Giáo án Vật lý 11 Bài 20: Lực từ. Cảm ứng từ

VŨ THỊ MỘNG HUYỀN LỚP: DH16LY MSSV: DLY150694 TRƯỜNG ĐH AN GIANG KHOA SƯ PHẠM CHƯƠNG IV: TỪ TRƯỜNG Bài 20: LỰC TỪ. CẢM ỨNG TỪ I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức - Nêu được khái niệm từ trường đều. - Trình bày được các đặc điểm của lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. - Viết và giải thích được ý nghĩa các đại lượng trong biểu thức tính lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. - Trình bày được khái niệm cảm ứng từ và qui tắc xác định lực từ bằng bàn tay trái. 2. Kỹ năng - Xác định được mối quan hệ về chiều giữa dòng điện, vecto cảm ứng từ và vecto lực từ. - Giải được các bài toán liên quan đến bài học. 3. Thái độ - Biết chấp nhận kết quả của các thuyết trong vật lý. II. CHUẨN BỊ 1. Giáo viên: - Dụng cụ để làm thí nghiệm về lực từ. - Giáo án rõ ràng. 2. Học sinh: - Xem và soạn trước bài 20. - Ôn lại các kiến thức đã học về lực từ ở vật lý 9. III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC Ổn định lớp: Kiểm tra bài cũ: (5 phút) Bài trước các em đã được học về Từ trường. Vậy thì trước khi qua bài mới cô sẽ hệ thống lại cho các em sự tương đồng cũng như sự khác nhau giữa điện trường và từ trường. Điện trường Từ trường - Là môi trường vật chất bao quanh điện tích. - Để phát hiện ra điện trường, dùng điện tích thử. - Điện tích gây ra điện trường. - Trong điện trường có các đường sức điện. - Điện trường tác dụng lực điện lên các điện tích đặt trong nó. - Vecto CĐĐT đặc trưng cho điện trường - Là môi trường vật chất bao nam châm và dòng điện. - Để phát hiện ra từ trường, dùng nam châm thử. - Dòng điện gây ra từ trường. - Trong từ trường có các đường sức từ. - Từ trường tác dụng lực điện lên các nam châm hoặc dòng điện khác đặt trong nó. - Đặc trưng cho từ trường tại 1 điểm? Giới thiệu bài mới: - Nêu vấn đề: Để đặc trưng cho từ trường tại một điểm người ta sử dụng đại lượng nào? Chúng ta cùng tìm hiểu qua bài hôm nay. - Các nội dung chính của bài. Tổ chức hoạt động dạy học: Hoạt động 1 (20 phút): Tìm hiểu lực từ. Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung cơ bản - Để dẽ dàng quan sát và đo đạc lực từ, trước hết người ta tạo ra 1 từ trường đều. Vậy từ trường đều là gì? ? Trước khi tìm hiểu từ trường đều là gì, cô nhờ 1 bạn nhắc lại khái niệm diện trường đều mà các em đã được học ở chương 1. → Điện trường đều (SGK/20) - Vậy thì tương tự như Điện trường đều ta cũng có thể ĐN Từ trường đều như sau: → Cho HS ghi bài: ĐN Nêu vấn đề: Và khi khảo sát Nam châm hình chữ U, người ta nhận thấy giữa 2 bản cực Bắc, Nam của Nam châm hình chữ U cũng có thể tạo ra Từ trường đều đó là những đường thẳng // cách đều, cùng chiều nhau. - Khi có từ trường đều rồi thì lực từ do từ trường đều tác dụng lên 1 đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua sẽ được xác định như thế nào → chúng ta cùng tìm hiểu qua phần 2 + Ta xét nam châm hình chữ U và đoạn dây dẫn M1M2 đặt trong lòng nam châm như hình vẽ. ? Một bạn cho cả lớp biết là khi chưa có dòng điện chạy qua M1M2 thì có những lực nào tác dụng lên đoạn dây đó, và các lực này như thế nào với nhau? → Tác dụng lên đoạn dây gồm có trọng lực P, các lực căng dây O1M1, O2M2 → Các lực này cân bằng nhau → đoạn dây M1M2 nằm cân bằng. + Khi cho dòng điện chạy qua dây có chiều từ O1 đến O2 thì lúc này xuất hiện lực từ F tác dụng lên đoạn dây M1M2. → Kết quả thí nghiệm cho thấy lực từ F⊥ M1M2 và F ⊥ với đường sức từ. → Và khi đó dây nằm cân bằng ở một vị trí mới hợp với phương thằng đứng một góc θ. + Ta có thể biểu điễn lại hình vẽ 1 cách đơn giản như sau: (hình 20.2b SGK): Với CĐDĐ I kí hiệu ⊗ nghĩa là hướng từ ngoài vào trong. Từ trường thẳng đứng hướng lên. → Vậy là tác dụng lên đoạn dây gồm có trọng lực P, lực từ F, lực căng dây T của cả 2 sợi dây bao gồm T1 và T2. → Khi dây dẫn M1M2 cân bằng thì tổng hợp lực tác dụng lên đoạn dây sẽ bằng 0 nghĩa là: P+F+T=0 ⇔P+F=-T Nghĩa là tổng hợp của P và F là 1 lực cân bằng với lực căng dây T cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn. ?C1: Yêu cầu 1 HS đọc câu hỏi và lên bảng thiết lập hệ thức. → Trên hình ta thấy P và F lần lượt là cạnh kề và cạnh đối của góc θ → liên quan đến hàm tan nên ta áp dụng: tanθ=FP⟹F=P.tanθ=m.g.tanθ - TN với nhiều trường hợp khác nhau là khi người ta đổi chiều dòng điện hoặc là khi đổi cực nam châm (đổi chiều từ trường) thì người ta đều nhận thấy rằng lực từ cũng bị đổi chiều. ⟹ Vậy là chiều của F, I, B có liên quan với nhau và theo nhiều thí nghiệm người ta chứng minh được chúng liên quan với nhau theo 1 qui tắc đó là qui tắc “bàn tay trái”. ? Yêu cầu HS phát biểu qui tắc. → SGK/26 ⟹ Và lúc này người ta nói là hướng của dòng điện, từ trường và lực từ tạo thành 1 tam diện thuận. Làm thí nghiệm: Sau khi chúng ta tìm hiểu xong phần lí thuyết lực từ, và để giúp các em hiểu bài rõ hơn cô sẽ làm một TN thực tế về sự xuất hiện của lực từ trong từ trường đều như sau: → GV giới thiệu dụng cụ, cách tiến hành. ? Yêu câu HS dự đoán hiện tượng - GV làm thí nghiệm → Nhận xét dự đoán → phân tích hiện tượng → vẽ hình mô phỏng lên bảng. ? Yêu cầu HS lên xác định lực từ của khung dây. HS trả lời. Ghi nhận. Ghi nhận. Đọc SGK. HS trả lời. Ghi nhận Ghi nhận. Ghi nhận. Ghi nhận. - HS đọc và trả lời C1. - Ghi nhận. - HS trả lời. Ghi nhận. - HS dự đoán. - HS lên bảng. Lực từ: 1. Từ trường đều: - Từ trường đều là từ trường mà đặc tính của nó giống nhau tại mọi điểm; các đường sức từ là những đường thẳng song song, cùng chiều và cách đều nhau. 2. Xác định lực từ do từ trường đều tác dụng lên một đoạn dây dẫn có dòng điện: - Khi dây dẫn M1M2 nằm cân bằng: P+F+T=0 ⇔P+F=-T ⟹F=m.g.tanθ Qui tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái duỗi thẳng sao cho các đường cảm ứng từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón giữa là chiều dòng điện, khi đó ngón cái choãi ra 900 chỉ chiều của lực từ tác dụng lên dòng điện. ⟹ Hướng của dòng điện, từ trường và lực từ tạo thành 1 tam diện thuận. Hoạt động 2 (20 phút): Tìm hiểu cảm ứng từ: Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung cơ bản Nêu vấn đề: ở chương 1 khi học về điện trường thì ta đã biết 1 đại lượng đặc trưng cho điện trường về phương diện tác dụng lực tại 1 điểm là vecto CĐĐT → Vậy thì trong chương này khi học về từ trường , để đặc trưng cho từ trường tại 1 điểm về phương diện tác dụng lực, thì người ta đưa ra khái niệm cảm ứng từ - Trước khi đưa ra khái niệm cảm ứng từ , người ta tiến hành các thí nghiệm sau: TN1: Người ta giữ nguyên chiều dài l của đoạn M1M2 và thay đổi giá trị CĐDĐ I để đo lực từ tương ứng. - Cho I giảm từ 5A xuống 2A, lúc này có các giá trị lực từ đo được tương ứng. ? Yêu cầu HS nhận xét kết quả lực từ đo được → Lực từ giảm. ? Yêu