- Dễ dàng suy ra được trong trường hợp v hợp với b một góc thì biểu thức tính ec là:
2.2.7.2. Thiết bị thí nghiệm cần chuẩn bị và các thí nghiệm cần tiến hành a) Các thiết bị thí nghiệm
hành a) Các thiết bị thí nghiệm
Thanh nhôm dài 300mm, phía dưới gắn tấm nhom mỏng liền khối và phía trên có gắn ổ bi; Trục để gắn hai ổ bi trên các thanh nhôm;
Hai bản từ (trong TBTN CƯĐT); - Đĩa nhôm tròn liền khối, đĩa nhôm tròn có gắn các nam châm gốm;
Giá đỡ bằng nhựa, động cơ điện nhỏ 9V; Ống dây đồng 2000 vòng, lõi thép chữ U;
Ba khối kim loại (sắt, đồng, nhôm) hình hộp chữ I đặc, có cùng kích thước 40m x 10mm x 10mm; Nhiệt kế, nguồn điện một chiều 12V;
b) Các thí nghiệm cần tiến hành:
TN về dao động của tấm nhôm liền khối trong không khí và trong từ trường. TN về sự quay theo tương đối của đĩa nhôm liền khối và đĩa có gắn các nam châm gốm nằm đối diện nhau;
TN về sự nóng lên của khối thép đặc khi đặt trong từ trường biến đổi theo thời gian.
2.2.7.3. Tiến trình xây dựng kiến thức
Xuất phát từ điều kiện xuất hiện DĐCƯ trong khung dây dẫn kín.
GV có thể nêu yêu cầu và gợi ý để HS so sánh được sự tương đương về mặt dẫn điện của khối vật dẫn đặc và khung dây dẫn gồm rất nhiều dây dẫn nằm sát nhau (xem như không cách điện nhau).
Từ đó suy ra vấn đề cần nghiên cứu là: Icư có xuất hiện trong vật dẫn dạng khối, khi Φ qua nó biến thiên không?
Tiến hành TN cho tấm nhôm dao động trong không khí và dao động trong từ trường để hỗ trợ việc đề xuất giả thuyết của HS.
HS sẽ đề xuất được giả thuyết: Khi Φ qua vật dẫn dạng khối biến thiên thì trong nó sẽ xuất hiện Icư.
GV cần gợi ý thêm cho HS biết: Làm nóng là hiệu ứng nhiệt của dòng điện (HS đã biết định luật Jun-Len xơ, chương dòng điện không đổi) và xung quanh có từ trường thì sẽ có tương tác từ với từ trường ngoài và đó là hiệu ứng lực (HS đã biết ở chương từ trường), hai hiệu ứng đó cũng chính là các hệ quả suy ra từ giả thuyết.
Để HS đề xuất được các phương án TN kiểm tả giả thuyết, GV yếu cầu HS nêu các cách làm biến đổi Φ qua khối vật dẫn (cho khối vật dẫn chuyển động trong từ trường, đặt khối vật dẫn trong từ trường biến thiên). từ đó, HS sẽ đề xuất được các phương án TN kiểm nghiệm các hệ quả suy ra được từ giả thuyết:
1- Quan sát dao động của tấm nhôm liền khối trong không khí và trong từ trường.
2- Quan sát chuyển động quay theo tương đối của đĩa nhôm liền khối có gắn các nam châm gốm nằm đối diện nhau.
3- Theo dõi sự nóng lên của khối thép đặc khi đặt trong từ trường biến đổi theo thời gian. Kết quả, khối kim loại nóng lên rất nhanh.
Tiến hành các TN kiểm tra tính đúng đắn của các hệ quả, sẽ rút ra được kết luận: Icư sẽ xuất hiện bên trong vật dẫn dạng khói, khi Φ qua nó biến thiên. Icư này được gọi là dòng điện Fu-cô; dòng điện Fu-cô gây ra hiệu ứng lực (làm hãm chuyển động gay ra chuyển động kéo theo), và hiệu ứng nhiệt (làm nóng vật dẫn).
HS đã biết:
DĐCƯ (Icư) xuất hiện trong khung dây dẫn kín khi Φ qua nó biến thiên.
Vẫn đề cần nghiên cứu:
Icư có xuất hiện trong vật dẫn dạng khối không? khi Φ qua nó biến thiên không?
