Bài giảng Tiết 51. khung dây có dòng điện đặt trong từ trường

GIÁO ÁN CHI TIẾT Giáo viên hướng dẫn: Lê Thị Quỳnh Trang Người soạn: Phạm Tùng Lâm Ngày 24 tháng 02 năm 2012 Tiết 51. KHUNG DÂY CÓ DÒNG ĐIỆN ĐẶT TRONG TỪ TRƯỜNG I. Mục tiêu 1. Kiến thức - Xác định 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 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. Kỹ năng - Vận dụng được quy tắc bàn tay trái để xác định lực từ tác dụng lên khung dây mang dòng điện. - Vận dụng được các kiến thức đã học về momen ngẫu lực đã học ở lớp 10, động cơ điện một chiều đã học ở lớp 9 vào bài mới. 3. Thái độ - Học sinh tập trung nghe giảng, tích cực phát biểu xây dựng bài học - Có tinh thần hợp tác xây dựng bài học. II. PHƯƠNG PHÁP LÊN LỚP - Trình chiếu thí nghiệm ảo, đàm thoại III. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên - Chuẩn bị thí nghiệm ảo. - Chuẩn bị một số hình ảnh minh hoạ về máy phát điện một chiều và điện kế khung quay để trình chiếu. 2. Học sinh: Ôn lại những kiến thức về ngẫu lực và động cơ điện một chiều ở lớp 9 và lớp 10. III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1 (10 ph): Ổn định lớp, kiểm tra bài cũ, đặt vấn đề vào bài mới. Hoạt động của giáo viên Hoạt đông của học sinh Nội dung ghi bảng - Kiểm tra bài cũ: Các em hãy trình bày về lực Lo-ren-xơ + Định nghĩa + Phương, chiều, độ lớn Một HS trả lời. - Học sinh lên bảng trả lời. Hoạt động 2 (20 ph): Tìm hiểu lực từ tác dụng lên khung dây mang dòng điện đặt trong từ trường và xác định biểu thức momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây Hoạt động của giáo viên Hoạt đông của học sinh Nội dung ghi bảng - Đặt vấn đề vào bài mới + Điện tích chuyển động trong từ trường chịu tác dụng của lực Lo-ren-xơ. Lực Lo-ren-xơ là nguyên nhân gây ra lực từ tác dụng lên dòng điện. + Vậy đối với một khung dây hình chữ nhật có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường đều thì có chịu tác dụng của lực từ không ? Tác dụng đó biểu hiện thế nào? Tiết học hôm nay sẽ trả lời những câu hỏi trên. - Thông báo cho HS: Do điều kiện khách quan nên không thể thực hiện được thí nghiệm thực. Bây giờ thầy sẽ chiếu một thí nghiệm ảo sau. - Mô tả thí nghiệm: Cho khung dây ABCD có thể quay quanh trục OO’ đặt trong từ trường đều . (chiếu slide 3) - GV yêu cầu HS quan sát thí nghiệm và nêu ra hiện tượng. (liên kết chữ “quan sát hiện tượng” với slide 15) - Ban đầu khung dây hình chữ nhật chưa có dòng điện đặt trong từ trường đều thì khung dây đứng yên hay chuyển động? (liên kết hình mũi tên dưới góc phải với slide 5) Kích chữ “quan sát hiện tượng” ở slide 5 để liên kết tới slide 16) - Nếu thầy cho dòng điện I chạy qua khung dây ABCD thì có hiện tượng gì xảy ra? (kích vào hình mũi tên dưới góc để liên kết tới slide 5) - GV nhận xét: điều này chứng tỏ rằng có lực từ tác dụng lên khung dây hình chữ nhật có dòng điện chạy qua. - Ta vào phần b. - GV: Xét 2 trường hợp - GV thông báo: Dòng điện trong khung có chiều ABCDA như hình vẽ ( vẽ hình cụ thể) - Yêu cầu một em lên bảng xác định lực từ tác dụng lên từng cạnh của khung - Yêu cầu HS nhận xét bài làm của bạn theo hướng: + Lực từ tác dụng lên hai cạnh AB và CD. + Lực từ tác dụng lên hai cạnh BC và DA + và hợp thành lực gì? - Chiếu slide 7 để xác định lại) - Chú ý HS: Trường hợp đường sức từ không nằm trong mặt phẳng khung, nói chung ngẫu lực từ cũng làm khung quay. - Yêu cầu HS trả lời câu C1 ( vẽ hình cụ thể) - Tiếp theo ta xét trường hợp 2 - GV thông báo: Giả sử chiều dòng điện như hình vẽ. - Yêu cầu HS lên bẳng xác định chiều lực từ tác dụng lên các cạnh của khung. (chiếu slide 8 xác định lại) - Chú ý HS: Đây là trường hợp duy nhất lực từ không tạo thành ngẫu lực làm quay khung. - Yêu cầu HS trả lời câu hỏi C2 (vẽ hình cụ thể) - Từ C2 chú ý HS: + Trường hợp 2 khung ở tư thế cân bằng bền. + Trường hợp câu C2 khung ở vị trí cân bằng không bền. * Trên đây ta mới xét lực từ tác dụng lên khung dây tạo thành ngẫu lực về mặt định tính. Bây giờ ta thành lập biểu thức xác định momen ngẫu lực từ. - Thông báo HS: AB=d là khoảng cách giữa hai đường tác dụng của hai lực và - Thông báo: Ở lớp 10 chúng ta đã học momen ngẫu lực từ của ngẫu lực từ với cánh tay đòn là d, có biểu thức như thế nào? - Theo định luật Ampe thì ta có biểu thức của lực tác dụng lên AD và BC là gì? - Thông báo cho HS: Nhiều thí nghiệm chứng tỏ rằng công thức đúng cho cả trường hợp khung dây có dạng bất kỳ (khung dây phẳng đặt trong từ trường đều, mặt phẳng khung chứa đường sức từ) - Thông báo cho HS: trong trường hợp này người ta đã chứng minh rằng momen ngẫu lực từ được tính theo công thức: - GV hướng dẫn HS xác định chiều của dựa theo quy tắc bàn tay phải. “Khum bàn tay phải sao cho chiều khum của các ngón tay trùng với chiều của cường độ dòng điện chạy trong khung, thì ngón cái choãi ra chỉ chiều vectơ ” Yêu cầu HS: Các em về nhà chứng minh công thức trên. Gợi ý cho HS: Về nhà các em phân tích thành hai thành phần: Một thành phần , một thành phần //, từ đó các em xác định thành phần nào có tác dụng làm quay khung, thành phần nào không làm quay khung và áp dụng biểu thức momen ngẫu lực từ cho từng thành phần. - HS chú ý lắng nghe và theo dõi thí nghiệm ảo. - Khung dây đứng yên. - Khung dây sẽ bị quay. - HS dựa vào quy tắc bàn tay trái xác định chiều các lực từ tác dụng lên các cạnh của khung. - HS nhận xét bài làm của bạn. - Hợp thành một ngẫu lực làm cho khung dây quay. - HS trả lời • + - HS dựa vào quy tắc bàn tay trái để xác định. - HS lên bảng xác định chiều của các lực từ + + + M=Fd - HS trả lời: Tiết 51. KHUNG DÂY CÓ DÒNG ĐIỆN ĐẶT TRONG TỪ TRƯỜNG 1. Khung dây đặt trong từ trường a. Thí nghiệm: + Mô tả thí nghiệm + Quan sát hiện tượng + Nhận xét: b. Lực từ tác dụng lên khung dây hình chữ nhật có dòng điện chạy qua Xét 2 trường hợp: TH1: Đường sức từ nằm trong mặt phẳng khung A B C D Ta có: + + Tạo ra một ngẫu lực tác dụng lên khung dây và làm cho khung quay. TH2: Đường sức từ vuông góc với mặt phẳng Ta có: khung dây ở trạng thái cân bằng. c. Momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện * Mặt phẳng khung song song