III, Giải quyết vấn đề
2. Định hướng giải quyết nhiệm vụ
a. Xác định giải pháp
Có thể vận dụng các kiến thức cũ để trả lời câu hỏi đặt ra không? HS: Không. Muốn biết ta phải tiến hành thí nghiệm
Vậy để khảo sát lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện thí nghiệm cần có dụng cụ gì và bố trí như thế nào?
HS: Cần có dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường
GV nhận xét, đánh giá các phương án HS đưa ra và giới thiệu bộ thí nghiệm cân lực từ
Trong bộ thí nghiệm, sử dụng khung dây ABCD mang dòng điện, muốn xét lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện ta phải bố trí thí nghiệm như thế nào?
HS: Khung dây được treo sao cho chỉ có cạnh AB nằm trong khoảng không gian giữa hai cực của nam châm chữ U
b. Thực hiện giải pháp
Giáo viên tiến hành thí nghiệm : Đầu tiên khi treo khung dây vào một bên của cân, ta đặt quả nặng lên đĩa cân sao cho cân thăng bằng.
Cho dòng điện chạy qua khung dây có chiều từ A đến B.
Quan sát hiện tượng xảy ra và đưa ra nhận xét ? Hiện tượng chứng tỏ điều gì?
HS: Khung dây bị kéo xuống theo phương thẳng đứng, cân bị lệch.
Hiện tượng chứng tỏ có lực từ có phương thẳng đứng, hướng xuống tác dụng lên dây dẫn AB.
Dự đoán phương, chiều của lực từ phụ thuộc vào những yếu tố nào? HS: Phụ thuộc vào phương, chiều dòng điện, từ trường …
Để kiểm tra chiều lực từ phụ thuộc vào chiều dòng điện cần tiến hành những thí nghiệm nào?
HS: Thay đổi chiều của dòng điện => chiều của lực từ tương ứng. GV tiến hành các thí nghiệm kiểm tra
Giữ nguyên cực nam châm, thay đổi chiều dòng điện
Quan sát và nhận xét về chiều lực từ trong thí nghiệm trên?
HS: Chiều lực từ thay đổi khi thay đổi chiều dòng điện => chiều lực từ phụ thuộc chiều dòng điện
Để kiểm tra phương, chiều của lực từ phụ thuộc phương, chiều từ trường cần tiến hành những thí nghiệm nào?
HS: Thay đổi phương, chiều của từ trường => phương, chiều của lực từ tương ứng.
GV tiến hành thí nghiệm kiểm tra
Quan sát và nhận xét về chiều lực từ trong thí nghiệm trên?
HS: Chiều lực từ thay đổi khi thay đổi cực nam châm => chiều lực từ phụ thuộc chiều từ trường.
Đổi phương từ trường ( phương đường cảm ứng từ của nam châm) Quan sát và nhận xét về phương của lực từ?
HS: Phương của lực từ thay đổi => phương của lực từ phụ thuộc phương của từ trường
Như vậy có thể rút ra kết luận: Phương, chiều của lực từ phụ thuộc chiều dòng điện, phương, chiều của từ trường
Nhận xét mối quan hệ giữa phương của lực từ với phương của dòng điện và phương của từ trường?
HS: Phương của lực từ vuông góc với phương dòng điện và vuông góc với phương của phương của đường cảm ứng từ
Nói cách khác: Phương của lực từ vuông góc với mặt phẳng chứa đoạn dòng điện và đường cảm ứng từ tại điểm ta xét.
Sử dụng mô hình véctơ biểu diễn: - Hướng đường sức từ bởi véctơ B - Lực từ bởi véctơ F
- Dòng diện bởi véctơ I
Kết quả thí nghiệm được mô tả dưới dạng sau:
44
B B B
I I I I
Nhận xét mối quan hệ giữa chiều của lực từ với chiều của dòng điện và chiều của từ trường ?
HS: 3 véctơ hợp thành một tam diện thuận …
Người ta thay mô hình toán học bằng mô hình vật chất cụ thể gần gũi và dễ sử dụng là bàn tay trái với ba bộ phận: Lòng bàn tay, ngón cái choãi ra 90° và các ngón tay. Mỗi bộ phận chỉ hướng của một véctơ. Các em sử dụng bàn tay trái của mình đặt theo các hướng của các véctơ trong hình vẽ xem bộ phận nào chỉ hướng của véctơ nào
HS: Sử dụng bàn tay trái, tìm ra quy tắc.
Như vậy chiều của lực từ, chiều của dòng điện và chiều của đường cảm ứng từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái: “ Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ đâm xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện, thì chiều ngón cái choãi ra 90° chỉ chiều lực từ tác dụng lên dòng điện ”.