2.3.2 .TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI TỪ THÔNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
2.2.3. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC BÀI SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG
I. MỤC TIÊU
1. Mục tiêu về kiến thức
- Định nghĩa được SĐĐCỨ trong mạch kín.
- Hiểu và phát biểu được định Fa-ra-đây về CƯĐT - Nêu được mối quan hệ giữa SĐĐCỨ và định luật Len- xơ .
- Chỉ ra được sự chuyển hoá năng lượng trong hiện tượng CƯĐT.
2. Mục tiêu về kỹ năng:
- Có kỹ năng tự ơn tập kiến thức có liên quan:
- Có kỹ năng tự học kiến thức bài mới (Tự đọc sách giáo khoa, tự tóm tắt kiến thức cơ bản và trả lời các câu hỏi trong SGK, tự phát hiện vấn đề và nêu câu hỏi, đánh dấu những phần khó, chưa hiểu...)
- Biết vận dụng cơng thức của định luật Fa-ra-đây để tính được SĐĐCỨ khi Ф qua một mạch khép kín biến đổi đều theo thời gian.
- Rèn luyện phương pháp làm việc độc lập, theo nhóm.
3. Mục tiêu thái độ
- Hứng thú học mơn Vật lí, u q mơn học. - Trung thực, khách quan, tính kiên trì.
- Tập trung suy nghĩ và ghi nhớ bài học.
- Có ý thức thực hiện các hoạt động đúng thời gian
- Xác định các việc cần làm ( Cách nghe, ghi bài, khái quát kiến thức...)
II. CHUẨN BỊ
* Giáo viên :
- Tổ chức phân nhóm ( Nhóm cặp bàn hoặc nhóm 4- 6 người)
- Các TN về SĐĐCỨ, bao gồm: 01 Điện kế, 01 KD kín, 01 NC vĩnh cửu. - Bộ TN điện từ. - MH máy phát điện xoay chiều.
- Phần mềm mô phỏng về hiện tượng CƯĐT.
- Phiếu học tập số 1: HS tự thực hiện ở nhà ( Chi tiết xin xem phụ lục)
* HS : Ôn lại các khái niệm:
+ Phương, chiều và độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường.
+Biểu thức tính cơng của lực, mối quan hệ giữa cơng của lực phát động và công cản trong chuyển động thẳng đều
+ Từ thông. Hiện tượng CƯĐT.
+ Định luật Len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng. + Khái niệm về suất điện động của một nguồn điện.
III. TIẾN TRÌNH XÂY DỰNG KIẾN THỨC III.1 Ý tưởng sư phạm :
Tiến trình DH được thực hiện theo đúng trình tự SGK Vật lí lớp 11- cơ bản đã biên soạn. Tuy nhiên khi xây dựng định luật Fa-ra-đây có sự thay đổi so với SGK đó là GV khơng suy ra biểu thức SĐĐCỨ từ biểu thức tốn học. Ở đây chúng tơi thiết kế xây dựng định luật Fa-ra-đây từ TN trực quan và phần mềm mô phỏng.
Câu hỏi được đặt ra là : SĐĐCỨ trong mạch phụ thuộc vào những yếu tố nào và phụ thuộc như thế nào vào yếu tố đó ?
Sách giáo khoa ban cơ bản trang 149 ,để xây dựng công thức 24.3 tác giả đã thừa nhận các công thức A= i (24.1)
A'
=eit (24.2)
Đây là các công thức mà HS chưa biết ở các lớp dưới, nếu có HS thắc mắc,
giáo viên giải thích như thế nào, nếu cần chứng minh liệu có thực hiện đươc khơng (với kiến thức lớp 11), cịn nếu thừa nhận thì nội dung bài học có ổn khơng, hiệu quả tiết dạy đánh giá như thế nào?
* Khó khăn ở bài này là HS khó tưởng tượng được là độ lớn của SĐĐCỨ phụ thuộc vào tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch.