cầu HS tính kết quả tỉ số (F/I.l) và nhận xét kết quả → Tỉ số này không thay đổi và đều bằng 0,08. ⟹ KL: Ta thấy khi CĐDĐ I giảm thì lực từ F cũng giảm. ⟹ Nhận xét: F~I TN2: Người ta giữ nguyên CĐDĐ I và thay đổi giá trị chiều dài l của đoạn M1M2 để đo lực từ trường. - Cho l tăng từ 0,1 đén 0,25m, lúc này có các giá trị lực từ đo được tương ứng. ? Yêu cầu HS nhận xét kết quả lực từ đo được → Chiều dài tăng thì lực từ cũng tăng theo. ? Yêu cầu HS tính kết quả tỉ số (F/I.l) và nhận xét kết quả → Tỉ số này cũng không thay đổi và đều bằng 0,08. ⟹ KL: Ta thấy khi tăng chiều dài l thì lực từ F cũng tăng theo. ⟹ Nhận xét: F~l Nhận xét chung: - Ở 2 TN trên người ta đo lực từ để tìm hiểu sự phụ thuộc của lực từ vào CĐDĐ I và chiều dài l. Và trong trường hợp góc α tạo bởi từ trường và chiều dài bằng 900. - Trong trường hợp góc α thay đổi thì lúc này người ta cũng tiến hành TN tương tự và CM được rằng lực từ cũng tỉ lệ thuận với sinα. → Vậy F~I, l, sinα ⟹ Nội dung ghi bài. 2. Yêu cầu HS dựa vào SGK và cho biết đơn vị của cảm ứng từ. → Đơn vị cảm ứng từ là tesla (T). Nêu vấn đề: Vì cảm ứng từ đặc trưng cho từ trường tại 1 điểm cho nên nố có cả phương, chiều và độ lớn → vì vậy cảm ứng từ là 1 đại lượng vecto → Vecto cảm ứng từ có những đặc điểm gì, chúng ta qua phần 3. ? Như các em đã biết là cảm ứng từ đặc trưng cho từ trường, vì vậy mà vecto cảm ứng từ B tại 1 điểm có những đặc điểm gì? → Nội dung ghi bài. Nêu vấn đề: Vecto cảm ứng từ B đặc trưng cho từ trường về phương diện tác dụng lực tại 1 điểm → Vậy biểu thức tổng quát của lực từ F biểu diễn như thế nào? Chúng ta cùng tìm hiểu qua phần 4. Xét đoạn dây dẫn M1M2 có chiều dài l như TN ban đầu thì tích của CĐDĐ I.l gọi là vecto “phần tử dòng điện”, có hướng cùng hướng với dòng điện. ? Dựa vào SGK, 1 bạn cho cả lớp biết lực từ F tác dụng lên phần tử dòng điện đặt trong từ trường đều có những đặc điểm gì về điểm đặt, phương, chiều và độ lớn? → Nội dung ghi bài. Ghi nhận. HS trả lời. HS trả lời. Ghi nhận. HS trả lời. HS trả lời. Ghi nhận. Ghi nhận. Ghi nhận. HS trả lời. Ghi nhận HS trả lời. Ghi nhận. HS trả lời. Ghi nhận. II. Cảm ứng từ 1. Thí nghiệm: F~I, l Và FI.l=const Với α là góc tạo bởi chiều dòng điện và từ trường. - Thương số FI.l đặc trưng cho tác dụng của từ trường tại điểm khảo sát gọi là cảm ứng từ. Kí hiệu là B. B=FI.l Trong đó : F : độ lớn lực từ (N) I : CĐDĐ chạy qua dây (A) l : chiều dài đoạn dây (m) 2. Đơn vị cảm ứng từ - Trong hệ SI đơn vị cảm ứng từ là tesla (T). 1T = 3. Véc tơ cảm ứng từ - Véc tơ cảm ứng từ tại một điểm: + Có hướng trùng với hướng của từ trường tại điểm đó. + Có độ lớn là: B = 4. Biểu thức tổng quát của lực từ : - Lực từ tác dụng lên phần tử dòng điện I.l đặt trong từ trường đều, tại đó có cảm ứng từ là : + Có điểm đặt tại trung điểm của M1M2 ; + Có phương vuông góc với và ; + Có chiều tuân theo qui tác bàn tay trái; + Có độ lớn F = IlBsinα Trong đó α là góc tạo bởi, l và B. Chú ý: + Nếu α=900; Thì Fmax=B.I.l + Nếu α=0; 1800 Thì Fmin=0 Hoạt động 3 (5 phút): Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà. Hoạt động của GV Hoạt động của HS - Tóm tắt lại những kiến thức cơ bản đã học trong bài. - Yêu cầu học sinh vầ nhà trả lời các câu hỏi cuối SGK/128. - Tóm tắt những kiến thức cơ bản. - Ghi nhận các câu hỏi và bài tập về nhà. IV. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY