3.5.1.1. Độ lớn suất điện động cảm ứng của một mạch kín (khung dây) chuyển động trong từ trờng.
* Kiểm tra chuẩn bị điều kiện xuất phát:
Để đảm bảo điều kiện xuất phát cho HS , GV kiểm tra bài cũ:
O. Điều kiện xuất hiện suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trờng? Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trờng?
∇. HS trả lời: - Khi một đoạn dây dẫn chuyển động cắt ngang các đờng sức từ thì trong đoạn dây có suất điện động cảm ứng.
- Có độ lớn tỉ lệ với tốc độ cắt từ thông qua diện tích quét bởi đoạn dây, tức là tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trờng.
(BS cos ) e t t ∆ α ∆φ = = ∆ ∆
O. Phát biểu quy tắc xác định chiều của dòng điện cảm ứng của đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trờng?
∇. HS: Quy tắc bàn tay phải: Đặt bàn tay phải hứng các đờng sức từ, ngón cái choãi ra 900 hớng theo chiều chuyển động của đoạn dây, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chỉ chiều của dòng điện cảm ứng chạy trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trờng (đó là chiều từ cực âm sang cực dơng của nguồn), và cho ta biết chiều của dòng điện chạy trong mạch kín nếu nối hai đầu đoạn dây tạo thành mạch kín.
*Đặt vấn đề vào bài:
- ở bài trớc ta đã biết, suất điện động cảm ứng trong mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trờng có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trờng. Điều đó cũng có nghĩa là dòng điện cảm ứng đợc sinh ra trong mạch kín này khi có sự biến thiên của từ thông. Vậy, chiều của dòng điện cảm ứng trong mạch kín này có quan hệ nh thế nào với sự biến thiên của từ thông? và nếu có một khung dây (mạch kín) chuyển động trong từ trờng thì độ lớn của suất điện động trong mạch kín đó đợc tính nh thế nào? Để trả lời câu hỏi này chúng ta đi nghiên cứu bài mới:"Độ lớn suất điện động cảm ứng của một mạch kín (khung dây) chuyển động trong từ trờng".
* Giải quyết nhiệm vụ bài học
1. Mối liên hệ giữa chiều của dòng điện cảm ứng trong mạch kín khi một
đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trờng với sự biến thiên từ thông
* Đề xuất vấn đề
Chiều của dòng điện cảm ứng trong mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trờng có quan hệ thế nào với sự tăng hoặc giảm từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín?
* Giải quyết vấn đề
O. Để trả lời đợc câu hỏi này thì giải pháp của chúng ta là nh thế nào?
∇. HS: Không trả lời đợc.
GV đa ra gợi ý để HS có thể tham gia đề xuất giải pháp
O. Chiều của dòng điện cảm ứng trong mạch kín khi một đoạn của mạch
kín chuyển động trong từ trờng có quan hệ thế nào với sự tăng hoặc giảm
từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín?
∇. HS trả lời đợc: Ta có thể dựa vào xét dấu của ∆φ khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trờng tơng ứng với chiều của dòng điện cảm ứng tuân theo quy tắc bàn tay phải để rút ra nhận xét.
◊. Vậy giải pháp là: Xét dấu của ∆φ khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trờng tơng ứng với chiều của dòng điện cảm ứng tuân theo quy tắc bàn tay phải để rút ra nhận xét về quan hệ của chiều dòng điện với dấu của ∆φ.
O. Với giải pháp đã có bây giờ ta thực hiện nó nh thế nào?
HS cha có phản ứng gì, khi đó GV định hớng suy nghĩ của HS bằng câu hỏi:
O. Hãy xác định dấu của ∆φ khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trờng? (hình vẽ)
HS cha đa ra đợc câu trả lời, GV gợi ý tiếp:
O. φ >0 hay φ <0 phụ thuộc vào đâu? Do đó
để xét dấu của ∆φ bớc đầu tiên ta phải làm gì? G (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
vr M N I l B ur
∇. Đợc gợi ý này, HS đã đa ra đợc câu trả lời: Chọn chiều của nr trùng với chiều của Bur làm chiều dơng. Khi đó φ > φ1 2 vì S1> S2 → ∆φ = φ − φ <2 2 0 ( tức là từ thông giảm).