Nếu dạy như SGK HS cảm thấy khó hiểu, khó tưởng tượng ra được sự phụ thuộc của độ lớn SĐĐCỨ vào tốc độ biến thiên của từ thông và phải thừa nhận nội dung định luật Fa-ra-đây về CƯĐT
* Biện pháp khắc phục: Để HS tìm được mối quan hệ của SĐĐCỨ vào tốc độ
phân tích sau đó GV trình chiếu TN mơ phỏng TN 1.
+ Thơng báo mối quan hệ giữa SĐĐCỨ và định luật Len-xơ, sự chuyển hóa năng lượng trong hiện tượng CƯĐT.
Chỗ cần xây dựng tình huống là định luật Fa-ra-đây.
* Định hướng cụ thể:
GV hướng dẫn HS làm lại hai TN về hiện tượng CƯĐT : Đưa thanh NC lại gần hoặc ra xa vòng dây với các tốc độ khác nhau. Lưu ý HS quan sát độ lệch của kim điện kế như thế nào khi từ thơng biến thiên nhanh, chậm khác nhau. Từ đó HS thấy được (định tính) sự phụ thuộc của độ lớn SĐĐCỨ vào tốc độ biến thiên từ thông và dựa vào kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học phát biểu định luật Fa-ra-đây.
Thông báo mối quan hệ giữa SĐĐCỨ và định luật Len- xơ, sự chuyển hóa năng lượng trong hiện tượng CƯĐT. Tuy nhiên, trước khi thông báo mối quan hệ giữa SĐĐCỨ và định luật Len-xơ GV hướng dẫn HS tìm ra mối quan hệ này dựa vào hình vẽ TN 1 để thấy được chiều của SĐĐCỨ phụ thuộc vào chiều biến thiên Ф, từ đó khái quát lên mối quan hệ.
III.2. Sơ đồ logic tiến trình dạy học.
Khi Ф biến thiên qua (C)xuất hiện IC SĐĐCỨ .
-Biểu thức SĐĐCƯ trong mạch ?ĐL Fa-ra-đây -Mối quan hệ giữa SĐĐCƯ và ĐL Len-xơ ? - Bản chất của hiện tượng CƯĐT ?
PP: tự ôn tập, +Nêu vấn đề,vấn đáp, +Thảo luận nhóm Pt : Mô phỏng bằng máy chchiếu -PP thực nghiệm; quan sát,phân tích. - So sánh – thảo luận →Rút ra KL - Mơ phỏng TN1 bằng máy chiếu
+ Tìm mối quan hệ giữa chiều của IC (chiều của eC) và chiều biến thiên Ф qua mạch kín:
Chọn chiều (+)của mạch phù hợp,chọn chiều pháp tuyến dương để tính từ thơng. Chuyển hóa năng lượng trong HT CƯĐT.
ĐL Fa-ra-đây : Độ lớn của SĐĐCỨ xuất hiện trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thơng qua mạch kín đó. BT : . ec = -
t
- Nếu Ф tăng thì eC < 0 : Chiều của ec ( và do đó là chiều Ic ) ngược với chiều của mạch. - Nếu Ф giảm thì ec > 0 : chiều của ec ( và do đó là chiều Ic ) cùng vói chiều của mạch.
- Chiều của E nguồn là chiều xuyên qua nguồn , từ cực âm đến cực dương của nguồn. - Bản chất của hiện tượng CƯĐT là q trình chuyển hóa cơ năng thành điện năng.
TN1:GV :thay đổi tốc độ dịch chuyển NC so với vòng dây.
TN 2: GV : Thay đổi dòng điên qua NC bằng cách đóng ngắt dịng điện. .
HS : Quan sát số chỉ của ampe kế xem khi
IV– TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC :
Hoạt động 1 : Kiểm tra kiến thức cũ và nhận thức vấn đề mới.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS
O. Suất điện động của nguồn điện là gì ? O. Phát biểu các định nghĩa về :
- Dòng điện cảm ứng . - Hiện tượng CƯĐT
- Xác nhận ý kiến đúng.
