CHƢƠNG 1 : CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI
2.5. Thiết kế dạy học theo chủ đề chủ đề “Cảm ứng điện từ”
2.5.4. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức
2.5.4.1. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức “Hiện tượng cảm ứng điện từ”
Sơ đồ 2.2. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức “Hiện tượng cảm ứng điện từ”
- Điều kiện xuất hiện dịng điện cảm ứng trong một cuộn dây kín: Số đƣờng sức từ xuyên qua tiết diện S của cuộn dây đó biến thiên
- Tính chất của đƣờng sức từ: Nơi nào cảm ứng từ lớn hơn thì các đƣờng sức từ ở đó đƣợc vẽ mau hơn dày hơn , nơi nào cảm ứng từ nhỏ hơn thì các đƣờng sức từ ở đó vẽ thƣa hơn.
- Máy biến thế gồm hai cuộn dây dẫn có số vịng khác nhau, đặt cách điện với nhau, quấn trên cùng một lõi thép có pha silic, lõi thép gồm các lá thép mỏng ghép cách điện với nhau
Tồn tại xung quanh một cuộn dây mang dịng điện có từ trƣờng, Cảm ứng từ B tỉ lệ với i. Nơi nào cảm ứng từ lớn thì các đƣờng sức đƣợc vẽ mau hơn dày hơn. Từ những thơng tin đó có thể đƣa ra câu trả lời
+ Đèn sáng, khi mắc vào hai đầu cuộn sơ cấp một hiệu điện thế xoay chiều, thì trong cuộn sơ cấp có dịng điện xoay chiều, từ trƣờng do cuộn sơ cấp gây ra sẽ biến thiên, dẫn đến số đƣờng sức từ gửi qua cuộn thứ cấp biến thiên làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn thứ cấp, trong cuộn thứ cấp có dịng điện cảm ứng, làm cho đèn sáng
+ Số đƣờng sức từ từ thông gửi qua tiết diện của cuộn thứ cấp biến thiên do đó ở cuộn thứ cấp sẽ tồn tại dòng điện cảm ứng Nếu cuộn thứ cấp đƣợc mắc với tải tiêu thụ . Hiện tƣợng xuất hiện dòng điện cảm ứng gọi là hiện tƣợng cảm ứng điện từ
Nếu đặt vào hai đầu của cuộn sơ cấp một hiệu điện thế xoay chiều thì bóng đèn mắc ở hai đầu cuộn thứ cấp có sáng khơng? Tại sao?
2.5.4.2. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức: “Các định luật về dòng điện cảm ứng”
Sơ đồ 2.3. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức “Các định luật về dòng điện cảm ứng”
- Khi đặt vào hai đầu cuộn sơ cấp của máy biến thế một dòng điện xoay chiều, thì ở cuộn thứ cấp cũng tồn tại dịng điện xoay chiều, tức là khi có sự biến thiên từ thông tăng hay giảm thì chiều dịng trong mạch thay đổi thay đổi.
Vậy chiều của dòng điện và độ lớn của cường độ dòng điện với sự biến thiên và tốc độ biến thiên của từ thơng có mối liên hệ mang tính quy luật nào khơng ?
Xét một cuộn dây, hai đầu của cuộn dây đƣợc nối với một điện kế. Đặt cuộn dây trong từ trƣờng của một nam châm thẳng. Ta làm biến đổi từ thông qua mạch điện bằng cách đƣa nam châm tiến lại gần, hoặc ra xa cuộn dây, với các tốc độ khác nhau và ghi lại các kết quả.
- Dịng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trƣờng do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó.
- Độ lớn của cƣờng độ dịng điện cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ thuận với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch, suy ra độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch
c
e = t
TN1: Cho nam châm tiến ra xa vòng dây tăng chiều và cƣờng độ là i1; TN2: Cho nam châm tiến ra xa vòng dây nhƣng với tốc độ nhanh hơn chiều dịng điện có độ lớn là i2
TN3: Cho nam châm tiến gần lại vòng dây tăng chiều và cƣờng độ là i3; TN4: Cho nam châm tiến gần lại vòng dây nhƣng với tốc độ nhanh hơn chiều dịng điện có độ lớn là i4
2.5.4.3. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức: “Suất điện động trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường”
Sơ đồ 2.4. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức “Suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường”
- Dựa vào định luật Len –xơ, và định luật Fa-ra –đây xác định chiều của dòng điện cảm ứng, và độ lớn của suất điện động.
- Dựa vào thí nghiệm xác định chiều của dòng điện cảm ứng sinh ra trong mạch điện kín.
TN: Bố trí TN nhƣ hình vẽ, quan sát số chỉ của điện kế G, chiều lệch của điện kế G trong các trƣờng hợp thanh dây dẫn chuyển động theo các hƣớng khác nhau và với tốc độ khác nhau để đƣa ra kết luận về chiều và độ lớn về dòng điện cảm ứng trong mạch
-Suất điện động cảm ứng sinh ra trong thanh dây dẫn chuyển động cắt các đƣờng sức từ có độ lớn e Bv sinl . Để xác định cực dƣơng, cực âm của nguồn điện ta dùng quy tắc bàn tay phải.
Mơ tả thí nghiệm nhƣ hình vẽ:
Cho một thanh kim loại MN chuyển động cắt các đƣờng sức từ.
Hãy dự đốn xem trong khung dây kín có xuất hiện dịng điện cảm ứng khơng? Nếu có hãy dự đốn chiều của dịng điện cảm ứng; độ lớn cường độ và từ đó đưa ra biểu độ lớn
của suất điện động cảm ứng ?
- Theo định luật Len –xơ thì dịng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trƣờng do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó. Từ đó ta xác định đƣợc chiều của dòng điện cảm ứng.
