Giáo án Vật lý 11 nâng cao - Hà Thị Đính

GIÁO ÁN VẬT LÝ 11 NÂNG CAO Bài 38. HIỆN TƯỢNG CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ. SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG I. MỤC TIÊU: 1. Kiến thức: Phát biểu được định nghĩa từ thông, ý nghĩa và đơn vị của từ thông. Nhận biết được dòng điện cảm ứng trong các trường hợp. Hiểu được điều kiện xảy ra hiện tượng cảm ứng điện từ. Nắm được hiện tượng cảm ứng điện từ, dòng điện cảm ứng, suất điện động cảm ứng. Hiểu và vận dụng được quy tắc Len-xơ xác định chiều dòng điện cảm ứng. Vận dụng được công thức xác định suất điện động cảm ứng và nắm được nội dung định luật Fa-ra-đây. 2. Kĩ năng: Rèn luyện kĩ năng phân tích và tính toán vận dụng tính từ thông trong các trường hợp. Rèn luyện kĩ năng nhận biết sự xuất hiện của dòng điện cảm ứng trong mạch kín. II. CHUẨN BỊ: 1. Giáo viên: Bảng vẽ sẵn: TN xác định chiều dòng điện cảm ứng. Dụng cụ thí nghiệm: ống dây, thanh nam châm, điện kế, cuộn dây phẵng, biến trở, công tắc và nguồn điện. Phiếu học tập: Câu 1: Từ thông do dòng điện cảm ứng sinh ra có tác dụng: A. Hỗ trợ dòng điện cảm ứng. B. Chống lại dòng điện cảm ứng. C. Chống lại mọi sự biến thiên của từ thông sinh ra nó. D. Hỗ trợ từ thông. Câu 2: Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong vòng dây dẫn kín khi ta thay đổi yếu tố nào? A. Từ trường B tác dụng lên vòng dây. B. Tiết diện S của vòng dây. C. Góc α hợp bởi pháp tuyến của vòng dây với từ trường B. D. Tất cả những yếu tố trên. Câu 3: Định luật Len – xơ là hệ quả của định luật bảo toàn A. dòng điện. B. điện tích. C. động lượng D. Năng lượng. Câu 4: Biểu thức nào dưới đây biểu diễn một đại lượng có đơn vị là veebe (Wb) ? A. B. C. D. 2. Học sinh: Ôn lại kiến thức về hiện tượng cảm ứng điện từ đã học ở THCS. III. TIẾN TRÌNH XÂY DỰNG KIẾN THỨC: Từ trường không sinh ra dòng điện. nhưng khi số đường sức từ qua ống dây thay đổi → có dòng điện qua ống dây. Khi di chuyển con chạy thì số đường sức từ qua ống dây biến đổi → trong vòng dây xuất hiện dòng điện. Từ TN H38.1 rút ra NX gì? Từ TN H38.2 rút ra NX gì? TN Ơ – xtét cho biết dòng điện sinh ra từ trường. Ngược lại từ trường có thể sinh ra dòng điện được không? Khi số đường sức từ qua một đơn vị diện tích biến thiên thì đại lượng vật lí nào biến thiên? KN từ thông. Ý nghĩa của từ thông. Đơn vị từ thông. Từ 2 TN trên và KN từ thông hãy đưa ra KN DĐCƯ DĐ xuất hiện khi có sự biến đổi từ thông qua mạch điện kín gọi là DĐCƯ. SĐĐ sinh ra DĐCƯ gọi là SĐĐCƯ. Từ KN DĐCƯ hãy đưa ra KN SĐĐCƯ? SĐĐCƯ xuất hiện khi nào? Khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch kín thì trong mạch xuất hiện SĐĐCƯ. Hiện tượng xuất hiện SĐĐCƯ gọi là HTCƯĐT. DĐCƯ có chiều như thế nào? TNKS: — MĐ: N/c quy luật chiều ic . — DC: - 1 ống dây (L) quấn cùng chiều KĐH. - 1 NC thẳng: - 1 điện kế G và 1 pin: — PA: cho NC chuyển động so với ống dây, có 4 trường hợp: - TH1: Đưa cực N lại gần (L). - TH2: Đưa cực N ra xa (L). - TH3: Đưa cực S lại gần (L). - TH4: Đưa cực S ra xa (L). — THTN: Từ TN trên có NX gì? NX: Từ chiều quay của KĐK suy ra được: Từ NX đưa ra KL gì? KL: Định luật Len – xơ: DĐCƯ có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó. Từ HTCƯĐT khái quát hóa đưa ra định luật Fa – ra – đây Định luật Fa – ra – đây về cảm ứng điện từ: Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch: Hướng dẫn giải Câu hỏi và bài tập SGK. IV. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC: Hoạt động 1 (5 phút) : kiểm tra bài cũ. Hoạt động của HS Trợ giúp của GV HS lắng nghe. ? Ở chương IV các em đã học về Từ Trường đó là cơ sở để chúng ta đi vào chương tiếp theo, chương V. Cảm ứng điện từ . TN Ơ – xtét cho biết dòng điện sinh ra từ trường. Vậy ngược lại từ trường có thể sinh ra dòng điện hay không? Để trả lời câu hỏi này thì chúng ta đi vào phần ''1. Thí Nghiệm ''. Hoạt động 2 (10 phút) : các thí nghiệm về cảm ứng điện từ. Hoạt động của HS Trợ giúp của GV HS lắng nghe. Kim điện kế quay. Trong ống dây xuất hiện dòng điện. Kim điện kế quay theo chiều ngược lại. Trong ống dây xuất hiện dòng điện ngược chiều với dòng điện ban đầu. Khi cho ống dây dịch chuyển ra xa NC thì số đường sức qua ống dây giảm. Khi cho ống dây dịch chuyển ra xa NC thì số đường sức qua ống dây tăng. Khi cho NC và ống dây chuyển động đối với nhau thì số đường sức qua ống dây biến đổi làm kim điện kế quay, điều đó chứng tỏ trong ống dây xuất hiện dòng điện. Kim điện kế quay Trong vòng dây xuất hiện dòng điện. Ta tiến hành TN 1 về cảm ứng điện từ khi cho NC thẳng và ống dây chuyển động đối với nhau. ? Cho ống dây dịch chuyển ra xa NC thẳng, quan sát xem có hiện tượng gì xảy ra? ? Kim điện kế quay chứng tỏ điều gì? ? Cho NC thẳng dịch chuyển lại gần ống dây, quan sát xem có hiện tượng gì xảy ra? ? Kim điện kế quay theo chiều ngược lại chứng tỏ điều gì? ? Khi cho ống dây dịch chuyển ra xa NC thì số đường sức qua ống dây tăng hay giảm? ? Khi cho NC dịch chuyển lại gần ống dây thì số đường sức qua ống dây tăng hay giảm? ? Từ kết quả TN rút ra kết luận gì? TN này cho biết từ trường không sinh ra dòng điện nhưng khi số đường sức từ qua ống dây thay đổi thì có dòng điện qua ống dây. Ta tiến hành TN 2 về cảm ứng điện từ khi dòng điện trong ống dây biến đổi. Cho 2 ống dây lồng vào nhau, ống dây bên trong nối với nguồn điện và biến trở con chạy thông qua khóa K. ? Khi thay đổi con chạy trên biến trở, quan sát xem có hiện tượng gì xảy ra? ? Kim điện kế quay chứng tỏ điều gì? Khi con chạy di chuyển thì số đường sức từ xuyên qua vòng dây biến đổi làm xuất hiện dòng điện trong vòng dây. Khi số đường sức từ xuyên qua 1 đơn vị diện tích biến thiên thì có 1 đại lượng vật lí cũng biến thiên theo, đó là từ thông. Vậy để biết từ thông là gì thì ta sang phần ''2. Khái niệm từ thông''. Hoạt động 3 (10 phút) : tìm hiểu khái niệm từ thông. Hoạt động của HS Trợ giúp của GV HS tiếp thu và ghi nhớ. HS lắng nghe. Dùng khái niệm từ thông để diễn