► Như ta biết : Khi có sự biến thiên từ thơng qua mặt giới hạn bởi một mạch điện kín, trong mạch xuất hiện dịng điện cảm ứng. Vậy phải có suất điện động để tạo ra dòng điện cảm ứng đó, ta gọi là SĐĐCỨ. Vậy SĐĐCỨ có đặc điểm như thế nào ? đó chính là nội dung của bài học hôm nay.
◘ Nhớ lại kiến thức đã học trả lời. ♦ SĐĐ của nguồn điện đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện và được đo bằng công của lực lạ khi dịch chuyển một đơn vị điện tích dương ngược chiều điện trường bên trong nguồn điện qua mạch kín ( C) biến thiên.
♦ DĐCỨ là dòng điện sinh ra trong một mạch kín khi Ф qua mạch kín (C) biến thiên. ♦ Hiện tượng CƯĐT là hiện tượng mỗi khi Ф qua mạch kín ( C) biến thiên thì trong mạch kín xuất hiện IC. Hiện tượng CƯĐT chỉ tồn tại trong khoảng thời gian Ф biến thiên.
◘ Cá nhân ghi nhớ và nhận thức vấn đề cần nghiên cứu.
Hoạt động 2 : Tìm hiểu khái niệm SĐĐCỨ. (Hoạt động cá nhân) O. Yêu cầu HS đọc SGK mục I.1 và
phát biểu định nghĩa SDĐ cảm ứng ? - Cá nhân hoàn thành C1 ?
* Trong các sơ đồ mạch điện, nguồn điện một chiều được ký hiệu như hình vẽ (a), ngồi ra cịn được kí hiệu như các hình (b), (c), (d) của hình 2.9( SGK).Chiều mũi tên chỉ chiều suất điện động của nguồn.
◘ Phát biểu định nghĩa.
◘ Ghi bài hoặc đánh dấu trong SGK ◘ Cá nhân làm việc.Trả lời
C1 : b) UAB = E c) UAB = - E
d) UAB = E – ri e) ΔA = E iΔt
Bài 24 : SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG
I - SĐĐCỨ trong mạch kín
1. Định nghĩa : SĐĐCỨ là suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch kín.
Hoạt động 3 : Xây dựng định luật Fa- ra –đây ( Thảo luận chung) O. Vấn đề cần nghiên cứu : Độ lớn của
SĐĐCƯ trong mạch phụ thuộc vào những yếu tố nào và phụ thuộc như thế nào vào các yếu tố đó ?
► Để kiểm tra dự đoán này chúng ta tiến hành lại TN 1 của bài trước gồm KD nối với điện kế tạo thành mạch điện kín, một NC thẳng. Khi có sự chuyển động tương đối giữa NC và KD thì trong KD xuất hiện dịng điện cảm ứng.
O. Để cho từ thông qua KD biến thiên nhanh hay chậm chúng ta làm như thế nào?
- GV tiến hành TN 1:
* Cố định KD di chuyển cực bắc của NC lại gần hoặc ra KD với tốc độ khác nhau.
(động tác TN phải dứt khốt )
O. Có nhận xét gì về mối quan hệ giữa tốc
độ dịch chuyển NC, góc lệch của kim điện kế và cường độ dòng điện cảm ứng ?
O. Vậy độ lớn SĐĐCỨ có quan hệ như
thế nào đối với sự biến thiên của từ thơng qua mạch kín?
◘ Đưa ra dự doán : Phụ thuộc vào sự biến thiên từ thơng.
Hình 2.10
◘ HS quan sát GV làm TN ( có diều kiện thì các nhóm tự tiến hành theo hướng dẫn của GV).
