A) MỤC TIÊU
- Rèn kĩ năng sử dụng cân thăng bằng, nam châm điện, các dụng cụ đo điện, biến thế nguồn. - Tiến hành được thí nghiệm biểu diễn khảo sát phương, chiều, độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường.
- Vận dụng được những kiến thức đã học trong học phần Lí luận dạy học vật lí để xác định được thí nghiệm cần tiến hành, hình thức và phương án tiến hành thí nghiệm.
- Có kĩ năng soạn thảo đoạn bài học có sử dụng thí nghiệm trong bài: “Bài 20. Lực từ. Cảm ứng từ” (SGK vật lí 11 theo chương trình chuẩn) hoặc “Bài 27. Phương và chiều của lực từ tác dụng lên dòng điện” và “Bài 28. Cảm ứng từ. Định luật Am-pe” (SGK vật lí 11 nâng cao).
- Rèn kĩ năng sử dụng phối hợp các phương pháp dạy học trong quá trình tập giảng đoạn bài học.
B) NỘI DUNG
1. Thí nghiệm 1: Khảo sát phương và chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường.
1.1. Mục đích của thí nghiệm
Khảo sát phương và chiều của lực từ tác dụng lên dòng điện đặt trong từ trường để từ đó rút ra quy tắc bàn tay trái.
1.2. Cơ sở lí thuyết
Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện có phương vuông góc với mặt phẳng chứa đoạn dây dẫn và cảm ứng từ tại điểm khảo sát và có chiều tuân theo quy tắc bàn tay trái.
1.3. Hướng dẫn thực hành
a. Dụng cụ thí nghiệm:
- Hộp gỗ 390 mm 200 mm 150 mm× × có nam châm điện 800 vòng (1) với khe từ rộng 40 mm, hai ampe kế (2) và hai biến trở (3).
- Đòn cân thăng bằng có dây nối (4). - Lực kế 0,5N (5).
- Ba khung dây dẫn 100 vòng, có chiều dài đoạn dây trong từ trường lần lượt là 80 mm (6); 60 mm (7); 22 mm (8); khung dây (8) có trục xoay và thước đo độ xoay.
- Nam châm vĩnh cửu (9). - Hai chân đế tạo khe từ (10). - Biến thế nguồn (11)
- Hai dây nối có phích cắm ở đầu b.
Tiến trình thí nghiệm
- Cắm giắc ở khung dây vào đòn cân bên phải, nối các ổ cắm của khung dây và nam châm vào nguồn điện.
1 2 3 4 5 6 7 7 8 9 1 0 1 1
Hình 15. Bộ thí nghiệm khảo sát từ trường và cảm ứng điện từ
1 2
- Bật các công tắc, quan sát chiều dịch chuyển của khung dây. Căn cứ vào sự lệch của kim ampe kế, xác định chiều của dòng điện qua khung dây.
- Dựa vào chiều sáng của mũi tên, nam châm vĩnh cửu, xác định chiều của các đường sức từ.
- Thay đổi chiều đường sức từ rồi thay đổi chiều dòng điện, quan sát chiều dịch chuyển của khung dây để từ đó xác định mối liên hệ giữa phương và chiều của lực từ với phương, chiều của dòng điện và phương, chiều của đường sức từ.
1.4. Nội dung báo cáo
KHẢO SÁT PHƯƠNG VÀ CHIỀU CỦA LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN ĐOẠN DÂY DẪN MANG DÒNG ĐIỆN ĐẶT TRONG TỪ TRƯỜNG
Họ và tên:...Lớp:...Nhóm:... Ngày làm thực hành:... 1. Mục đích ... 2. Tóm tắt lí thuyết 3. Kết quả thí nghiệm
- Vẽ hình minh họa phương, chiều của dòng điện chạy trong khung dây, phương, chiều của đường sức từ và của lực từ tác dụng lên khung dây trong các trường hợp trên.
- Từ kết quả thí nghiệm xác định mối liên hệ giữa phương chiều của lực từ với phương chiều của dòng điện và của đường sức từ (quy tắc bàn tay trái).
4. Trả lời câu hỏi: Trả lời các câu hỏi và bài tập 1, 2, 3 (trang 31).
2. Thí nghiệm 2. Khảo sát độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường.
2.1. Mục đích thí nghiệm
Khảo sát mối liên hệ định lượng giữa độ lớn của lực từ F tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện nằm trong từ trường với cường độ dòng điện I chạy qua đoạn dây dẫn, chiều dài l của
đoạn dây và góc α hợp bởi đoạn dây mang dòng điện và đường sức từ.
2.2. Cơ sở lí thuyết
- Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường có biểu thức (công thức Ampe): F IB sin= l α.
- Vec tơ cảm ứng từ Br đặc trưng cho từ trường về phương diện tác dụng lực, đối với các từ trường khác nhau thì Brcó độ lớn khác nhau.
