Bài giảng Tiết 54. bài tập về lực từ

GIÁO ÁN CHI TIẾT Giáo viên hướng dẫn: Lê Thị Quỳnh Trang Người soạn: Phạm Tùng Lâm Ngày tháng 02 năm 2012 Tiết 54. BÀI TẬP VỀ LỰC TỪ A. MỤC TIÊU BÀI HỌC 1. Kiến thức - Luyện tập việc áp dụng quy tắc bàn tay trái và vận dụng công thức định luật Ampe, kể cả việc nhận ra góc trong công thức đó. - Luyện tập việc xác định momen ngẫu lực từ tác dụng lên một khung dây có dạng hình tam giác (không phải là hình chữ nhật). - Luyện tập việc xác định chiều của lực Lo-ren-xơ và công thức xác định độ lớn của lực Lo-ren-xơ. 2. Kỹ năng - Vận dụng công thức cảm ứng từ để xác định cảm ứng từ tại một điểm do một hoặc nhiều dòng điện gây ra. - Tìm được lực từ tác dụng lên đoạn dây có dòng điện chạy qua. - Xác định và tính được lực Lo-ren-xơ tác dụng lên điện tích chuyển động trong từ trường. 3. Thái độ - Có tinh thần hợp tác trong học tập cũng như trong việc áp dụng các kiến thức đã đạt được. II. PHƯƠNG PHÁP LÊN LỚP Đàm thoại, diễn giải B. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên - Một số công thức liên quan. - Một số bài tập về phần này theo nội dung trong bài 2. Học sinh - Ôn lại các công thức về cảm ứng từ, công thức Ampe của lực từ, lực Lo-ren- xơ. III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC Hoạt động 1(10 phút): Ôn định lớp và nhắc lại một số kiến thức liên quan Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Viết biểu thức của lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện đặt trong từ trường đều trong trường hợp đoạn dòng điện hợp với véc tơ một góc . - Viết biểu thức của momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây hình chữ nhật có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường đều trong trường hợp đường sức từ không nằm trong mặt phẳng khung dây và nêu ý nghĩa từng đại lượng. - Cho một hạt electron chuyển động trường đều với vận tốc , yêu cầu HS xác định lực gì đã tác dụng lên hạt electron di chuyển trong từ trường đều ở hình vẽ bên và xác định phương, chiều độ lớn của lực đó? + + + + + + + + + - e - Biểu thức của lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện đặt trong từ trường đều trong trường hợp đoạn dòng điện hợp với véc tơ một góc là: - Biểu thức của momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường đều là: với - HS lên bảng xác định đó là lực Lo-ren-xơ. + + + + + + + + + - e + Áp dụng quy tắc bàn tay trái xác định chiều của lực, biểu thức độ lớn là Hoạt động 2: ( 33 phút) Phân tích và giải 3 bài tập trong SGK Phân tích và giải bài tập 1 Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung ghi bảng + Gọi một HS lên bảng tóm tắt đề bài và gải. GV gợi ý cho HS : - Khi đoạn dây CD chưa có dòng điện qua thì dây treo thẳng đứng. Khi đoạn dây CD có dòng điện chạy từ C đến D thì dây treo CD sẽ như thế nào so với vị trí ban đầu. - Yêu cầu HS phân tích các lực tác dụng lên CD: • Phương, chiều, điểm đặt như hình vẽ. • Độ lớn: • Phương, chiều, điểm đặt như hình vẽ. • Độ lớn bằng nhau • Phương, chiều, điểm đặt như hình vẽ. • Độ lớn: + Khi đoạn dây CD nằm cân bằng, hợp lực tác dụng lên đoạn dây CD bằng 0 nên ta có phương trình Do nên ta có hợp lực: • Phương, chiều, điểm đặt lực. • Độ lớn: Các lực có cùng điểm đặt tại trung điểm CD. o Nên ta có + Do dây treo có thể chịu được lực kéo lớn nhất Fk nên T phải thỏa mãn điều kiện sau: - Yêu cầu HS khác nhận xét bài làm và chữa lỗi sai của bạn. - HS hoạt động cá nhân Đề: l= 20 cm = 0,2 m m= 10g = 0,01kg B= 0,2T ; Fk= 0,06N; g = 10m/s Hỏi: Imax=? để dây không đứt - Khung dây CD sẽ lệch khỏi vị trí ban đầu. . - HS phân tích lực tác dụng lên CD - HS tiến hành giải bài tập • Phương, chiều, điểm đặt như hình vẽ. • Độ lớn bằng nhau - HS nhận xét bài làm của bạn Bài 1. Tóm tắt : l= 20 cm = 0,2 m m= 10g = 0,01kg B= 0,2 T; Fk = 0,06N; g = 10m/s Hỏi: Imax=? để dây không đứt Giải : C D I + Phân tích lực : Đoạn dây CD chịu tác dụng của các lực • Phương, chiều, điểm đặt như hình vẽ. • Độ lớn: • Phương, chiều, điểm đặt như hình vẽ. • Độ lớn: Khi CD nằm cân bằng, hợp lực tác dụng đoạn dây CD bằng 0, ta có: Suy ra : Ta có F2 + P2 = (2T)2 + Do dây treo chỉ chịu được lực kéo lớn nhất Fk nên T phải thỏa mãn điều kiện Thay số vào ta có : Vậy dòng điện qua đoạn dây dẫn CD có cường độ lớn nhất là I=1,66A để dây treo không bị đứt. Phân tích và giải bài 2 Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung ghi bảng - Gọi một HS lên bảng tóm