hoạt động 3( 7 ). Tìm hiểu từ trờng của dòng điện chạy trong dây dẫn uốn thành hình tròn.
Hoạt động của HS Trợ giúp của GV
- Quan sát thí nghiện và thảo luận.
- Trả lời: Các đờng sức từ là những đờng cong có chiều đi vào mặt Nam đi ra mặt Bắc của dòng điện tròn đó.
- Trả lời: Tại tâm O của dòng điện tròn. Cảm ứng từ có phơng vuông góc với mặt phẳng chứa dòng điện và có chiều đi vào mặt Nam và đi ra mặt Bắc của dòng điện ấy.
- Độ lớn cảm ứng từ tại tâm O xác định bởi cong thức: B = 2π10-7I/R (21.2a)
- Nếu khung dây tạo bởi N vòng dây sít nhau thì B = 2π10-7NI/R (21.2b)
- Làm thí nghiệm, yêu cầu HS quan sáthình dạng các đờng sức từ.
Nêu câu hỏi: Hãy cho biết đặc điểm của đờng sức từ sinh ra bởi dòng điện chạy trong dây dẫn uốn thành vòng tròn?
Gợi ý: Hình dạng của các đờng sức từ trong lòng của vòng dây tròn.
+ Để xác định chiều ta vận dụng quy tắc nào?
Hỏi: Tại tâm của dòng điện tròn, cảm ứng từ có phơng, chiều và độ lớn nh thế nào?
- Nhận xét câu trả lời của HS.
Hoạt động 4( 7 ). Tìm hiểu từ trờng của dòng điện chạy trong ống dây hình trụ
Hoạt động của HS Trợ giúp của GV
- Đọc SGK, thảo luận nhóm để trả lời câu hỏi của GV.
- Trả lời: Các đờng sức phía ngoài ống dây giống nh đờng sức sinh bởi nam châm thẳng. Đờng sức trong lòng ống dây là những đờng thẳng song song cách đều nhau. Chiều đợc xác định theo quy tắc nắm bàn tay phải hoặc quy tắc vào Nam ra Bắc. - Trả lời: Độ lớn B = 4π10-7 I l N ( 21.3a) hoặc B = 4π10-7nI (21.3b) trong đó n = N/l số vòng dây quấn trên mỗi đơn vị dài của lõi.
- Trả lời câu hỏi C2.
- Tổ chức HS đọc SGK mục III.
Nêu câu hỏi: + Nêu đặc điểm đờng sức tạo bởi dòng điện chạy trong ống dây?
+ Viết biểu thức tính độ lớn của cảm ứng từ tại mỗi điểm trong lòng ống dây.
- Nêu câu hỏi C2.
- Nhận xét câu trả lời của HS.
Hoạt động 5( 10 ). Từ trờng của nhiều dòng điện gây ra tại một điểm.
Hoạt động của HS Trợ giúp của GV
- HS tiếp thu nguyên lí chồng chất từ trờng.
n B B B
B= 1+ 2 +...
Chú ý: Hai véc tơ cùng phơng, cùng chiều tạimột điểm có độ lớn B = B1 + B2. Cùng phơng ngợc chiều có độ lớn B = B1 −B2
- Cả lớp cùng giải vào giấy nháp.
- Thông báo: Trong chơng I chúng ta tìm hiểu về nguyên lí chồng chất điện trờng do nhiều điện tích điểm gây ra tại một điểm. Trong bài học này ta ta tìm hiểu nguyên lí chòng chất từ trờng do nhiều dòng điện cùng gây ra tại một điểm.
- Gọi HS lên bảng giải bài tập ví dụ trong SGK
Hoạt động 6( 6 ). Vận dụng củng cố
- Trả lời câu hỏi vận dụng.
- Hoàn thành yêu cầu của GV - Nêu câu hỏi vận dụng.- Nêu bài tập 3 và 4 trang 133 SGK
Hoạt động 7( 2 ). Giao nhiệm vụ học tập
- Bài tập về nhà từ 3 đến 7 SGK - Các bài tập 21.1 đến 21.7 SBT
- Đọc nội dung ghi nhớ trong SGK Ngày Tiết 42. Bài 22 Lực lo-ren-xơ I. Mục tiêu 1. Về kiến thức
- Phát biểu đợc đặc trng về phơng, chiều và viết đợc lực Lo-Ren-Xơ.
- Nêu đợc các đặc trng cơ bản của chuyển động của hạt điện tích trong từ trờng đều, viết đợc biểu thức tính bán kính của vòng tròn quỹ đạo.
2. Về kĩ năng
- Rèn luyện cho HS kĩ năng phân tích lực nói riêng và phân tích vec tơ nói chung.
- Rèn luyện kĩ năng vận dụng lí thuyết vào việc giải các bài tập thực tế. Kĩ năng tính toán.