Đề xuất giải pháp để giải quyết vấn đề:
TN hỗ trợ đề xuất giả thuyết: Tấm nhôm dao động trong từ trường tắt dần nhanh hơn so với khi dao động trong không khí.
Đề xuất giả thuyết: Φ qua vật dẫn dạng khối biến thiên thì trong nó sẽ xuất hiện Icư.
Suy luận lôgíc ra các hệ quả kiểm tra được bằng TN.
quay trong từ trường đứng yên thì trong khối vật dẫn phải xuất hiện Icư. Icư này làm cho từ trường phải quay theo khối vật dẫn.
quay đối với khối vật dẫn đứng yên thì trong khối vật dẫn phải xuất hiện Icư. Icư này làm cho khối vật dẫn phải quay theo từ trường.
được đặt trong từ trường biến đổi theo thời gian thì trong khối vật dẫn phải xuất hiện Icư. Do hiệu ứng nhiệt của dòng điện Icư này làm cho khối vật dẫn nóng lên.
Thực hiện giải pháp đã đề xuất:
Đề xuất các phương án TN và tiến hành các TN kiểm tra tính đúng đắn của các hệ quả (giả thuyết)
TN1
Đĩa nhôm liền khối quay làm cho đĩa nam châm nằm đối diện với nó cũng quay nhanh theo cùng chiều.
TN 2
Đĩa nam châm quay làm cho đĩa nhôm liền khối nằm đối diện với nó cũng quay nhanh theo cùng chiều.
TN 3
Khối thép đặc được đặt trong từ trường biến thiên của nam châm điện bị nóng lên rất nhiều (khoảng 200)
Kết luận:
Ic xuất hiện bên trong vật dẫn dạng khối, khi Φ qua nó biến thiên. Icư này được gọi là dòng điện Fu-cô.
Dòng điện Fu-cô gây ra hiệu ứng lực (làm hãm chuyển động, gây ra chuyển động kéo theo), và hiệu ứng nhiệt (làm nóng vật dẫn).
Sơ đồ 2.7. Tiến trình dạy học kiến thức về quy tắc bàn tay phải
Tiến trình xây dựng kiến thức về sự xuất hiện và các hiệu ứng của dòng điện Fu-cô nêu trên được thể hiện bằng sơ đồ 2.7.
2.2.7.4. Tiến trình dạy học
Hoạt động 1: Làm xuấthiệnvấn đề nghiêncứu và các phương án kiểmnghiệm (làm việc chung cả lớp)
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
xuất hiện DĐCƯ trong khung dây dẫn khung dây dẫn kín thì trên khung xuất hiện
kín (H7.1) DĐCƯ.
- Tiếp tục, yêu cầu HS chỉ ra sự tương - Tiếp thu yêu cầu và thảo luận đề đưa ra đương về mặt dẫn điện của khối vật được ý kiến: Về phương diện dẫn điện thì dẫn đặc và khung dây dẫn kín (H7.2) trong khối vật dẫn các hạt điện có thể Nhận xét ý kiến của HS là chính xác chuyển động và tạo thành dòng điện như
và rất hay. dòng điện chạy trong khung dẫy dẫn kín, ta
có thể xem khói vật dẫn như bao gồm rất nhiều khung dây dẫn ghép lại hay như bao gồm nhiều đoạn dây dẫn ghép thành. - Nêu vấn đề cần nghiên cứu là: Ic có - Tiếp thu vấn đề cần nghiên cứu, theo dõi xuất hiện trong vật dẫn dạng khối, khi TN hỗ trợ và thảo luận chung để đưa ra giả Φ qua nó biến thiên không? (H7.3) thuyết: Sẽ xuất hiện Ic trong vật dẫn dạng
Yêu cầu 2 HS tiến hành TN cho tấm khối khi Φ qua nó biến thiên. nhôm dao động trong không khí và
trong từ trường để hỗ trợ việc đề xuất giả thuyết của HS.