2.3. Hướng dẫn thực hành
a. Dụng cụ thí nghiệm
Dụng cụ thí nghiệm giống trong thí nghiệm mục 1, hình 15.
b. Tiến trình thí nghiệm
- Cố định từ trường do dòng điện chạy qua nam châm gây ra bằng cách giữ cho dòng điện đi qua nam châm điện luôn có cường độ I = 1A.
+ Đặt khung dây có l1 = 80 mm luôn vuông góc với các đường sức từ. Thay đổi cường độ dòng điện chạy qua khung dây và đo giá trị F nhờ lực kế. Ghi kết quả thí nghiệm vào bảng 9.1.
+ Lần lượt đạt các khung dây có l2 = 60 mm và l3 = 22 mm luôn vuông góc với các đường sức từ và điều chỉnh dòng điện đi qua các khung dây luôn có cường độ I = 0,5A. Đo các giá trị F nhờ lực kế và ghi kết quả vào bảng 9.2.
+ Đặt khung dây có l3 = 22 mm vào trong từ trường của nam châm điện. Giữ cho dòng điện đi qua khung dây luôn có giá trị I = 0,5 A. Thay đổi góc α hợp bởi đoạn dây và đường sức từ. Đo các giá trị F nhờ lực kế và ghi kết quả vào bảng 9.3.
- Lặp lại các thí nghiệm trên ứng với các từ trường khác nhau của nam châm điện bằng cách thay đổi cường độ dòng điện chạy qua nam châm điện. Nhận xét giá trị của tỉ số F
I sinl α.
2.4. Nội dung báo cáo
KHẢO SÁT ĐỘ LỚN CỦA LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN ĐOẠN DÂY DẪN MANG DÒNG ĐIỆN ĐẶT TRONG TỪ TRƯỜNG
Họ và tên:...Lớp:...Nhóm:... Ngày làm thực hành:... 1. Mục đích ... 2. Tóm tắt lí thuyết 3. Kết quả thí nghiệm
Bảng 9.1 Sự phụ thuộc của lực từ vào cường độ dòng điện chạy trong khung dây dẫn
α = 900, l1 = 80mm Lần đo I (A) F (N) F l 1 2 3 ... - Rút ra nhận xét về tỉ số F l .
Bảng 9.2. Sự phụ thuộc của lực từ vào chiều dài của đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường α = 900, I = 0,5 A Lần đo l (mm) F (N) F I 1 2 3 ... - Rút ra nhận xét về tỉ số F I .
Bảng 9.3. Sự phụ thuộc của lực từ vào góc giữa dòng điện và đường sức từ
l1 = 22 mm; I = 0,5 A Lần đo α (0) F (N) F sinα 1 2 3 ...
- Rút ra nhận xét về tỉ số F sinα.
4. Trả lời câu hỏi: Trả lời các câu hỏi và bài tập 4, 5, 6 (trang 31).
C) TÀI LIỆU HỌC TẬP
1. Nguyễn Xuân Thành, Giáo trình hướng dẫn thực hành thí nghiệm vật lí phổ thông, giáo
trình điện tử của khoa Vật lí, trường đại học sư phạm Hà Nội.
2. Sách giáo khoa Vật lí lớp 11, NXB giáo dục.
3. Nguyễn Sỹ Đức (chủ biên) - Nguyễn Ngọc Hưng - Đặng Thị Oanh - Dương Tiến Sĩ, Lắp
đặt, sử dụng, bảo quản, bảo dưỡng các thiết bị dạy học ở trường THPT, tập 4, NXB Giáo dục
Việt Nam, Hà Nội, 2009.
D) CÂU HỎI, BÀI TẬP, NỘI DUNG ÔN TẬP VÀ THẢO LUẬN
1. Nghiệm lại nhận xét: Hướng của dòng điện, từ trường và lực từ tạo thành một tam diện thuận. 2. Nếu đồng thời đổi chiều dòng điện qua khung dây và các cực của nam châm điện thì chiều của lực từ tác dụng lên khung dây có thay đổi hay không? Tại sao?
3. Soạn giáo án đoạn bài học có sử dụng thí nghiệm trên trong bài: “Bài 20. Lực từ. Cảm ứng từ” (SGK vật lí 11 theo chương trình chuẩn) hoặc “Bài 27. Phương và chiều của lực từ tác dụng lên dòng điện” (SGK vật lí 11 nâng cao).
4. Dựa vào bảng số liệu 9.1 hoặc 9.2 hãy ước lượng cảm ứng từ của nam châm điện dùng trong thí nghiệm khoảng bao nhiêu tesla?
5. Tại sao trong thí nghiệm trước và sau khi có lực từ tác dụng lên đoạn dây mang dòng điện ta phải chỉnh cân sao cho đòn cân ở trạng thái thăng bằng?
6. Soạn giáo án đoạn bài học có sử dụng thí nghiệm trên trong bài: “Bài 20. Lực từ. Cảm ứng từ” (SGK vật lí 11 theo chương trình chuẩn) hoặc “Bài 28. Cảm ứng từ. Định luật Am-pe” (SGK vật lí 11 nâng cao).
Bài 10. Cảm ứng điện từ