III, Giải quyết vấn đề
2.Định hướng giải quyết nhiệm vụ.
a, Xác định giải pháp.
Có thể vận dụng các kiến thức vừa học để trả lời câu hỏi đặt ra không?
HS: Dựa vào sự tương tự có thể dự đoán độ lớn của lực từ phụ thuộc vào độ lớn của dòng điện ( cường độ dòng điện ), độ lớn của từ trường ( độ mạnh yếu của từ trường). Tuy nhiên muốn xét sự phụ thuộc đó như thế nào ta phải tiến hành làm thí nghiệm đo độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện.
Để đo được độ lớn của lực từ ta làm thế nào?
HS: Đo lực từ bằng trọng lượng quả nặng thêm hoặc bớt ở đĩa cân để cân thăng bằng.
b, Thực hiện giải pháp.
GV tiến hành những thí nghiệm kiểm tra dự đoán trên: Thay đổi cường độ dòng điện qua khung dây
HS: Ta thấy độ lệch của cân khác nhau hay độ lớn lực từ khác nhau => độ lớn lực từ phụ thuộc cường độ dòng điện.
Cho các quả cân vào đĩa cân để cân trở về trạng thái cân bằng ta đo được lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện liên quan đến cường độ dòng điện, ta được bảng số liệu sau:
I ( A ) 0,5 1,0 1,5
F(gia trọng) 6 12 18
F/ I 12 12 12
Nhận xét kết quả?
HS: I tăng => F tăng, tính tỉ số F/I = hằng số => F ~ I
Ta kí hiệu lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện bằng một véctơ, nhưng thực tế đây là lực từ tổng hợp của các lực thành phần tác động lên từng phần tử dòng điện. Vậy độ lớn của lừc từ tác dụng lên đoạn dòng điện có phụ thuộc vào chiều dài đoạn dòng điện không?
HS: Có thể
Ta thay đổi chiều dài đoạn dòng điện, đo lực từ tương ứng, ta được bảng số liệu:
l ( cm ) 7,5 9,5
F (gia trọng ) 12 15
Nhận xét kết quả?
HS: l tăng => F tăng, tính tỉ số F/l = hằng số => F ~ l
Hai thí nghiệm trên được tiến hành trong trường hợp đoạn dòng điện vuông góc với đường sức từ của nam châm ( α = 90°). Vậy nếu α thay đổi, độ lớn của lực từ có thay đổi không? Lực từ phụ thuộc vào góc α như thế nào?
HS: Lúng túng chưa trả lời được
GV tiến hành thí nghiệm với bộ thí nghiệm Pasco Tăng góc α từ 0° - 180°
Quan sát độ lệch của cân, từ đó rút ra nhận xét về sự phụ thuộc của lực từ vào góc α
HS: Khi α = 0° ( đoạn dòng điện song song với đường cảm ứng từ), cân không bị lệch => F = 0
Khi α = 90° ( đoạn dòng điện vuông góc với đường cảm ứng từ), cân không bị lệch nhiều nhất => F đạt giá trị cực đại.
Khi α tăng từ 0° đến 90°, độ lệch của cân tăng dần => F tăng dần. Khi α tăng từ 90° đến 180°, độ lệch của cân giảm dần => F giảm dần.
Sự biến đổi của lực F theo góc α tương tự như sự biến đổi của hàm sin theo góc. Nói cách khác : F ~ sin α
Với từ trường không đổi, độ lớn của lực từ F phụ thuộc vào I, l, sinα và F ~ I.l. sinα hay F = k. I. l. sinα ( k = F/ I.l.sinα: hệ số tỉ lệ ) => k không đổi với một nam châm nhất định.
Thay nam châm bằng nam châm khác ( Bỏ bớt 1 nam châm chữ U), tiến hành thí nghiệm tương tự với nam châm trên.
Quan sát, đưa ra nhận xét về kết quả thí nghiệm?
HS: Với những nam châm khác nhau ta thấy hệ số k khác nhau => k là đại lượng đặc trưng cho từ trường về phương diện tác dụng lực.
Vậy lực từ phụ thuộc vào độ mạnh yếu của từ trường ( khả năng tác dụng lực của từ trường ).