Giáo án Vật lý lớp 11 - Dòng điện Phu - Cô

TRÖÔØNG PTTH MAÏC ÑÓNH CHI  GIAÙO AÙN VAÄT LYÙ 11 GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO  VAÄT LYÙ PB 11: 61 -1 /5 Tiết : Bài 61: DÒNG ĐIỆN PHU - CÔ I. MỤC TIÊU :  Hiểu được dòng điện PHU CÔ là gì , khi nào phát sinh dòng điện Phu Cô  Hiểu được cái lợi và hại của dòng điện Phu Cô II. PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY : Phương pháp thực nghiệm và nêu vấn đề .. III. THIẾT BỊ , ĐỒ DÙNG DẠY HỌC : Con lắc kim loại , nam châm điện IV. TIẾN TRÌNH GIẢNG DẠY PHẦN LÀM VIỆC CỦA GIÁO VIÊN PHÂN PHỐI THỜI GIAN NỘI DUNG GHI BẢNG TỔ CHỨC ,ĐIỀU KHIỂN HOẠT ĐÔNG CỦA HỌC SINH Ghi chú 1. Kiểm tra bài cũ và kiến thức cũ liên quan với bài mới (3’) 1. Trả lời câu hỏi SGk 2. Làm bài tập 1,2,3, SGK Kiểm tra và đánh giá 2. Nghiên cứu bài mới 1. Dòng điện Phu-cô. a) Thi nghiệm Bố trí thí nghiệm như ở hình 61.1. Cho tấm kim loại (đồng hay nhôm) dao động trong từ trường của nam châm. Ta thấy tấm kim loại chỉ dao độnt trong khoảng thời gain ngắn rồi ừng lại. b) Giải thích: Khi tấm kim loại dao động, nó cắt các đường sứac từ của nam châm. Do đó trong tấm kim loại sinh ra các dòng điện cảm ứng. Theo quy tắc Len-sơ, dòng điện cảm ứng trong tấm kim loại có tác dụng ngăn cản sự chuyển động của chính tấm kim loại đó. Vì vậy tấm kim loại dừng lại nhanh chóng. Một khối vật dẫn đặt trong từ trường biến đổi theo thời gian, trong khối vật dẫn đó cũng sinh ra dòng điện cảm ứng trong lõi Bài này gồm hai mục với hai nội dung rõ rệt. Mục thứ nhất nói về dòng điện Phu-cô. Mục thứ hia nói về những trường hợp dòng Phu-cô là có lợi và dòng Phu-cô là có hại. Những nội dung nói trên chỉ trình bày ở mức độ định tính. Dòng điện Phu-cô Để đưa ra khái niệm về dòng điện Phu-cô, GV làm thí nghiệm như trên Hình 61.1 SGK. Trước khi làm thí nghiệm đó, GV nên cho tấm kim loại K dao động mà không có nam châm, sau đó cho K dao động nhiều lần liên tiếp, sờ tay vào còn có thể nhận thấy K hơi ấm lên một chút. Sau đó GV hướng dẫn để học sinh giải thích tại sao trong thí nghiệm vừa rồi tấm kim loại K TRÖÔØNG PTTH MAÏC ÑÓNH CHI  GIAÙO AÙN VAÄT LYÙ 11 GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO  VAÄT LYÙ PB 11: 61 -2 /5 của máy biến thế. Ta gọi dòng điện cảm ứng được sinh ra ở trong khối vật dẫn khi vật dẫn chuyển động trong từ trường hay được đặt trong từ trường biến đổi theo thời gian là dòng điện Phu-cô. Đặc tính chung của các dòng điện Phu-cô là tính chất xoáy. Nói cách khác các đường dòng của Phu-cô là tính chất xoáy. Nói cách khác các đường cong kín trong khối vật dẫn. Thay tấm kim loại liền khối trong thí nghiệm hinh 61.1 bằng tấm kim loại có rãnh sẻ như hình 61.2 thì thấy tấm kim loại này dao động lâu hơn, vì khiđó điện trở cũa tấm kim loại đối với dòng Phu-cô tănglàm cho cường độ dòng Phu-cô giảm. 2 ) . Tác dụng của dòng điện Phu-cô trong một số trường hợp dòng điện Phu-cô là cần thiết và có ích , trong một số trường hợp khác dòng điện Phu-cô lại có hại. a) Một vài ví dụ ứng dụng dòng Phu-cô Tác động gây ra lực hãm của dòng Phu-cô trong một số trường hợp là cần thiết. Người ta lợi dụng tác dụng này để hãm chuyển động, nhất là chuyển động quay của một bộ phận nào đó trong một số thiết bị máy móc hay dụng cụ. Chẳng hạn khi ta cân một vật bằng cân nhạy thường là kim của cân dao động khá lâu. Để tránh tình trangđó, người ta cho kim dao động giữa hai cực của một na mchâm, dao động của kim sẽ tát khá nhanh. Người ta cũng sử dụng tác dụng hãm của dòng Phu-cô trong phanh điện từ ở các xe có tải trọng lớn. Công tơ điện dùng trong giađìenh là một dụng cụ điện quen thuộc, trong đó dòng Phu-cô có vai trò cần thiế. Kho dòng điện qua cuộng dâytrong công tơ, nó sẽ sinh ra momen làm cho đĩa kim loại của công tơ quay. Đĩa kim loại đặt giữa hai cực cũa một nam châm hình chữ U. (hình 61.3) Khi đĩa kim loại quay, nó sinh ra dòng điện Phu-cô trong đĩa. Dòng địên Phu-cô gây ra momen cản tác dụng lên đĩa. Khi cân bằng giữa momen quay và momen cản thì đĩa quay đều. Khi ngắt dòng điện, mặc dù không còn momen quay tác dụng lên đĩa nhưng đĩa vẫn tiếp tạuc quay vì có quán tính, khi đó dòng điện Phu-cô các tác dụng làm cho đĩa ngừng quay một cách nhanh chóng. dừng lại nhanh chóng. Muốn vậy, cần gợi ý để học sinh thấy khi K dao động giữa hai cực của nam châm thì từ thông qua K biến đổi. Do đó, trong tấm kim loại K có dòng điện cảm ứng. Dòng điện cảm ứng này chạy ở bên trong khối vật dẫn và s9ược gọi là dòng điện Phu-cô. Theo quy tắc Len-xơ thì tù trường của dòng điện Phu-cô có tác dụng chống lại dao động của tấm kim loại K. Vì thế tấm kim loại dừng lại. Thành thử việc cho học sinh giải thích thí nghiệm đồng thời cũng là làm cho học sinh đưa ra khái niệm dòng Phu-cô. Mặt khác, đây cũng là dịp để học sinh vận dụng quy tắc Len-xơ vào trường hợp thực tế cụ thể. Cuối mục này SGK nêu thí nghiệm giống như thí nghiệm trước nhưng thay tấm kim loại liền khối bằng tấm kim loại có xẻ rãnh. Thí nghiệm cho thấy, tấm kim loại có xẻ rãnh dao động lâu hơn tấm kim loại liền khối. Để giải thích hiện tương này GV cần chỉ ra sự khác nhau giữa tấm kim loại liền khối và tấm kim loại có xẻ rãnhlà địen trở đối với dòng điện Phu-cô ỏ hai tấm kim loại đó. Điện trở của tấm kim loại liền khối đối với dòng Phu-cô nhỏ hơn tấm kim loại có xẻ rãnh. Vì vậy, tác dụng chống lại dao động của dòng Phu-cô trong tấm kim loại liền khối cũng lớn hơn tác dụng của dòng Phu-cô trong tấm kim loại có xẻ rãnh. Chú ý rằng, trong phòng thí nghiệm ở hình 61.1 SGK ta dùng nam châm vĩnh cửu hình chữ U. tuy nhiên, trong bộ thí nghiệm thường dùng ở nhà trường người ta người ta dùng nam châm điện thay cho nam châm vĩnh cửu. Ngòai ra, ở xà ngang của nộ thí nghiệm có thể treo được đồng thời hai con lắc, một con lắc với tấm kim loại liền khối và một con lắc với tấm kim loại có TRÖÔØNG PTTH MAÏC ÑÓNH CHI  GIAÙO AÙN VAÄT LYÙ 11 GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO  VAÄT LYÙ PB 11: 61 -3 /5 b) Một vài thí dụ về trường hợp dòng Phu-cô là có hại. Nhiều thiết bị điện có cấu tạo dưới dạng một lõi sắt đặt trong một ống dây có dòng điện xoay chiều chạy qua. Lõi sắt này có tác sụng tăng cường từ trường. Dòng điện trong ống dây biến đổi theo thời gian nên trong lõi s81t xuất hiện dòng điện Phu-cô. Sự xuất hiện dòng điện Phu-cô trong trường hợp này là có hại. Thứ nhất là nhiệt toả ra do dòng Phu-cô sẽ làm lõi sắt bị nóng có thể làm hỏng máy. Thứ hai là dòng điện Phu-cô luôn luôn có xu hướng chống lại nguyên nhân đã gây ra nó. Trong trường hợp động cơ điện, nó chống lại sự quay của động cơ. Do đó nó làm giảmcông suất của động cơ. Để giảm tác dụng của dòng Phu-cô, người ta không dùng lõi sắt dưới dạng khối liền mà dùng những là thép silic mỏng có phủ lớp sơn cách điện gghép sát với nhau (hình 61.4). Ngoài ra, những lá mỏng này lại được dặt song song với đưởng sức từ. Làm như vậy điện