◘.HS quan sát và đưa ra nhận xét : Khi NC di chuyển chậm thì kim điện kế
lệch một góc nhỏ, khi NC di chuyển nhanh thì kim diện kế lệch một góc lớn, dịng điện cảm ứng có cường độ lớn. NC không di chuyển thì kim điện kế khơng bị lệch.
• Độ lớn của SĐĐ cảm ứng phụ thuộc vào tốc độ biến thiên của từ thông qua KD, tốc độ lớn thì SĐĐ
* GV tiến hành TN 2 : với bộ TN thực
hành CƯĐT: KD đặt trong NC điện. Đóng, ngắt mạch điện (và do đó tăng, giảm cường độ dòng điện qua NC), quan sát góc lệch kim điện kế, nhận xét?
O. Qua hai TN trên các em hãy cho biết độ
lớn của SĐĐCỨ phụ thuộc vào yếu tố nào? - Xác nhận kiến thức đúng.
- Cho HS quan sát phần mềm mô phỏng TN 1và 2.
O. Giả sử trong khoảng thời gian ∆t, từ
thông qua (C) biến thiên một lượng ∆Ф thì đại lượng
t
cho ta biết điều gì?
* Các TN định lượng chính xác đã rút ra biểu thức về mối quan hệ giữa tốc độ biến thiên từ thông và SĐĐ cảm ứng( ký hiệu eC) xuất hiện trong (C) như sau :
eC = -
t
(24.1)
Nếu chỉ xét độ lớn của eC ( khơng kể dấu) thì : eC =
t
(24.2)
O. Hãy phát biểu thành lời nội dung của biểu thức trên.
* Phát biểu trên chính là định luật Fa-ra-
đây, một định luật cơ bản của hiện tượng CƯĐT.
cảm ứng lớn và ngược lại.
◘.HS quan sát TN, rút ra nhận xét . • Khi dịng điện qua NC tăng lên → kim lệch nhiều hơn, khi dòng điện giảm→ kim điện kế lệch ít hơn
◘. Thảo luận nhóm, đại diện trả lời. Độ lớn của SĐĐCỨ phụ thuộc vào tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch.
◘ Quan sát để thấy rõ độ lớn của
SĐĐCỨ phụ thuộc vào tốc độ biến
thiên của từ thông.
◘. Thảo luận nhóm. Cá nhân trả lời : Cho biết sự biến thiên nhanh hay chậm của từ thông tức là biểu diễn tốc độ biến thiên của từ thông qua (C).
- Độ lớn của SĐĐCỨ xuất hiện trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thơng qua mạch đó. ◘ Cá nhân tiếp thu, ghi nhớ.
- Lưu ý HS dấu ( - ) xuất hiện trong biểu thức(24.1) là để phù hợp với định luật Len-xơ chúng ta sẽ xét cụ thể ở phần sau..
* Yêu cầu HS hoàn thành C2 và nghiệm lại rằng trong công thức (24.2), hai vế hai vế đều có cùng đơn vị .
◘ Cá nhân hoàn thành C2.
Trong (24.2): eC đo bằng Vôn (V), ∆Ф đo bằng vêbe (Wb); Δt đo bằng giây(s) ta có: - Vế thứ nhất là SĐĐ: đơn vị Vôn (V) - Vế thứ 2: 2 2 W . b Tm N m s = s = Am s = As J J V C = = ( đpcm)
2. Định luật Fa –ra – đây :
- Độ lớn của SĐĐCỨ xuất hiện trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên từ thơng qua mạch kín đó.
- Cơng thức tính giá trị của SĐĐCỨ : eC =
t
Hoạt động 4 : Tìm hiểu mối quan hệ giữa SĐĐCỨ và định luật Len-xơ.( Hoạt
động cá nhân)
O. Chiều của SĐĐ cảm ứng eC (chính là
chiều của IC) có chiều như thế nào ? Giải thích ?