GV đặt câu hỏi tiếp:
O. Hãy xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong đoạn dây dẫn MN chuyển động trong từ trờng, từ đó suy ra chiều dòng điện cảm ứng trong mạch kín?
∇. HS trả lời đợc: Chiều của dòng điện cảm ứng trong đoạn dây dẫn MN chuyển động trong từ trờng có chiều từ M đến N. Từ đó suy ra nếu nối đoạn dây dẫn này bằng một dây dẫn tạo thành mạch kín thì dòng điện cảm ứng trong mạch kín có chiều từ N đến M.
GV tiếp tục đặt câu hỏi:
O. Hãy xác định độ biến thiên từ thông của dòng điện cảm ứng trong mạch kín này?
∇. HS trả lời đợc: Dùng quy tắc nắm tay phải ta suy ra ' B
ur
cùng chiều với nr
nên φ >' 0 . Do đó ' ' '
0 0
∆φ = φ − φ = φ > (từ thông tăng). (φ0=0 vì khi cha có
dòng cảm ứng thì từ thông ban đầu (φ0) bằng không).
O. Vậy, từ kết quả trên em có nhận xét gì? HS cha có câu trả lời, GV gợi ý tiếp:
O. Hãy so sánh dấu của ∆φ' và ∆φ?
∇. Khi đó HS trả lời đợc: ∆φ' trái dấu với ∆φ.
GVđặt câu hỏi tiếp:
O. Vậy chiều của dòng điện cảm ứng trong mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trờng có quan hệ thế nào với sự tăng hoặc giảm từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín?
Với câu hỏi này nhiều HS trả lời đợc:
∇. HS trả lời: Dòng điện cảm ứng trong một mạch kín phải có chiều sao cho từ trờng mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên của từ thông đã sinh ra nó.
GV: Đó cũng chính là nội dung của định luật Len- xơ
2. Độ lớn suất điện động cảm ứng của một mạch kín (khung dây) chuyển động trong từ trờng.
*Đề xuất vấn đề:
Để thực hiện đợc mục tiêu HS tham gia đề xuất vấn đề cần nghiên cứu, GV cho HS làm bài tâp sau:
◊. Các em hãy làm bài tập sau:
Viết công thức tính suất điện động cảm ứng trong một mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trờng?
Hầu hết các em đều trả lời đợc câu hỏi này.
∇. HS: e t
∆φ = (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
∆ , trong đó S là diện tích giới hạn bởi mạch kín.
◊. Thay đoạn dây dẫn trên bằng một khung dây (mạch kín) chuyển động với vận tốc vr trong mặt phẳng có nr hợp với Bur một góc α. Hãy tính suất điện động cảm ứng trong khung dây (mạch kín) này?
∇. HS: Không thể tính đợc suất điện động trong khung dây này.
O. Tại sao không tính đợc suất điện động cảm ứng trong khung dây này. Để tính đợc suất điện động trong khung dây này thì trớc tiên ta phải làm gì?
Với câu hỏi này một số HS trả lời là:
∇. HS: Vì không biết khung dây này có dạng thế nào. Để tính đợc suất điện động trong khung dây này thì trớc tiên ta phải biết dạng của khung dây.
◊. Đúng, để tính đợc suất điện động trong khung dây này thì trớc tiên ta phải biết dạng của khung dây.
O. Xét trờng hợp khung dây chuyển động trong từ trờng là nối tiếp của nhiều đoạn mạch thì suất điện động cảm ứng trong khung dây này đợc tính nh thế nào?
∇. HS trả lời: Suất điện động cảm ứng trong khung dây này bằng tổng các suất điện động của từng đoạn mạch ghép thành khung dây.
O. Trờng hợp khung dây chuyển động trong từ trờng có dạng đờng cong bất kỳ, ta phải làm thế nào thì mới áp dụng đợc công thức?
∇. HS trả lời: Chia đờng cong thành nhiều đoạn mạch nhỏ liên tiếp ( mỗi đoạn coi nh một đoạn thẳng), sau đó suất điện động cảm ứng trong khung dây cũng đợc tính nh trờng hợp trên.