II. Chuẩn bị
GV: Các thiết bị thí nghiệm trực quan về chuyển động của hạt điện tích trong từ trờng đều. - Chuẩn bị các phiếu học tập
HS. Ôn tập về chuyển động tròn đều ở vật lí lớp 10
III. Tổ chức các hoạt động dạy học
Hoạt động 1( ). Kiểm tra bài cũ. Đặt vấn đề
Hoạt động của HS Trợ giúp của GV
- Trả lời câu hỏi:
Hỏi: Phát biểu quy tắc bàn tay trái để xác định chiều của lực từ tác dụng lên hạt điện tích chuyển động trong từ trờng đều. Viết biểu thức lực từ tổng quát.
- Nhận xét câu trả lời. - Nhận thức vấn đề bài học.
- Nêu câu hỏi kiểm tra bài cũ:
- Gọi HS nhận xét câu trả lời của bạn. - Nhận xét và cho điểm.
- Đặt vấn đề: Dòng chuyển dời có hớng của các điện tích tạo thành dòng điện. Vậy khi hạt điện tích chuyển động trong một từ trờng thì hạt đó chịu tác dụng của lực từ không?
Hoạt động 2( ). Tìm hiểu về lực Lo-ren-xơ
Hoạt động của HS Trợ giúp của GV
- Trả lời...
- Ghi nhớ khái niệm lực Lo-ren-xơ.
- Thảo luận. Cách xác định lực Lo-ren-xơ. - HS nghe GV giảng bài.
- Hỏi: Dòng điện trong kim loại là gì? Khi dây dẫn có dòng điện đợc đặt trong từ trờng có chịu lực từ tác dụng không?
Thông báo: khi dây dẫn đợc đặt trong một từ tr- ờng thì lực tử tác dụng lên dây dẫn chính là tổng hợp các lực do từ trờng tác dụng lên các êlêctron chuyển động tạo thành dòng điện. Nói một cách tổng quát: Mọi hạt điện tích chuyển động trong một từ trờng, đều chịu tác dụngcủa lực từ. Lực đó đợc gọi là lực Lo-ren-xơ (Lorentz)
- Nêu vấn đề. Làm thế nào để xác định đợc Lo- ren-xơ?
Thông báo: Ta đã biết các êlêctron trong kim loại chuyển dời ngợc chiều dòng điện, nhng để cho tiện lí giải và có thể mở rộng kết quả cho
- Trả lời ... Độ lớn F = IBlsinα - Trả lời: f = N Il N F = sinα (22.1) - Trả lời: N =n0V = n0Sl.
- Nghe GV lập luận, rút ra biểu thức tính I= q0(Svn0)
- Làm việc cá nhân rút ra biểu thức tính lực Lo- ren-xơ:
f = q0vBsinα (22.2) (α là góc hợp bởi véc tơ B và v)
- So sánh hớng: Khi q0 > 0 các véc tơ l và v cùng hớng và ngợc lại khi q0 < 0.
- Lực Lo-ren-xơ tác dụng lên hạt mang điện tích q0 chuyển động với vận tốc v trong từ tr- ờng Bcó:
+ Điểm đặt: điện tích
+ Phơng: Vuông góc với mặt phẳng (v,B) + Chiều: Xác định bởi quy tắc bàn tay trái. + Độ lớn: f = q0 vBsinα
- Trả lời câu hỏi C1, C2.
mội trờng hợp, ta coi dòng điện trong dây dẫn là dòng chuyển dời theo chiều dòng điện của các hạt điện tích q0 = + e.
Hỏi: Lực từ tác dụng lên pghần tử dòng điện I
l = IM1M2 có phơng, chiều và độ lớn xác định nh thế nào?
Thông báo: Ta giả thiết từ trờng là đều. Lực từ là tổng hợp các lực Lo-ren-xơ tác dụng lên các hạt điện tích q0 chuyển động với cùng vận tốc
v tạo thành dòng điện theo chiều v( hình vẽ 22.1). Nh vậy lực từ tổng hợp phân chia đều cho các hạt điện tích.
Hỏi: Nếu gọi N là tổng số hạt điện tích trong phần tử dòng điện thì lực Lo-ren-xơ tác dụng lên mỗi hạt điện tích đợc xác định nh thế nào? Hỏi: Giải sử n0 là mật độ hạt điện tích trong dây dẫn có tiết diện S thì tổng số hạt điện tích N trong thể tích V xác định nh thế nào?
Thông báo: Cờng độ dòng điện chạy trong dây dẫn trong thời gian ∆t là I =
t q ∆ ∆ , trong đó ∆q = n0Sv∆t.q0. Vậy cờng độ dòng điện I xác định nh thế nào?.
Hỏi: Từ biểu thức 22.1 hãy rút ra biểu thức tính lực Lo-ren-xơ?
- GV hớng dẫn HS so sánh hớng phụ thuộc vào điện tích q
- GV gợi ý cho HS rút ra kết luận về lực Lo- ren-xơ.