- Sau một khoảng thời gian t thanh kim loại chuyển động đƣợc một đoạn v.ttừ thông gửi qua mạch sẽ biến thiên một lƣợng
B v t sin l
Theo định luậ Fa-ra –đây độ lớn của sut điện động cảm ứng là e Bv sinl N M v r B ur
2.5.4.4. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức: “Hiện tượng tự cảm”
Sơ đồ 2.5. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức“Hiện tượng tự cảm ”
- Tồn tại xung quanh dịng điện có từ trƣờng Độ lớn cảm ứng từ tại một điện trong từ trƣờng do dòng điện gây ra tỉ lệ với cƣờng động dòng điện B~i)
- Một dòng điện biến thiên sinh ra xung quanh nó từ trƣờng biến thiên.
Trong thời gian dịng điện biến thiên thì trong mạch có sinh ra dịng điện cảm ứng khơng ? Vì sao?
Giả thuyết: Trong thời gian dịng điện biến thiên thì trong mạch có sinh ra dịng điện cảm ứng.
Hệ quả:Nếu đóng hoặc ngắt khóa K của mạch điện thì cƣờng độ dịng điện trong mạch thay đổi suy ra trong mạch điện xuất hiện ic
- Đóng khóa K: i tăng suy ra ic ngƣợc chiều với i - Ngắt khóa K: i giảm suy ra ic cùng chiều với i
Thí nghiệm kiểm chứng tính đúng đắn của các hệ quả giả thuyết
Bố trí thí nghiệm đóng, ngắt khóa K của mạch điện nhƣ hình vẽ
- Ở TN đóng khóa K: Trong khoảng thời gian đóng khóa K thì đèn 1 sáng bừng lên ngay, cịn đén 2 sáng lên từ từ
- Ở TN ngắt khóa K: Bóng đèn khơng tắt ngay mà lóe sáng lên rồi mới tắt
Hiện tƣợng cảm ứng điện từ trong một mạch điện do chính sự biến đổi dịng điện trong mạch đó gây ra gọi là hiện tƣợng tự cảm
2.5.4.5. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức“Suất điện động tự cảm”
Sơ đồ 2.6. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức “Suất điện động tự cảm”
- Tồn tại xung quanh dịng điện có từ trƣờng Độ lớn cảm ứng từ tại một điện trong từ trƣờng do dòng điện gây ra tỉ lệ với cƣờng động dịng điện B~i)
- Từ thơng qua diện tích của mạch tỉ lệ với từ trƣờng do dòng điện sinh ra
- Từ mối quan hệ giữa từ thông qua mạch điện với từ trƣờng, và định luật Fa-ra- đây về cảm ứng điện từ ta có thể tìm ra câu trả lời
- Độ lớn cảm ứng từ tại một điện trong từ trƣờng do dòng điện gây ra tỉ lệ với cƣờng động dòng điện B~i
- Từ thơng gửi qua mạch điện kín tỉ lệ với từ trƣờng do dịng điện trong mạch đó tạo ra từ đó ta có thể đƣa ra kết luận là từ thông qua mạch tỉ lệ với cƣờng độ dịng điện ~ i ; hay có thể viết thành Livới L là hệ số tự cảm của mạch điện - Áp dụng định luật Fa-ra-đây ta có tc i e L t t
Suất điện động tự cảm đƣợc xác định bằng biểu thức etc L i t
Từ thơng qua mạch kín có phụ thuộc vào cường độ dịng điện khơng? Suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch kín phụ thuộc vào yếu tố nào?
2.5.4.6. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức: “Dịng điện Fu-cơ”
Sơ đồ 2.7. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức “Dịng điện Fu-cơ”
- Khi từ thông gửi qua tiết diện S đƣợc giới hạn bởi một mạch điện kín biến thiên, thì trong mạch điện xuất hiện dịng điện cảm ứng. Dịng cảm ứng có chiều sao cho từ trƣờng mà nó sinh ra chống lại nguyên nhân gây ra nó
Khi từ thông gửi qua
tiết diện S được giới hạn bởi một mạch điện kín thì trong mạch xuất hiện dịng điện cảm ứng, vật nếu một khối vật dẫn đặt trong từ trường biến thiên hoặc chuyển động trong từ trường thì trong khối vật dẫn đó có dịng điện khơng? Nếu có thì đặc điểm của nó ra sao?
- Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khối vật dẫn đặt trong từ biến thiên, hay chuyển động trong từ trƣờng đó là dịng Fu-cơ
- Dịng điện Fu- cơ là dịng điện xốy - Gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt Jun – Len-xơ
- Gây lực hãm điện từ lên khối vật dẫn chuyển động trong từ trƣờng TN1: Con lắc gồm một tấm nhôm gắn với thanh T đặt dao động tắt khá nhanh khi đặt trong từ trƣờng.
TN2: Nếu tấm nhôm bị xẻ rãnh cắt ngang chiều dịng điện cảm ứng thì con lắc dao động lâu hơn trong từ trƣờng
TN3: Khối kim loại đặt trong từ trƣờng biến thiên của nam châm điện, nhiệt độ của khối kim loại tăng lên nhiều khoảng 150
)
- Tấm nhôm dao động trong khơng khí, và tấm nhơm dao động trong từ trƣờng với cùng một cách kích thích, nếu trong tấm nhơm dao động trong từ trƣờng xuất hiện dòng điện cảm ứng thì dao động của nó sẽ tắt nhanh hơn dao động của tấm nhơm trong khơng khí.
- Khối vật dẫn đặt trong từ trƣờng biến thiên của nam châm điện nếu trong khối vật dẫn xuất hiện dòng điện cảm ứng, thì khối vật dẫn sẽ nóng lên do hiệu ứng Jun- Len-xơ.