O. Vậy để giải bài toán trên trớc tiên ta phải làm gì?
∇. Đợc các gợi ý này HS đã đa ra đợc câu trả lời: Ta phải tính suất điện động của từng đoạn mạch ghép thành mạch kín. Sau đó mới tính đợc suất điện động của toàn mạch kín.
◊. Đúng, để tính đợc suất điện động của toàn mạch kín thì ta phải tính đợc e1, e2,...của từng đoạn mạch ghép thành mạch kín. Vậy vấn đề cần nghiên cứu ở đây là:
Nếu một mạch kín (khung dây) chuyển động với vận tốc vr trong mặt
phẳng có nr hợp với Bur một góc α thì có thể tính suất điện động cảm ứng
trong mạch kín bằng công thức thế nào? * Giải quyết vấn đề:
O. Theo các em thì giải pháp cho vấn đề đặt ra là gì?
∇. HS trả lời đợc (do đã làm bài toán trên): Dựa vào công thức tính suất điện động cảm ứng của một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trờng tính suất điện động cảm ứng của từng đoạn mạch ghép thành mạch kín để rút ra công thức cần tìm.
◊. Đúng, vậy giải pháp là: Coi mạch kín chuyển động trong từ trờng là nối tiếp của nhiều đoạn mạch (nhiều nguồn điện) có các suất điện động cảm ứng tính theo công thức e
t
∆φ =
∆ và tính suất điện động tổng cộng của các nguồn mắc
nối tiếp để rút ra công thức tính suất điện động của cả mạch kín chuyển động trong từ trờng.
Bây giờ ta hãy thực hiện từng bớc giải pháp đó. Trớc hết GV thông báo:
◊. Nếu quy ớc e là số đại số có cùng dấu với dòng điện cảm ứng và quy ớc dòng điện cảm ứng cùng dấu với φ, mà nó tạo ra thì suất điện động cảm ứng xuất hiện trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trờng có giá trị đại số là
e
t
∆φ = −
∆ . (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tiếp theo GV đặt câu hỏi:
O. Hãy tính e1, e2,...của từng đoạn mạch ghép thành mạch kín?
∇. HS trả lời đợc: 1 2 1 2 e , e ... t t ∆φ ∆φ = − = − ∆ ∆
O. Vậy suất điện động cảm ứng của cả mạch kín (khung dây) chuyển động trong từ trờng đợc tính nh thế nào?
∇. HS trả lời đợc: Suất điện động tổng cộng trong mạch kín là:
1 2 1 2 e e e ... ... t t t ∆φ ∆φ ∆φ = + + = − + + + = −ữ ∆ ∆ ∆
O. Vậy ta có thể trả lời cho vấn đề đặt ra nh thức thế nào?
∇. Với câu hỏi này đa số HS đều phát biểu đợc:
Suất điện động cảm ứng trong mạch kín chuyển động trong từ trờng có độ lớn tỷ lệ với tốc độ biến thiên ∆φ của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch
e t ∆φ = − ∆ ; Nếu mạch gồm N vòng dây: e N t ∆φ = − ∆
GV: Đó cũng chính là nội dung của Định luật Fa-ra-đây
3.5.1.2. Sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong mạch kín khi từ thông qua mạch kín biến thiên nói chung. Hiện tợng cảm ứng điện từ.
*Kiểm tra chuẩn bị điều kiện xuất phát
O. Nêu điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng? Phát biểu định luật Len- xơ?
∇. HS:
+ Dòng điện cảm ứng xuất hiện khi có sự biến thiên từ thông qua mạch điện kín.
+ Dòng điện cảm ứng trong mạch kín có chiều sao từ trờng mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên từ thông đã sinh ra nó.
O. Viết biểu thức định nghĩa từ thông?
∇. HS: φ =BS cosα
◊. Chúng ta đã biết: Một khung dây dẫn nằm trong từ trờng biến đổi theo thời gian tơng tự nh một khung dây dẫn nằm trong không gian có một từ trờng không đều chuyển động và do đó cũng tơng tự một khung dây chuyển động trong một từ trờng không đều đứng yên.
Thế thì liệu có phải là khi từ trờng qua một diện tích giới hạn bởi một mạch kín biến thiên theo thời gian thì trong mạch kín cũng xuất hiện suất điện động cảm ứng?
