Bài giảng Tiết 60. Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây chuyển động

GIÁO ÁN CHI TIẾT Giáo viên hướng dẫn: Lê Thị Quỳnh Trang Người soạn: Phạm Tùng Lâm Ngày 13 tháng 03 năm 2012 Dạy lớp 11A3 Tiết 60. Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây chuyển động I.Mục tiêu: 1. Kiến thức: - Hiểu được rằng, một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường thì trong đoạn dây đó xuất hiện suất điện động cảm ứng. - Trình bày được cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều. 2. Kĩ năng: - Vận dụng được quy tắc bàn tay phải để xác định chiều từ cực âm sang cực dương của SĐĐ cảm ứng trong đoạn dây. - Vận dụng công thức xác định độ lớn SĐĐ cảm ứng trong đoạn dây để giải bài tập. 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.Chuẩn bị 1.Giáo viên: - Chuẩn bị powerpoint để trình chiếu, chuẩn bị mô hình máy phát điện xoay chiều. 2. Học sinh: Ôn lại kiến thức về quy tắc bàn tay trái ở chương 4 và MPĐXC đã học ở lớp 9. III. PHƯƠNG PHÁP CHỦ ĐẠO - Trình chiếu powerpoint, thí nghiệm ảo - Đàm thoại và diễn giải IV. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC Hoạt động 1: Ổn định lớp, kiểm tra bài cũ (5 phút) Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - GV đặt câu hỏi kiểm tra bài cũ: + Trong hệ SI công thức xác định suất điện động cảm ứng được viết dưới dạng như thế nào? Nếu trong trường hợp mạch điện là khung dây có N vòng thì biểu thức suất điện động cảm ứng khi đó như thế nào? + Làm bài tập 6 trong SGK trang 188 + Biểu thức Hoạt động 2: Xác định suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây chuyển động trong từ trường (10 phút) Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung bài học * GV đặt vấn đề vào bài: Tiết học trước chúng ta đã xác định được suất điện động cảm ứng trong khung dây dẫn kín. Tiết học hôm nay chúng ta đi nghiên cứu suất điện động cảm ứng xuất hiện trên một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường. * GV nêu câu hỏi về vấn đề cần nghiên cứu: + Mô tả thí nghiệm: Cho mạch điện gồm một đoạn dây dẫn MN trượt trên hai thanh ray. ( trình chiếu trên slide) + Tiến hành thí nghiệm: Cho thanh MN chuyển động và tiếp xúc điện với hai thanh ray, khi đó kim điện kế sẽ như thế nào? + Điều đó chứng tỏ điều gì? + Khi đoạn dây MN dừng lại thì kim điện kế như thế nào? * GV thông báo cho HS: Chúng ta có thể chấp nhận rằng suất điện động cảm ứng trong mạch thực chất chỉ xuất hiện khi đoạn dây MN chuyển động. Nói cách khác đoạn dây MN chuyển động đóng vai trò như một nguồn điện, còn hai thanh ray chỉ đóng vai trò là các dây nối tạo thành mạch điện. Vậy, khi đoạn dây dẫn MN chuyển động cắt các đường sức từ nhưng không nối với hai thanh ray, thì trong đoạn dây đó vẫn xuất hiện suất điện động cảm ứng. + HS tiếp nhận vấn đề cần nghiên cứu. + Khi đó kim điện kế bị lệch. + HS trả lời: Điều đó chứng tỏ khi đó trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng. + Kim điện kế trở về vị trí số 0. Bài 39. SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRONG ĐOẠN DÂY DẪN CHUYỂN ĐỘNG 1. Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường + Mô tả thí nghiệm Cho mạch điện gồm một đoạn dây dẫn MN trượt trên hai thanh ray nối với một điện kế. + Quan sát hiện tượng P Q M N + Kết luận Khi đoạn dây dẫn MN chuyển động cắt các đường sức từ nhưng không nối với hai thanh ray, thì trong đoạn dây đó vẫn xuất hiện suất điện động cảm ứng Hoạt động 3: Xác định hai cực của nguồn điện. Quy tắc bàn tay phải (8 phút) Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung bài học * GV đặt vấn đề: + Chúng ta xem đoạn dây dẫn MN chuyển động cắt các đường sức từ ở trên là một nguồn điện, làm thế nào để xác định các cực của nguồn điện đó? Liệu rằng có thể xây dựng một quy tắc xác định các cực của nguồn điện đó không? Chúng ta đi vào mục 2. * GV hỏi HS: Ở thí nghiệm trên, trên thanh MN dòng điện chạy theo chiều M đến N. Nếu xem đoạn dây đó như một nguồn điện thì bên nào là cực dương, bên nào là cực âm ? + Ta đã biết hướng các đường sức từ và chiều chuyển động của MN, để xác định hai cực của nguồn thì ta sẽ sử dụng quy tắc bàn tay phải. - GV phát biểu quy tắc bàn tay phải (đọc 2 lần-chậm, đồng thời kết hợp với bàn tay phải của mình để học sinh làm quen) + Đặt bàn tay phải hứng các đường cảm ứng từ, ngón cái choãi ra 900 hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây, khi đó đoạn dây dẫn đóng vai trò như một nguồn điện, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chỉ chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn điện đó. + Yêu cầu một học sinh phát biểu lại quy tắc và vận dụng để kiểm chứng lại thí nghiệm trên. (chiếu trên slide). + Nếu coi đoạn dây đó như một nguồn điện thì M là cực âm, còn N là cực dương. 2. Quy tắc bàn tay phải Hoạt động 4: Biểu thức suất điện động cảm ứng trong đoạn dây (15 phút) Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung bài học * GV đặt vấn đề: Trong phần này chúng ta sẽ tìm hiểu nguyên nhân sinh ra suất điện động cảm ứng và đi đến thành lập công thức xác định độ lớn suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn MN chuyển động trong từ trường đều + Suất điện động cảm ứng trong mạch chính là suất điện động trong đoạn dây chuyển động. + Yêu cầu học sinh nhắc lại biểu thức độ lớn suất điện động cảm ứng trong mạch điện kín. Như ta đã biết suất diện động cảm ứng trong mạch đó chính là suất điện động trong đoạn dây dẫn chuyển động. Vì vậy biểu thức trên là biểu thức độ lớn suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động. + Bây giờ chúng ta xét trường hợp đơn giản và cùng vuông góc với MN. - Với trường hợp : trong biểu thức được hiểu là từ thông được quét bởi đoạn dây dẫn đó trong thời gian . Bây giờ chúng ta sẽ đi thiết lập từ thông được đoạn dây dẫn chuyển MN chuyển động quét được trong khoảng thời gian . ( GV có thể gợi ý cho HS: khi thanh MN di chuyển trong khoảng thời gian thì đoạn dây MN di chuyển được một khoảng bằng bao nhiêu? Từ đó suy ra đoạn dây MN đã quét được một diện tích =?) Từ đó ta có biểu thức =? * GV thông báo cho HS: + Chúng ta có thể thành lập biểu thức suất điện động cảm ứng xuất hiện trên đoạn dây MN bằng cách sử dụng lực Lo-ren xơ tác dụng lên electron. Trên bề mặt đoạn dây MN có các electron tự do. Khi đoạn dây chuyển động thì các electron đó cũng chuyển động với cùng vận tốc như đoạn dây. - - - - - - + + + Ÿ Ÿ M N Khi thanh MN chuyển động trong từ trường thì các electron tự do chịu tác dụng của lực Lorenxo và chuyển động về một phía của thanh. Yêu cầu HS xác định chiều của lực Lorenxơ tác dụng lên các hạt electron tự do? Khi electron tự do di chuyển về đầu M của thanh nên đầu M nhiễm điện âm, còn đầu N của thanh thiếu electron tự do nên nhiễm điện dương. Suy ra trong đoạn dây MN xuất hiện điện trường cảm ứng và gây ra lực điện trường cảm ứng. Yêu cầu HS xác định chiều của lực điện trường? Sau khoảng thời gian rất ngắn hai lực này cân bằng nhau. Áp dụng điều kiện cân bằng cho một hạt electron tự do và một số biểu thức liên quan, các em hãy xác định độ lớn suất điện động cảm ứng của nguồn? + GV rút ra nhận xét. * Với