với như trường hợp 1 AB=d; AD=l - Momen ngẫu lực từ : S là diện tích khung dây ABCD * Đường sức từ không nằm trong mặt phẳng khung Ta có: Trong đó với là véc tơ pháp tuyến khung dây. Chú ý: Chiều được xác định theo quy tắc cái đinh ốc hoặc dựa vào quy tắc bàn tay phải. Hoạt động 3 (10 ph): Tìm hiểu ứng dụng của khung dây có dòng điện đặt trong(động cơ điện một chiều; điện kế khung quay) Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung ghi bảng - Tác dụng của lực từ làm quay khung dây hình chữ nhật có dòng điện chạy qua và được ứng dụng trong động cơ điện và điện kế khung quay. - GV trình chiếu hình ảnh minh họa động cơ điện một chiều trong powerpoint. - GV nêu cấu tạo: Động cơ điện một chiều gồm có khung dây, nam châm và bộ góp gồm 2 vành bán khuyên và 2 chổi quét. - Cho HS xem đoạn phim về hoạt động của động cơ điện một chiều. - Yêu cầu HS nêu hoạt động của động cơ điện một chiều. - GV nhấn mạnh lại: + Khi cho dòng điện chạy qua khung, momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung làm khung quay xung quanh trục OO’. + Bộ góp điện gồm hai bán khuyên và hai chổi quét làm cho mỗi khi mặt phẳng khung vuông góc với đường sức từ, thì dòng điện trong khung đổi chiều. + Dòng điện trong khung đổi chiều nhưng dòng điện từ phần đưa vào khung vẫn là dòng điện một chiều nên gọi là động cơ điện một chiều. - GV giới thiệu cho HS cấu tạo của điện kế khung quay thông qua hình ảnh trình chiếu kết hợp với hình ảnh thực chiếc điện kế. - Yêu cầu HS nêu hoạt động của học sinh. - GV nhấn mạnh lại: + Khi cho dòng điện chạy vào khung thì ngẫu lực từ làm khung quay lệch ra khỏi vị trí ban đầu. + Lò xo tạo momen lực cản cân bằng với momen lực từ. - Để biến điện kế thành ampe kế hay vôn kế người ta mắc thêm sơn hay thêm điện trở phụ. Có thể lưu ý thêm cho HS: Điện kế khung quay là máy đo kiểu từ điện là loại máy đo rất nhạy. Dấu hiệu dặc trưng bên ngoài đối với các máy đo kiểu từ điện là các độ chia của thang chia độ đều bằng nhau. - HS quan sát hình ảnh. - HS quan sát đoạn phim. - HS nêu hoạt động của động cơ điện một chiều. - HS chú ý theo dõi - HS suy nghĩ, nghiên cứu SGK và trả lời. 2. Ứng dụng a. Động cơ điện một chiều * Cấu tạo * Hoạt động b. Điện kế khung quay * Cấu tạo * Hoạt động Hoạt động 4 ( 5ph): Củng cố, vận dụng và giao nhiệm vụ về nhà Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung ghi bảng - Nhấn mạnh lại các kiến thức trọng tâm. + Đường sức từ nằm trong mặt phẳng khung có tác dụng làm quay khung. + Đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung không làm quay khung. + Momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện ở trường hợp đường sức từ nằm trong mặt phẳng khung dây là Và ở trường hợp đường sức từ không nằm trong mặt phẳng khung dây hình chữ nhật là - GV nhắc lại các trường hợp ứng dụng - Giao bài tập về nhà 3,4 trang 171 ( Nếu còn đủ thời gian hướng dẫn HS làm bài tập SGK) - HS chú ý lắng nghe. - HS ghi bài tập về nhà. Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực tập Lê Thị Quỳnh Trang Phạm Tùng Lâm