- Kết luận về phơng, chiều và độ lớn của lực Lo-ren-xơ.
- Nêu câu hỏi C1, C2.
Hoạt động 3( ). Tìm hiểu chuyển động của hạt điện tích trong từ trờng đều.
Hoạt động của HS Trợ giúp của GV
HS đọc SGK trả lời các câu hỏi cả GV.
- Trả lời: Chuyển động của hạt là chuyển động đều vì độ lớn vận tốc của hạt không đổi.
- Thảo luận nhóm.
+ Theo định luật II Niu tơn: f =ma
+ Chọn hệ tọa độ Oxyz, sao cho cảm ứng từ B hớng dọc theo trục Oz, nếu gọi thành phần gia tốc theo phơng z là az thì az= 0 ⇒ vz= const. Vì lúc đầu t=0thì v0z=0 , vz=0 ( véc tơ vận tốc ban
Yêu cầu HS đọc SGK để trả lời các câu hỏi: - Hỏi: Chuyển động của hạt chịu tác dụng của lực luôn vuông góc với vận tốc là chuyển động gì? Tại sao?
- Nêu vấn đề học tập: Nếu hạt điện tích chuyển động trong từ trờng đều thì quỹ đạo của hạt là gì?
- Gợi ý:
+ Viết phơng trình chuyển động của hạt dới tác dụng của từ trờng(theo định luật II Niu tơn).
đầu luôn vuông góc với B) nghĩa là véc tơ vận tốc luôn nằm trong mặt phẳng 0xy
HS rút ra kết luận: Chuyển động của hạt điện tích là chuyển động phẳng trong mặt phẳng vuông góc với từ trờng, lực Lo-en-xơ là lực h- ớng tâm f=mv2/R = q0 vB (22.5)
- HS vận dụng công thức 22.5 ⇒ R qmvB
0 =
- Trả lời các câu hỏi C3, C4.
+ Chọn hệ tọa độ nh thế nào?
+ Nhận xét gì về chuyển động của hạt trong từ trờng đều?
- Thông báo: Trong mặt phẳng đó, lực Lo-ren- xơ luôn vuông góc với véc tơ vận tốc, nên nó đóng vai trò là lực hớng tâm. Vì độ lớn của vận tốc không đổi nên bán kính R của quỹ đạo không đổi, nên quỹ đạo của hạt điện tích trong từ trờng đều là một đờng tròn.
- Hỏi: Bán kính R của hạt điện tích đợc xác định theo công thức nào?
- Nêu câu hỏi C3 và C4.
Hoạt động 4( ). Vận dụng, củng cố
- Hoàn thành phiếu học tập - Yêu cầu HS trả lời các câu hỏi 1,2 và các bài tập trắc nghiệm 3,4 trang 138 SGK. - Ra bài tập trắc nghiệm để HS vận dụng Ngày Tiết 43 Bài tập I. Mục tiêu 1. Về kiến thức
- Năm đợc đặc trng về phơng chiều và biểu thức của lực Lo-ren-xơ
- Nắm đợc đặc trng cơ bản của chuỷen động của hạt điện tích trong từ trờng đều, biểu thức bán kính của vòng tròn quỹ đạo.
2. Về kĩ năng
- Vận dụng để giải các bài tập có liên quan 3. Về thái độ
- Có thái độ tích cực trong việc xây dựng và trao đổi nhóm,
II. Chuẩn bị
GV: - Chuẩn bị các bài tập tiêu biểu về lực Lo-ren-xơ - Một số bài tập mở rọng ở SBT
- Chuẩn bị các phiếu trắc nghiệm
HS: - Ôn lại chuyển động đều, lực hớng tâp
- Thuyết êlêctron về dòng điện trong kim loại,lực Lo-ren-xơ
III. Tổ chức các hoạt động dạy học
Hoạt động1. Kiểm tra bài cũ. Đặt vấn đề vào bài
Hoạt động của HS Sự trợ giúp của GV
- HS trả lời câu hỏi của GV - Nhận xét câu trả lời của bạn.
- HS nghe GV đặt vấn đề vào bài mới.
- Nêu câu hỏi kiểm tra bài cũ:
+Lực Lo-ren-xơ là gì? Cách xác định lực Lo- ren-xơ .
+ Viết công thức tính bán kính của một hạt điện tích trong một từ trờng đều.
- Nhận xét câu trả lời của HS.
- Đặt vấn đề: Bài họchôm nay chúng ta vận dụng các kiến thức về lực Lo-ren-xơ để giải một số bài tập định tính và định lợng.
Hoạt động 2. Một số lu ý khi giải bài tập
- Nghe GV giảng bài. GV: Để giải bài toán hạt mang điện chuyển
động trong từ trờng đều với vận tốc vthì ta cần lu ý một số điều kiện sau:
- Dựa vào điều kiện của bài toán(thờng cho góc