Nếu đúng nh vậy chúng ta cần kiểm tra:
Liệu có thể phát biểu kết luận tổng quát:
- Khi từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín biến thiên thì trong mạch kín xuất hiện suất điện động cảm ứng?
- Dòng điện cảm ứng trong mạch kín có chiều sao cho từ trờng mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên từ thông đã sinh ra nó?
O. Các em hãy đề xuất giải pháp thực nghiệm kiểm tra kết luận trên?
∇. HS cha có ý kiến. GV đa ra câu hỏi gợi ý:
O. Có những cách nào làm từ thông biến thiên?
∇. HS trả lời: Làm Bur thay đổi hoặc làm S thay đổi hoặc làm α thay đổi hoặc cả Bur, S, α thay đổi .
◊. Chúng ta cần nghĩ ra một phơng án thí nghiệm, theo các em phơng án thí nghiệm đó nh thế nào? (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
HS không trả lời đợc GV gợi ý tiếp:
◊. Ta cần nghĩ ra một thí nghiệm có thể làm Bur thay đổi hoặc làm S thay đổi hoặc làm α thay đổi. Nhờ thí nghiệm ấy ta xác định đợc chiều của dòng điện cảm ứng dựa trên quan sát; mặt khác dựa vào định luật Len-xơ và quy tắc nắm tay phải ta xác định đợc chiều dòng điện cảm ứng. Từ đó đối chiếu kết quả suy luận từ các quy tắc và quan sát thí nghiệm để rút ra kết luận.
◊. GV gợi ý tiếp:
- Thí nghiệm đó đợc mô tả nh sau: (GV kết hợp mô tả trên máy chiếu)
B
D C
o
K
Dự đoán hiện tợng xảy ra về sự dịch chuyển của kim điện kế khi không có dòng điện hoặc có dòng điện cảm ứng với chiều tuân theo định luật Lenxơ và làm thí nghiệm ghi nhận kết quả thí nghiệm để đối chiếu với các kết quả có đ- ợc nhờ suy luận dự đoán.
Xét thí nghiệm đợc bố trí nh hình vẽ: Một khung dây nối với điện kế G,
một mạch điện gồm cuộn dây mắc vào nguồn một chiều thông qua khoá K.
Thực hiện giải pháp kiểm nghiệm:
◊. Chúng ta sẽ lần lợt thực hiện giải pháp đó để kiểm tra sự đúng đắn của kết luận trên.
◊. Trớc hết ta kiểm tra sự biến thiên của từ thông khi Bur thay đổi. O. Giữ nguyên S và α, làm Bur thay đổi theo thời gian bằng cách nào?
∇. HS ttrả lời: Đóng hoặc ngắt khoá K để thay đổi dòng điện của nam châm điện.
Để định hớng tiếp suy nghĩ của HS , GV đa ra câu hỏi:
O. Xét trờng hợp đóng khoá K, hãy dự đoán chiều dòng điện trong khung dây, do đó kim điện kế quay theo chiều nào?
HS cha tìm ra câu trả lời. khi đó GV gợi ý:
O. Cờng độ dòng điện trong mạch, từ trờng do cuộn dây sinh ra thay đổi thế nào khi đóng khoá K?
∇. HS trả lời đợc: Khi đóng khoá K, trong khung dây xuất hiện dòng điện cảm ứng vì từ thông qua khung dây tăng lên.
GV tiếp tục định hớng suy nghĩ của HS bằng câu hỏi:
O. áp dụng định luật Len-xơ và quy tắc nắm tay phải hãy xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong khung dây ?
∇. Đợc gợi ý này, HS đã đa ra đợc câu trả lời: Theo định luật Len xơ thì dòng điện cảm ứng này có chiều sao cho từ trờng mà nó sinh ra chống lại sự tăng từ thông đã sinh ra nó, khi đó vận dụng quy tắc nắm tay phải ta xác định đợc chiều của dòng cảm ứng trong khung dây cùng chiều kim đồng hồ, do đó kim điện kế lệch về bên phải.
Chia lớp thành 2 nhóm
O. Các em hãy tiến hành thí nghiệm kiểm tra nh trờng hợp trên, quan sát xem kim điện kế quay theo chiều nào, từ đó suy ra chiều dòng điện trong khung