- Đặt câu hỏi: Nếu dự đoán là chính - Tiếp thu câu hỏi, thảo luận chung cả lớp xác thì Ic xuất hiện trong vật dẫn dạng để suy ra hệ quả về các hiệu ứng mà xuất khối sẽ gây ra những hiệu ứng gì? hiện trong khối vật dẫn gây ra. Các hệ quả
(H7.4) HS suyb ra: Làm nóng khối vật dẫn hay từ
Gợi ý để HS nhớ lại các hiệu ứng mà trường mà DĐCƯ gây ra sẽ tương tác với dòng điện gây ra, hiệu ứng nhiệt của từ trường ngoài.
dòng điện, HS đã biết định luật Jun- Len xơ, chương dòng điện không đổi DĐCƯ trong khối vật dẫn sinh ra từ trường ngoài, HS đã biết hai dòng điện gần nhau tương tác từ với nhau trong chương từ trường.
- Nhận xét các hiệu ứng mà HS suy ra là chính xác.
- Nêu câu hỏi: Có những cách nào làm - Tiếp thu câu hỏi và thảo luận để đưa ra trả biến đổi Φ qua vật dẫn dạng khối? lời: Một là khi khối vật dẫn chuyển động
(H7.5). trong từ trường, hai là khi khối vật dẫn đặt
- Khẳng định trả lời của HS là chính trong từ trường biến thiên.
xác. Tiếp tục, yêu cầu HS đề xuất các - Nghe nhận xét và yêu cầu của GV. Thảo phương án TN kiểm nghiệm? (H7.6) luận để đề xuất các phương án TN: Cho
Chính xác hóa và hoàn chỉnh các phương án TN mà HS đã đề xuất Bằng các phương án TN: TN 3.1a, TN 3.2a, TN 3.3a.
tấm nhôm (liền khối) chuyển động hoặc dao động trong từ trường, đặt khối kim loại đặc trong từ trường biến đổi theo thời gian. Lắng nghe và ghi chép ba phương án TN mà GV đã bổ sung hoàn chỉnh
Hoạt động 2: Tiếnhành các TN kiểmnghiệm sựxuất hiệndòng điệnFu-côvà các hiệu ứng mà nó gây ra (thảo luận chung và làm việc nhóm)
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
Giới thiệu cho HS biết các bộ phận - Lắng nghe, theo dõi để nhận biết các bộ
của TBTN. phận của TBTN cần sử dụng để tiến hành
các TN trên.
Chia lớp thành 6 nhóm: Nhóm 1 lắp - Nhận nhiệm vụ của nhóm mình và thực ghép và tiến hành TN 3.1a, nhóm 2 hiện:
quan sát ghi chép kết quả TN đó; * Nhóm 1 lắp ghép và tiến hành TN 3.1a, nhóm 3 lắp ghép và tiến hành TN 3.1a, nhóm 2 quan sát TN và cử người báo cáo
nhóm 4 quan sát ghi chép kết quả TN kết quả quan sát được: Tấm nhôm dao động đó; nhóm 5 lắp ghép và tiến hành TN trong từ trường tắt nhanh hơn (khoảng 30 3.1a, nhóm 6 quan sát ghi chép kết quả giây) khi dao động trong không khí TN đó. Đồng thời, yêu cầu các nhóm (khoảng 3 phút)
2, 4, 6 cử người báo cáo kết quả TN * Nhóm 3 lắp ghép và tiến hành TN 3.2ª.
nhóm mình quan sát được. Nhóm 2 quan sát TN và cử người báo cáo
kết quả quan sát được: Khi đĩa có gắn nam châm gốm hay đĩa nhôm quay thì đĩa nằm đối diện quay nhanh theo cùng chiều, tốc độ của đĩa tương đương nhau.
Nhóm 5 lắp ghép và tiến hành TN 3.3ª. Nhóm 6 quan sát TN và cử người báo cáo kết quả quan sát được: Khối thép đặc đặt trong từ trường biến thiên nóng lên rất nhanh nhưng thay bằng khối đồng hoặc khối nhôm thì nóng lên ít hơn (khoảng 20). Tổng kết lại các kết quả quan sát - Lắng nghe khẳng định thêm của GV và
được ở 3 TN đã tiến hành. ghi nhớ hai hiệu ứng mà dòng Fu-cô gây ra. Bổ sung thêm: DĐCƯ xuất hiện trong
khối vật dẫn gọi là dòng điện Fu-cô, nó gây ra hiệu ứng nhiệt và hiệu ứng lực. Đối với hiệu ứng lực, sự hãm dao
động hay chuyển động kéo theo thể hiện sự tuân theo định luật Len-xơ.