trở của lõi sắt đối với dòng Phu-cô tăng lên. Bằng cách đó tuy ta không khử được triệt để dòng Phu- cô, nhưng cũng làm giảm cường độ của nó một cách đáng kể. xẻ rãnh. Lúc đầu, cho con lắc dao động nhưng chưa cho dòng điện vào cuộn dây của nam châm điện. Sau đó, cho dòng điện vào cuộn dây và điều chỉnh sao cho khoảng cách giữa hai cực của nam châm điện chỉ vào khoảng 1 – 1,5 cm. Bây giờ, cho con lắc với tấm kim loại liền khối dao động, sẽ thấy con lắc chỉ thực hiện được một vài dao động rồi dừng lại. Vì bộ thiết bị được chế tạo để có thể thực hiệnnhiều thí nghiệm nên thực ra trong bộ thí nghiệm này ta có một biến thế với lõi tháo lắp được. Muốn tạo ra ột nam châm điện, ta chỉ cần tháo một thanh thép của lõi biến thế và thay bằng hai thanh thép ngắn để làm thành hai cực của nam châm điện hình chữ U. Vì lí do đó nên có thể điề chỉnh được khoảng cách giữa hai cực của nam cham. Ngoài ra khi biến đổi biến thế thành nam châm điện ta không cần cho dòng điện vào cả hai cuộn dây của biến thế mà chỉ cần cho dòng điện vào cuộn dây có số vòng ít hơn cũng được. Tác dụng của dòng điện Plu-cô Trong một số trường hợp, dòng điện Phu-cô là có ích và cần thiết. Trong một số trường hợp khác dòng điện Phu-cô lại có hại Về những trường hợp dòng Phu cô là cần thiết, trong SGK nói kĩ hơn về công tơ điện, vì đó là một dụng cụ điện hầu như gia đình nào cũng có. Khi giảng dạy giai đoạn này GV nên chú ý rằng, dòng điện qua công tơ điện là dòng điện xoay chiều vì vậy trong đĩa nhôm xuất hiện dòng Phu- cô.Ngoài ra cũng nên chú ý rằng, momen quay và momen cản đều cho dòng điện Phu-cô trong đĩa nhôm của công tơ sinh ra. Tuy nhiên, việc giải thích sự sinh ra momen quay là rất phức tạp, TRÖÔØNG PTTH MAÏC ÑÓNH CHI  GIAÙO AÙN VAÄT LYÙ 11 GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO  VAÄT LYÙ PB 11: 61 -4 /5 vì thế SGK chỉ nói đến vai trò của dòng Phu-co trong việc sinh ra momen cản. Về những trường hợp dòng Phu cô là có hại, SGK có nói đến máy biến thế. Chú ý rằng, ở lớp 9 học sinh đã được học về cấu tạo (cu65n sơ cấp và cuộn thứ cấp) và nguyên tắc hoạt độn của máy biến thế. Vì vậy, ở đây GV chỉ nói riêng về cấu tạo của lõi biến thế. Lõi biến thế gồm những lá thép silic mỏng được ghép sát nhau chắc chắn và cách điện với nhau. Làm như vậy, điện trở của lõi biến thế đối với dòng Phu-cô cũng giảm, vì vậy tác hại của dòng Phu-cô cũng giảm. Cũng không nên quên rằng, máy biến thế ch3 được dùng đối với dòng điện xaoy chiều và vì thế bao giờ củng xuất hiện dòng Phu-cô. GV cũng nên cho học sinh thấy rằng, thực ra phương pháp ghép các lá thép cách điện với nhau tạo thành một khối không chỉ dùng ở máy biến thế mà nó cò được dùng ở nhiều trường hợp khác. Nó chung, lõi thép trong các ống dây có dòng điện biến đội theo thời gianđều được ghép bằng các lá mỏng. Người ta phải ghép các lá thép sao cho dòng Phu-cô được sinh ra trong lõi thép sẽ bị các lớp cách điện giữa các lá thép ngăn cản. Trong trường hợp đó, điện trở của lõi thép tăng lên rất lớn. Cách ghép các lá thép như trên hình 61.1a Làm cho dòng Phu-cô yếu đi rất nhiều so với cách ghép như trên hình 61.1b Trả lới TRÖÔØNG PTTH MAÏC ÑÓNH CHI  GIAÙO AÙN VAÄT LYÙ 11 GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO  VAÄT LYÙ PB 11: 61 -5 /5 3. Củng cố bài giảng Dặn dò của học sinh (5’) Yêu cầu nhắc lại : Nhấn mạnh các nội dung quan trọng . Trả lời câu hỏi và làm bài tập SGK Chuẩn bị bài mới” “ HS tư lưc 