tắt đề bài và giải. - GV gợi ý cho HS : + Xác định phương, chiều, độ lớn, điểm đặt các lực từ tác dụng lên các cạnh của khung dây • Phương, chiều, điểm đặt như hình vẽ. • Độ lớn: . • Phương, chiều, điểm đặt như hình vẽ. • Độ lớn: • Phương, chiều, điểm đặt như hình vẽ. • Độ lớn: + Gọi vì nên • Phương, chiều, điểm đặt như hình vẽ. • Độ lớn: + Xác định ngẫu lực tác dụng lên khung dây. GV gợi ý: và có cùng phương, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và có điểm đặt như hình vẽ, hai lực này tạo thành ngẫu lực tác dụng lên khung làm khung quay. - Gọi một HS nhận xét bài làm của bạn và chữa lỗi sai của bạn. - Chú ý HS : Từ Ta có : là diện tích tam giác ABC, tức là diện tích mặt phẳng khung dây. Ta suy ra : Vậy công thức trên không chỉ đúng với khung dây hình chữ nhật mà còn đúng đối với khung dây phẳng có dạng bất kỳ. - HS đọc đề bài và tóm tắt đề bài. - HS tiến hành giải bài tập + HS xác định phương, chiều, độ lớn và điểm đặt các lực từ tác dụng lên các cạnh của khung. Bài 2 : Tóm tắt đề bài //mặt phẳng khung dây có dạng đều AB = a Hỏi : chỉ chiều và biểu thức độ lớn của x x x • A B C I I I H N M= ? Giải  : - Các lực từ tác dụng lên các cạnh của khung là : • Phương, chiều, điểm đặt như hình vẽ. • Độ lớn: • Phương, chiều, điểm đặt như hình vẽ. • Độ lớn: • Phương, chiều, điểm đặt như hình vẽ. • Độ lớn: Gọi Ta có : đặt tại trung điểm N của AH và có chiều như hình vẽ. + và tạo thành ngẫu lực tác dụng lên khung. Momen của ngẫu lực là : M=FN.NH Với Vậy : Chú ý : Từ Ta có : là diện tích tam giác ABC, tức là diện tích mặt phẳng khung dây. Ta suy ra : Phân tích và giải bài 3 Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung ghi bảng - Gọi một HS lên bảng tóm tắt đề bài và giải. - GV gợi ý cho HS : + Chùm hạt bay theo quỹ đạo tròn trong từ trường đều thì lực nào đóng vai trò là lực hướng tâm. Xác định chiều của lực theo quy tắc bàn tay phải. - Vì lực Lo-ren-xơ đóng vai trò lực hướng tâm nên ta có - Hạt electron được tăng tốc bởi hiệu điện thế U=220 V sẽ chịu tác dụng của lực nào? Lực điện trường chính là ngoại lực tác dụng lên hạt electron. - Gợi ý cho HS: áp dụng định lí động năng để tìm được - Yêu cầu HS phát biểu định lí động năng. - Yêu cầu HS xác định biểu thức độ biến thiên động năng và công của ngoại lực tác dụng lên hạt electron. + Độ biến thiên động năng của hạt electron + Công của ngoại lực bằng: Ta có - Yêu cầu HS nhận xét bài làm của bạn và chữa lại những lỗi sai. * Nếu như còn dư thời gian thì cho HS làm bài tập tương tự: GV đọc đề bài: Câu 1: Một khung dây tròn bán kính 5cm gồm 75 vòng được đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ 0, 25 T. Mặt phẳng khung hợp với đường sức từ góc 60o. Tính momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây. Cho biết mỗi vòng dây có dòng điện chạy qua là 8A. - GV gọi HS trả lời đáp án từng câu. Câu 1: Tóm tắt: R=5cm=0,05m N=75 vòng B=0,25T I qua mỗi vòng dây là 8A Giải : - HS đọc và tóm tắt đề bài và giải. - Hạt electron chịu tác dụng của lực điện trường. - HS phát biểu định lí động năng: Độ biến thiên động năng bằng công của ngoại lực tác dụng lên vật. + Độ biến thiên động năng: + Công của ngoại lực bằng: - HS nhận xét bài làm của bạn. - HS lấy giấy ra làm bài và trả lời đáp án. - Một HS nhận xét bài làm của bạn Tóm tắt: U=220V, Quỹ đạo tròn bán kính R Hỏi: a) xác định chiều của b) R=? Giải • • • R M a) Vì quỹ đạo của electron là đường tròn nên lực Lo-ren-xơ tác dụng lên electron đóng vai trò lực hướng tâm. Dựa theo quy tắc bàn tay trái ta xác định được chiều chuyển động của electron như hình vẽ. b) Vì Vì lực Lo-ren-xơ đóng vai trò lực hướng tâm nên ta có Áp dụng định lí động năng. Trong đó (do trước khi tăng tốc, tốc độ của electron rất nhỏ, có thể bỏ qua) Và Ta có được: Thay vào biểu thức (1) ta có: Thay số vào ta có: Vậy chùm hạt electron chuyển động trên quỹ đạo tròn với bán kính là Hoạt động 3 : Củng cố và dặn dò (2 phút) - Sau bài học này chúng ta nắm được các vấn đề sau + Công thức không chỉ đúng với khung dây hình chữ nhật mà còn đúng đối với khung dây phẳng có dạng bất kỳ, khung dây phẳng đặt trong từ trường đều, mặt phẳng khung chứa đường sức từ. - Các em về ôn tập kiến thức ở hai chương III dòng điện trong các môi trường và chương IV từ trường nhưng trọng tâm sẽ là chương IV để sau 2 tiết thực hành là có tiết kiểm tra. Sinh viên thực tập Giáo viên hướng dẫn Phạm Tùng Lâm Lê Thị Quỳnh Trang