tả số đường sức xuyên qua 1 diện tích nào đó. Đơn vị của từ thông là veebe, kí hiệu Wb, 1Wb = 1T.1m2 . Giả sử có mặt phẳng diện tích S được đặt trong từ trường đều . Vẽ vectơ pháp tuyến của S. Chiều của chọn tùy ý. Góc hợp bởi vectơ pháp tuyến và vectơ cảm ứng từ kí hiệu là α thì. Φ là cảm ứng từ thông qua diện tích S, gọi tắt là từ thông qua diện tích S. Ta quy ước: nếu không có những điều kiện bắt buộc đối với pháp tuyến thì ta chọn chiều vectơ sao cho góc α là góc nhọn. Từ thông qua diện tích S là 1 đại lượng dương. ? Đọc SGK và cho biết ý nghĩa của từ thông? ? Đọc SGK và cho biết đơn vị của từ thông? Hoạt động 4 (5 phút) : tìm hiểu hiện tượng cảm ứng điện từ. Hoạt động của HS Trợ giúp của GV Dòng điện cảm ứng. Dòng điện xuất hiện khi có sự biến đổi từ thông qua mạch điện kín gọi là dòng điện cảm ứng. Khi có sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch kín thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng. HS lắng nghe. Từ TN 1,2 và khái niệm từ thông, ta có thể nói khi từ thông qua mặt giới hạn bởi mạch điện kín biến đổi theo thời gian thì trong mạch xuất hiện dòng điện. ? Dòng điện xuất hiện trong trường hợp đó gọi là gì? ? Thế nào là dòng điện cảm ứng? Trong mạch điện kín có dòng điện thì phải tồn tại suất điện động sinh ra nó. Ta gọi suất điện động sinh ra dòng điện cảm ứng trong mạch là suất điện động cảm ứng. ? Điều kiện xuất hiện suất điện động cảm ứng trong mạch điện kín là gì? Hiện tượng xuất hiện suất điện động cảm ứng là hiện tượng cảm ứng điện từ. Phần 3 ta đã đưa ra khái niệm dòng điện cảm ứng, vậy dòng điện cảm ứng có chiều như thế nào thì chúng ta đi vào phần ''4. Chiều của dòng điện cảm ứng. Định luật Len – xơ''. Hoạt động 5 (10 phút) : tìm hiểu chiều của dòng điện cảm ứng, định luật Len – xơ. Hoạt động của HS Trợ giúp của GV HS lắng nghe. HS quan sát DCTN. Thanh NC có 2 cực N và S, tương tự ở phần 1 ta đưa thanh NC lại gần và ra xa ống dây thì KĐK bị lệch. Do đó ta sẽ có 4 trường hợp để THTN. HS thực hiện và cho nhận xét: TH 1,3: có chiều ngược chiều với TH 2,4: có chiều cùng chiều với . HS thực hiện. HS lắng nghe. TH1,3: Từ trường của dòng điện cảm ứng trong ống dây như muốn ngăn cản NC lại gần ống dây. TH2,4: Từ trường của dòng điện cảm ứng trong ống dây như muốn ngăn cản NC ra xa nó. Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó. C3: Chiều của dòng điện cảm ứng trong ống dây không đổi vì theo ĐL Len-xơ thì các của của ống dây là không thay đổi. C4: HS quan sát TN và trả lời. Vận dụng định luật Len – xơ, xác định chiều trong ống dây biểu hiện bằng chiều lệch của kim điện kế. Phần 1 ta tiến hành TN: Khi đưa thanh NC lại gần hay ra xa ống dây thì thấy KĐK bị lệch → có dòng điện trong ống dây. Ta thấy KĐK lúc thì lệch phía này, lúc lại lệch phía kia. Phải chăng chiều dòng điện cảm ứng có liên quan đến chiều biến thiên của từ thông, và nó tuân theo qui luật nào? Chúng ta đi tìm hiểu thông qua TN. — MĐ: N/c qui luật về chiều