trường hợp - GV thông báo cho HS biểu thức của suất điện động cảm ứng xuất hiện trên đoạn dây dẫn MN lúc này là - Yêu cầu HS trả lời câu hỏi C1 trong SGK * GV rút ra nhận xét: Khi đoạn dây dẫn MN chuyển động trượt trên mặt phẳng chứa các đường sức từ thì trên đoạn dây dẫn đó không xuất hiện suất điện động cảm ứng. + HS trả lời: - HS trả lời: - Vận dụng quy tắc bàn tay trái để xác định chiều của lực Lorenxo. - HS xác định chiều của lực điện trường. Ta có Trong trường hợp mạch hở, độ lớn hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện bằng độ lớn suất điện động của nguồn: + HS trả lời: - Suất điện động cảm ứng trong thanh MN bằng 0, vì trong trường hợp này . + HS tiếp thu và ghi nhớ. 3. Biểu thức suất điện động cảm ứng trong đoạn dây * Xét trường hợp + Ta có: Vì Trong đó: + Nhận xét: Đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường được coi như nguồn điện. Khi đó lực đóng vai trò là lực lạ. Hoạt động 5: Tìm hiểu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của máy phát điện (5 phút) Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung ghi bảng * Đặt vấn đề vào bài: Một trong những ứng dụng quan trọng và quen thuộc của hiện tượng cảm ứng điện từ trong các đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường là máy phát điện. Máy phát điện đầu tiên trên thế giới do nhà bác học Faraday phát minh năm 1831 là máy phát điện quay tay. Giờ chúng ta sẽ đi nghiên cứu hai loại máy phát điện đó là máy phát điện xoay chiều và máy phát điện một chiều. + GV thông báo cho HS dựa trên mô hình máy phát điện có trong phòng thực hành: * Máy phát điện xoay chiều: - Cấu tạo: + Gồm một khung dây quay trong từ trường của một nam châm, + Ngoài ra còn bộ góp gồm 2 vành khuyên và 2 chổi quét. - Hoạt động: + Khi khung dây quay, các cạnh của khung cắt đường sức từ. Vì vậy trong các đoạn dây đó xuất hiện suất điện động cảm ứng. + Hai đầu khung nối với hai vòng đồng, hai vòng đồng tiếp xúc với hai chổi quét. Mỗi chổi quét là một cực của máy phát điện. + Dòng điện đưa ra mạch ngoài là dòng điện có chiều thay đổi theo thời gian. - GV thao tác trên mô hình máy phát điện xoay chiều trên thực tế. * Máy phát điện một chiều: (chiếu trên slide) - Cấu tạo: yêu cầu HS đưa ra phần giống và khác nhau giữa máy phát điện xoay chiều và máy phát điện một chiều. - Hoạt động: + Khi khung quay, trong khung xuất hiện suất điện động cảm ứng. Hai bán khuyên bằng đồng tiếp xúc với 2 chổi quét. Mỗi chổi quét là một cực của máy. Dòng điện được đưa ra mạch ngoài có chiều không đổi. - GV thao tác trên máy phát điện một chiều trong thực tế. - Ghi nhận kiến thức. + HS trả lời: - Giống nhau: khung dây quay đặt trong nam châm. - Khác nhau: bộ góp Ÿ Máy phát điện xoay chiều: có hai vành khuyên và hai chổi quét. Ÿ Máy phát điện một chiều: có hai bán khuyên và 2 chổi quét. 4. Máy phát điện a. Máy phát điện xoay chiều + Cấu tạo: + Nguyên tắc hoạt động (chiếu đoạn phim) b. Máy phát điện một chiều + Cấu tạo: + Nguyên tắc hoạt động (chiếu đoạn phim) Hoạt động 6: Củng cố và dặn dò (2 phút) Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Qua bài học hôm nay các em cần phải: + Vận dụng được quy tắc bàn tay phải để xác định chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn điện (hay trong đoạn dây dẫn chuyển động). + Vận dụng công thức xác định độ lớn SĐĐ cảm ứng trong đoạn dây để giải bài tập. - Về nhà làm bài tập 1, 2, 3, 4 trong SGK trang 193 - Ôn tập các kiến thức về máy biến thế đã học ở lớp 9 THCS. Sinh viên thực hiện Giáo viên hướng dẫn Phạm Tùng Lâm Lê Thị Quỳnh Trang