Chương 5. THIẾT KẾ MỘT SỐ BÀI HỌC CHƯƠNG 4. TỪ TRƯỜNG, VẬT LÝ 11 NÂNG CAO
5.2. Thiết kế giáo án một số bài học trong chương 4 Từ trường
5.2.5. Bài 33: Khung dây có dòng điện đặt trong từ trường
Bài 33. KHUNG DÂY CÓ DÒNG ĐIỆN ĐẶT TRONG TỪ TRƯỜNG I. Mục tiêu
1. Kiến thức
-Trình bày được lực từ tác dụng lên khung dây mang dòng điện.
-Thành lập được công thức xác định mômen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây trong trường hợp đường sức từ song song với mặt phẳng khung dây.
-Trình bày được nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của động cơ điện một chiều và của điện kế khung quay.
2. Kĩ năng
-Vận dụng được công thức xác định mômen ngẫu lực.
II. Chuẩn bị 1. Giáo viên
-Dụng cụ để tiến hành thí nghiệm hình 33.1 SGK.
Phiếu học tập P1. Chọn câu sai.
Mômen của ngẫu lực tác dụng lên khung dây có dòng điện đặt trong từ trường đều A. Tỉ lệ với diện tích của khung.
B. Có giá trị lớn nhất khi mặt phẳng khung vuông góc với đường sức từ.
C. Phụ thuộc vào cường độ dòng điện trong khung.
D. Tỉ lệ với cảm ứng từ.
P2. Khung dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường đều không chịu tác dụng của ngẫu lực từ khi.
A. Mặt phẳng khung dây vuông góc với đường sức từ.
B. Mặt phẳng khung dây song song với đường sức từ.
C. Mặt phẳng khung dây hợp với đường sức từ một góc 0 < 𝛼 < 900. D. Mặt phẳng khung dây ở vị trí bất kỳ.
P3. Đặt một khung dây dẫn hình chữ nhật có dòng điện chạy qua trong từ trường sao cho mặt phẳng khung dây vuông góc với các đường sức từ. Lực từ tác dụng lên khung dây có tác dụng gì?
A. Lực từ làm giản khung dây.
B. Lực từ làm khung dây quay.
C. Lực từ làm khung dây bị nén lại.
D. Lực từ không tác dụng lên khung dây.
-Đáp án phiếu trắc nghiệm: P1 (B); P2 (A); P3 (C).
2. Học sinh
-Ôn lại những kiến thức về ngẫu lực và động cơ điện một chiều ở lớp 9 và lớp 10.
III. Thiết kế tiến trình xây dựng kiến thức bài học:
Các cơ hội góp phần kích thích hứng thú học tập của HS:
-Cơ hội 1: Dựa vào sự tương tác của hai DĐ song song đặt cách nhau d đưa ra dự đoán về hiện tượng khung dây có DĐ đặt trong từ trường. Đây chính là sự giáo dục kích thích hứng thú học tập của HS.
-Cơ hội 2: Vận dụng kiến thức đã biết về cảm ứng từ, quy tắc bàn tay trái, kết hợp với TN, thảo luận nhóm ⇒ momen ngẫu lực. Thể hiện sự giáo dục kích thích hứng
Thí nghiệm:
Khung dây đặt trong từ trường
𝑀 = 𝐼𝐵𝑆𝑠𝑖𝑛𝜃
Khung dây đặt trong từ trường.
-Lực từ tác dụng lên khung dây có DĐ.
-Mômen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây có DĐ.
Động cơ điện một chiều.
- Cấu tạo.
- Hoạt động.
Điện kế khung quay.
- Cấu tạo.
- Hoạt động.
Bài tập vận dụng
IV. Tổ chức hoạt động dạy học
Hoạt động 1: Ổn định lớp, kiểm tra bài cũ và giới thiệu bài mới
Hoạt động của HS Hướng dẫn của GV
HS trả lời câu hỏi của GV.
Thảo luận theo bàn và nhắc lại hiện tượng theo yêu cầu của GV:
+ Hút nhau nếu hai DĐ cùng chiều, đẩy nhau nếu hai DĐ ngược chiều.
Trả lời câu hỏi của GV:
(Các phương án trả lời có thể là:
+ Khung dây quay
+ Khung dây không quay + Khung dây chuyển động)
Kiểm tra bài cũ:
Nêu định nghĩa lực Lo-ren-xơ.
Xác định phương, chiều và độ lớn của lực Lo-ren-xơ.
Giới thiệu bài mới:
-GV đặt vấn đề vào bài mới:
Yêu cầu HS thảo luận theo bàn nhắc lại hiện tượng xảy ra khi hai dòng điện song song đặt cách nhau một khoảng d.
Vậy, một khung dây có dòng điện được đặt trong từ trường thì hiện tượng gì sẽ xảy ra?
Chúng ta sẽ trả lời những câu hỏi này trong bài học hôm nay:
Bài 33. KHUNG DÂY CÓ DÒNG ĐIỆN ĐẶT TRONG TỪ TRƯỜNG
Hoạt động 2: Tìm hiểu khung dây mang dòng điện đặt trong từ trường
Hoạt động của HS Hướng dẫn của GV
Quan sát thí nghiệm và rút ra nhận xét: Khi khung chưa có dòng điện thì đứng yên, khi có dòng điện ta thấy khung dây quay.
GV tiến hành thí nghiệm như hình 33.1, yêu cầu HS quan sát và nhận xét theo định hướng sau: hiện tượng gì xảy ra khi đặt khung dây trong từ trường đều khi khung dây có dòng điện và khi khung dây không có dòng điện?
Hướng dẫn HS khảo sát lực từ tác dụng lên dòng điện của khung trong
?
?
Xác định: bằng 0 vì các cạnh đó song song với các đường sức từ.
Xác định bằng quy tắc bàn tay trái:
+ 𝐹 , 𝐹𝐴𝐷 𝐵𝐶 cùng phương, đều vuông góc với mặt phẳng khung,𝐹 𝐴𝐷 hướng ra phía trước, 𝐹 𝐵𝐶hướng ra phía sau mặt phẳng hình vẽ (như hình), độ lớn bằng nhau.
+ Hợp thành một ngẫu lực, làm cho khung quay.
Làm theo các yêu cầu của GV.
Thảo luận trả lời C1, C2.
+ 𝐹𝐵𝐶 = 𝐹𝐴𝐷 = 𝐼𝐵𝑙
a) Đường sức từ nằm trong mặt phẳng khung (hình 33.2)
DĐ trong khung có chiều ABCD như hình vẽ.
+ Yêu cầu HS xác định lực từ tác dụng lên cạnh AB, CD?
+ Yêu cầu HS xác định lực từ tác dụng lên hai cạnh AD, BC?
+ 𝐹 , 𝐹𝐴𝐷 𝐵𝐶 hợp thành cặp lực gì?
Nói thêm cho HS, nếu từ trường không đều thì lực từ tác dụng lên khung làm quay khung dây và làm cho khung dây chuyển động về phía từ trường mạnh. Trường hợp đường sức không nằm trong mặt phẳng khung lực từ cũng làm khung quay.
b) Đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung
Tiến hành tương tự để đưa HS đi đến kết quả là lực từ tác dụng lên các cạnh đối diện của khung cùng phương, ngược chiều và có độ lớnbằng nhau nên các lực này không làm quay khung.
Yêu cầu HS thảo luận trả lời C1, C2.
Hướng dẫn HS thành lập biểu thức xác định mômen ngẫu lực từ. Xét trường hợp mặt phẳng khung song song vói đường sức từ như hình 33.2:
+ Yêu cầu HS viết các biểu thức
+ 𝑀 = 𝐹𝐵𝐶. 𝑑 = 𝐼𝐵𝑙𝑑 + 𝑙𝑑 = 𝑆 𝑛ê𝑛 𝑀 = 𝐼𝐵𝑆 Trong đó:
+ B: cảm ứng từ
+ I: cường độ dòng điện + 𝑙: chiều dài cạnh BC và AD + M: momen ngẫu lực từ
+ S: diện tích giới hạn của khung.
theo định luật Ampe?
+ Biểu thức mômen của ngẫu lực M tác dụng lên khung được viết như thế nào?
+ Gọi S là diện tích mặt phẳng giới hạn của khung, viết ngẫu lực M theo S?
Cho HS biết: Trong trường hợp các đường sức từ không nằm trong mặt phẳng của khung, người ta đã chứng minh được 𝑀 = 𝐼𝐵𝑆𝑠𝑖𝑛𝜃; 𝜃 là góc hợp bởi 𝐵 và 𝑛
Hoạt động 3: Tìm hiểu động cơ điện một chiều
Hoạt động của HS Hướng dẫn của GV
Nghiên cứu SGK nêu cấu tạo theo yêu cầu của GV, các HS khác bổ sung.
Ngẫu lực từ tác dụng lên khung làm khung quay.
Làm cho mỗi khi mặt phẳng khung vuông góc với đường sức từ thì dòng điện trong khung đổi chiều. Do vậy, khung quay liên tục.
Khung quay liên tục được.
Yêu cầu HS nghiên cứu SGK nêu cấu tạo của động cơ điện một chiều (HS đã được học ở lớp 9)
Bổ sung hoàn chỉnh phát biểu của HS.
- Yêu cầu HS nghiên cứu SGK trả lời các câu hỏi tìm hiểu về hoạt động của động cơ điện một chiều sau:
Khi có dòng điện qua khung dây, lực từ có tác dụng gì đối với khung?
Bộ phóng điện gồm hai bán khuyên và hai chổi quét có tác dụng gì?
Không có bộ phóng điện khung có quay liên tục được hay không?
Dòng điện trong khung đổi chiều nhưng dòng điện từ phần đưa vào khung
?
?
cơ điện một chiều.
Hoạt động 4: Tìm hiểu điện kế khung quay
Hoạt động của HS Hướng dẫn của GV
Chú ý theo dõi
- HS suy nghĩ, nghiên cứu SGK và trả lời câu hỏi:
Ngẫu lực từ làm khung quay lệch khỏi vị trí ban đầu.
Khi momen cản của lò xo cân bằng với momen lực từ khi khung dừng lại.
Khi khung cân bằng thì góc lệch khỏi vị trí ban đầu tỉ lệ với cường độ dòng điện chạy trong khung.
GV giới thiệu cho HS cấu tạo của điện kế khung quay thông qua tranh vẽ phóng to, nói rõ tác dụng của lõi sắt và lò xo.
-GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK trả lời các câu hỏi tìm hiểu về hoạt động của điện kế khung quay sau:
Khi cho dòng điện vào khung thì lực từ tác dụng như thế nào đối với khung?
Đến khi nào thì khung bị dừng lại?
Để biến điện kế thành ampe kế hay vôn kế người ta mắc thêm sơn hay điện trở phụ?
Hoạt động 5: Củng cố, vận dụng và giao nhiệm về nhà
Hoạt động của HS Hướng dẫn của GV
HS trả lời theo yêu cầu của GV
Ghi bài tập về nhà.
Yêu cầu HS trả lời các câu hỏi cuối bài và câu trắc nghiệm 1,2 phần bài tập.
Giao bài tập về nhà 3,4/171
Rút kinh nghiệm
………
………
………
?
?
?