dòng điện cảm ứng. — DC: H38.5 . - 1 ống dây (L) quấn cùng chiều KĐH. - 1 NC thẳng: tạo ra từ trường biến thiên qua ống dây. - Điện kế. - Pin và dây nối. ? Hãy đề xuất phương án để tiến hành TN khảo sát chiều dòng điện cảm ứng? — PA: Có 4 PA để THTN: + Đưa cực N lại gần L. + Đưa cực N ra xa L. + Đưa cực S lại gần L. + Đưa cực S ra xa L. — THTN: Trong TN cần chú ý có sự tương ứng giữa chiều dòng điện qua điện kế và chiều lệch của KĐK tức là khi quan sát phía lệch của KĐK thì biết được chiều dòng điện qua điện kế cũng có nghĩa là chiều dòng điện cảm ứng trong ống dây. + Xác định chiều lệch của KĐK. Ta qui ước: G I đi vào A, ra B. G I đi ra A, vào B. + TN: G - TH1: G - TH2: G - TH3: G - TH4: ? Vận dụng quy tắc bàn tay phải, hãy xác định chiều vec – tơ cảm ứng từ trong ống dây? ? Bây giờ ta có thể coi ống dây như một NC điện. Hãy xác định các cực của ống dây trong các TH trên? Nếu biết chiều ic thì áp dụng quy tắc bàn tay phải ta tìm được chiều vecto cảm ứng điện từ trong ống dây. TH1: Vecto cảm ứng từ trong ống dây có hướng từ dưới lên nên đầu B là cực N, đầu A là cực S. Xét về mặt tương tác từ thì TH1 là tương tác đẩy. TH2: Vecto cảm ứng từ trong ống dây có hướng từ trên xuống nên đầu B là cực S, đầu A là cực N. Xét về mặt tương tác từ thì TH2 là tương tác hút. Tương tự cho các TH còn lại. ? Em có nhận xét gì về từ trường của dòng điện cảm ứng trong ống dây so chiều dịch chuyển của NC trong các TH trên? TH1,3: Từ trường của dòng điện cảm ứng trong ống dây như muốn ngăn cản NC lại gần ống dây. TH2,4: Từ trường của dòng điện cảm ứng trong ống dây như muốn ngăn cản NC ra xa nó. ? Từ nhận xét trên, em nào có thể phát biểu ĐL Len-xơ để xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong ống dây? ? Trả lời C3, C4? Ta xây dựng TN để kiểm chứng định luật Len – xơ . Bố trí DCTN như hình vẽ: ? Qua sơ đồ trên dựa vào định luật Len – xơ, hãy xác định chiều trong ống dây mắc với điện kế ? Làm thí nghiệm xác định chiều . Hoạt động 6 (10 phút) : tìm hiểu định luật Fa – ra – đây về cảm ứng điện từ. Hoạt động của HS Trợ giúp của GV HS lắng nghe. HS tiếp thu và ghi chép. Ta đã biết khi có sự biến thiên của từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch điện kín thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng. Bằng nhiều TN, Fa – ra – đây đã rút ra định luật Fa – ra – đây về cảm ứng điện từ: độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch điện kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch. Hoạt động 7 (10 phút) : củng cố và dặn dò. Hoạt động của HS Trợ giúp của GV HS trả lời. HS trả lời. HS trả lời. HS trả lời. Thực hiện yêu cầu của GV. Ghi chú. ? Dòng điện cảm ứng là gì? Khi nào thì trong mạch kín xuất hiện suất điện động cảm ứng. ? Phát biểu ĐL Len-xơ? ? Phát biểu ĐL Faraday về cảm ứng điện từ? ? Trả lời câu hỏi và làm bài tập cuối bài? Yêu cầu HS trả lời các câu hỏi trong SGK và làm trắc nghiệm trong phiếu học tập. Dặn dò chuẩn bị cho bài sau.