- Yêu cầu HS tự đọc SGK để tìm mối quan hệ giữa SĐĐ cảm ứng và định luật Len-xơ, chính là mối quan hệ giữa SĐĐCỨ với chiều
biến thiên của từ thơng qua mạch kín đó.
GV hướng dẫn HS :
Trước hết ta phải chọn chiều của mạch (C) phù hợp với chiều đường sức của NC qua (C) theo quy tắc nắm bàn tay phải và chọn chiều pháp tuyến dương để tính từ
◘.Cá nhân suy nghĩ trả lời.
- Vì chiều của DĐCƯ phụ thuộc vào chiều biến thiên của từ thông (Theo định luật Len- xơ), mà chiều của dòng điện cảm ứng lại chính là chiều của SĐĐCỨ ◘. HS đọc SGK Hình 2.11 (+) (C) N (
thơng như hình vẽ 2.11
O. Từ hình vẽ hãy xác định chiều của eC (
do đó là chiều của IC) trong các trường hợp: + Khi từ thông qua mạch tăng (Khi đưa NC lại gần (C)).
+ Khi từ thông qua mạch giảm (Khi đưa NC ra xa (C)).
* GV xác nhận kiến thức và bổ sung : kết luận trên mô tả mối quan hệ giữa SĐĐ cảm ứng và định luật Len-xơ.
♦ Vận dụng kiến thức, hoàn thành yêu cầu C3? (chọn chiều + là chiều ngược kim đồng hồ)
+ Nếu Ф tăng thì eC < 0 : chiều của SĐĐ cảm ứng (và do đó là chiều của IC) ngược với chiều của mạch.
+ Nếu Ф giảm thì eC > 0 : chiều của
SĐĐ cảm ứng ( và do đó là chiều của IC) cùng với chiều của mạch.
+ Chiều của E nguồn là chiều xuyên qua nguồn, từ cực âm đến cực dương của nguồn.
◘.Cá nhân làm việc và trả lời : Nếu nhìn từ trên xuống : Hình 24.3) a) IC cùng chiều kim đồng hồ . b) IC ngược chiều kim đồng hồ.
II – Quan hệ giữa SĐĐCỨ và định luật Len- xơ.
- Nếu Ф tăng thì eC < 0 : chiều của SĐĐCỨ ngược với chiều dương của mạch (đã chọn)
Nếu Ф giảm thì eC > 0 : chiều của SĐĐCỨ cùng với chiều dương của mạch (đã chọn)
Hoạt động 5 : Tìm hiểu sự chuyển hóa năng lượng trong hiện tượng CƯĐT.
- Yêu cầu HS tự đọc SGK
O. Bản chất của hiện tượng CƯĐT trên
đây là gì ?
* GV bổ sung: Các định luật về CƯĐT đều có thể lí giải bằng định luật bảo tồn và chuyển hóa năng lượng.
- Cho HS quan sát MH máy phát điện xoay chiều một pha và lưu ý HS cách làm tăng độ lớn của SĐĐ của máy. Nêu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động.
◘ Cá nhân đọc SGK và trả lời câu hỏi .
- Bản chất của hiện tượng CƯĐT trong trường hợp trên là sự chuyển hóa cơ năng thành điện năng.
◘. HS quan sát và liên hệ với kiến thức vừa học.
Hoạt động 6 : Củng cố - vận dụng. O. Phát biểu các định nghĩa :
- SĐĐ cảm ứng ?
- Tốc độ biến thiên từ thơng ? - Hồn thành phiếu học tập số 2 ? -GV gợi ý, xác nhận phương án đúng. Câu 1 : Chọn C Câu 2 : Chọn B Câu 3 : Chọn A Câu 4 : Chọn D : e = C t = B t . S = B t R2 t= 0,628V • Làm bài tập số 3,4 SGK tại lớp.
O. Nêu các phương án giải bài toán ?
- GV định hướng phương án đúng.
- Cá nhân suy nghĩ trả lời.