Giáo án Vật lý 11 tiết 48 bài 25: Tự cảm

TRƯỜNG THPT TRẦN QUANG DIỆU Ngày soạn: 15/02/2019 Ngày dạy: 19/02/2019 Lớp dạy: 11A4 Tiết: 48 GVHD: NGUYỄN TÀI HÙNG GSTT: NGUYỄN THỊ KIM TRINH BÀI 25. TỰ CẢM I. MỤC TIÊU 1. Kiến thức, kĩ năng, thái độ a) Kiến thức + Viết được công thức tính suất điện động tự cảm. + Vận dụng các công thức đã học để tính được suất điện động tự cảm trong một số trường hợp đơn giản. + Viết được công thức tính từ thông riêng của một mạch kín. + Viết được công thức độ tự cảm của ống dây hình trụ. + Phát biểu được định nghĩa hiện tượng tự cảm và giải thích được hiện tượng tự cảm khi đóng và ngắt mạch điện. + Nêu được bản chất và viết được công thức tính năng lượng của ống dây tự cảm. + Nêu được các ứng dụng của hiện tượng tự cảm. b) Kỹ năng - Làm được thí nghiệm và nêu được kết quả, giải thích được hiện tương của thí nghiệm - Tính suất điện động tự cảm. - Vận dụng giải được các bài tập luyện tập. c) Thái độ - HS hứng thú trong học tập, tích cực làm thí nghiệm. 2. Năng lực định hướng hình thành và phát triển cho học sinh - Năng lực giải quyết vấn đề thông qua các câu lệnh mà GV đặt ra, tóm tắt các thông tin liên quan từ nhiều nguồn khác nhau . - Năng lực quan sát : làm thí nghiệm, thiết lập công thức. - Năng lực trao đổi thông tin: trao đổi thảo luận, trình bày kết quả thí nghiệm. - Năng lực thực hành thí nghiệm: các thao tác và an toàn thí nghiệm. II. CHUẨN BỊ Giáo viên: - Chuẩn bị một số thí nghiệm về suất điện động tự cảm . Học sinh: - Ôn lại khái niệm về từ thông, công thức tính từ thông, định luật Fa-ra-day. - SGK, vở ghi bài, giấy nháp III. Tổ chức các hoạt động học của học sinh 1. Hướng dẫn chung TỰ CẢM Các bước Hoạt động Tên hoạt động Thời lượng dự kiến Khởi động Hoạt động 1 Tạo tình huống có vấn đề về suất điện động tự cảm 5 phút Hình thành kiến thức Hoạt động 2 Tìm hiểu từ thông riêng qua một mạch kín. 10 phút Hoạt động 3 Tìm hiểu về hiện tượng tự cảm, ví dụ về hiện tượng tự cảm. 10 phút Hoạt động 4 Tìm hiểu suất điện động tự cảm và ứng dụng của hiện tượng tự cảm. 10 phút Luyện tập Hoạt động 5 Hệ thống hóa kiến thức và vận dụng. 7 phút Tìm tòi mở rộng Hoạt động 6 Hướng dẫn, giao nhiệm vụ về nhà. 3 phút 2. Hướng dẫn cụ thể từng hoạt động: Hoạt động 1 : Tạo tình huống có vấn đề suất điện động tự cảm. Mục tiêu hoạt động: Tạo mối liên hệ giữa kiến thức hiện có của học sinh và kiến thức mới. Gợi ý tổ chức hoạt động: Giáo viên đặt vấn đề : Ở 2 bài trước chúng ta đã đi khảo sát hiện tượng cảm ứng điện từ cả về mặt định tính lẫn định lượng. Trong bài học hôm nay chúng ta sẽ xét một loại hiện tượng cảm ứng điện từ đặc biệt đó là hiện tượng tự cảm. Sản phẩm hoạt động: Kích thích sự tò mò, hứng thú của học sinh vào bài học mới . Hoạt động 2 : Tìm hiểu từ thông riêng. a) Mục tiêu hoạt động: Hiểu được từ thông qua ống dây. Nội dung: Câu lệnh 1: Lập luận để đưa ra biểu thức tính từ thông riêng. Lập luận để đưa ra biểu thức tính độ tự cảm của ống dây. Câu lệnh 2: Giới thiệu đơn vị độ tự cảm. Yêu cầu học sinh tìm mối liên hệ giữa đơn vị của độ tự cảm và các đơn vị khác b) Gợi ý tổ chức hoạt động: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung ghi bảng - Xét một mạch kín (C), trong đó có dòng điện cường độ i. Dòng điện I gây ra một từ thông F qua (C) được gọi là từ thông riêng của mạch. - Ta thấy F~B và B ~ I nên F ~ i - Ta có thể viết F = L.i Trong đó: L: là độ tự cảm (C), đơn vị là Henri(H) - Hướng dẫn,yêu cầu học sinh thực hiện câu C1. - Chú ý: Công thức này áp dụng đối với ống dây hình trụ có chiều dài khá lớn so với đường tiết diện S. Ống dây có độ tự cảm đáng kể được gọi là ống dây tự cảm hay cuộn cảm. -Lưu ý: Công thức ống dây có lõi sắt: L=4p.10-7mN2lS Trong đó: m là một hệ số gọi là độ từ thẩm - Lắng nghe, tiếp thu kiến thức - Học sinh suy nghĩ, hoàn thành yêu cầu của giáo viên. Cảm ứng từ B trong lòng ống dây chiều dài l, tiết diện S gồm N vòng dây, trong đó có dòng điện I chạy qua được tính bởi: B = 4π.10-7.Nl.i Từ thông qua ống dây N vòng là: F = N.B.S = 4p10-7N2l.i.S=L.i Độ tự cảm: L=Fi=4p.10-7N2lS - Học sinh lắng nghe, ghi nhớ. I.Từ thông riêng của một mạch kín - Từ thông riêng của một mạch kín có dòng điện chạy qua: F = Li - Độ tự cảm của một ống dây: L = 4p.10-7N2l S - Đơn vị của độ tự cảm là henri (H) c) Sản phẩm hoạt động: Học sinh báo cáo kết quả hoạt động và nội dung vở ghi. Hoạt động 3: Hiện tượng tự cảm, ví dụ về hiện tượng tự cảm a ) Mục tiêu hoạt động: Hiểu được hiện tượng tự cảm Nội dung: Câu lệnh 1: Giáo viên làm thí nghiệm 1, học sinh quan sát rồi trả lời câu hỏi của giáo viên? Câu lệnh 2: Giáo viên làm thí nghiệm 2, học sinh quan sát rồi trả lời câu hỏi b) Gợi ý tổ chức hoạt động: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung ghi bảng - Tiến hành thí nghiệm 1, yêu cầu học sinh quan sát và giải thích kết quả thí nghiệm. Gợi ý: xét sự biến thiên từ thông qua ống dây khi khóa K đóng, dòng điện tự cảm tác dụng lên đèn 2 như thế nào? - Nhận xét - Tiếp tục tiến hành thí nghiệm 2. Yêu cầu học sinh quan sát hiện tượng xảy ra. - Yêu cầu học sinh suy nghĩ, giải thích hiện tượng. - Yêu cầu học sinh hoàn thành câu C2 - Nhận xét - Khi i trong (C) biến thiên thì từ thông riêng của mạch biến thiên, khi đó trong mạch xảy ra hiện tượng cảm ứng điện từ gọi là hiện tượng tự cảm - Yêu cầu 1 học sinh đọc định nghĩa hiện tượng tự cảm trong SGK - Hiện tượng tự cảm có giống nhau với mạch điện một chiều và xoay chiều hay không? - Nhận xét câu trả lời của học sinh, đưa ra kết luận - Quan sát, suy nghĩ và trả lời. Khi đóng khóa K dòng điện qua ống dây và đèn 2 tăng đột ngột, từ thông qua ống dây tăng đột ngột, trong ống dây xảy ra hiện tượng cảm ứng điện từ, dòng điện cảm ứng có tác dụng chống lại sự tăng từ thông đó nên dòng điện qua cuộn dây và qua đèn 2 sẽ tăng từ từ khiến đèn 2 sáng lên từ từ. - Học sinh quan sát, nhận xét hiện tượng xảy ra Khi đột ngột ngắt khóa K, đèn Neon sáng bừng lên trước khi tắt. - Học sinh suy nghĩ, trả lời Khi ngắt khóa K, dòng điện qua đèn giảm đột ngột, từ thông trong ống dây giảm đột ngột, trong ống dây xảy ra hiện tượng tự cảm, dòng điện tự cảm có tác dụng chống lại sự giảm từ thông đó, do đó dòng điện qua đèn tăng lên đột ngột làm đèn sang bừng lên trước khi tắt. - Học sinh suy nghĩ, trả lời Khi chuyển khóa K từ a sang b thì dòng điện qua cuộn dây giảm đột ngột làm từ thông trong cuộn dây giảm đột ngột. Lúc này, trong cuộn dây xuất hiện dòng điện tự cảm, dòng điện này gây ra tác dụng nhiệt lên R và làm R nóng lên. - Lắng nghe, tiếp thu. - Đọc định nghĩa trong SGK, ghi nhận định nghĩa. - Đối với mạch 1 chiều: hiện tượng tự cảm thường xảy ra khi đóng mạch (i tăng đột ngột) và khi ngắt mạch (i giảm đột ngột). - Đối với mạch xoay chiều: luôn xảy ra hiện tượng tự cảm. II. Hiện tượng tự cảm 1.Định nghĩa Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch có dòng điện mà sự biến thiên của từ thông qua mạch được gây ra bởi sự biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch. 2. Một số ví dụ về hiện tượng tự cảm a. Ví dụ 1 Khi đóng khóa K, đèn 1 sáng lên ngay còn đèn 2 sáng lên từ từ. b. Ví dụ 2 Khi đột ngột ngắt khóa K, ta thấy đèn sáng bừng lên trước khi tắt. c) Sản phẩm hoạt động: Học sinh báo cáo kết quả hoạt động và nội dung vở ghi. Hoạt động 4: Tìm hiểu suất điện động tự cảm và ứng dụng của hiện tự cảm a) Mục tiêu hoạt động: Nắm được công thức tính suất điện động tự cảm và công thức năng lượng từ trường trong ống dây. Giúp học sinh biết được các ứng dụng của hiện tượng tự cảm trong thực tế. b) Gợi ý tổ chức hoạt động: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung ghi bảng - Khi có hiện tượng tự cảm xảy ra trong một mạch điện thì suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch được gọi là suất điện động tự cảm. - Suất điện động tự cảm được tính bằng công thức tổng quát : etc=-∆Φ∆t Trong đó Φ là từ thông riêng - Hướng dẫn học sinh xây dựng công thức: etc=-L∆i∆t Trong đó: Di là độ biến thiên cường độ dòng điện trong khoảng thời gian Dt. - Suất điện động tự cảm có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch. - Dấu (-) trong công thức phù hợp với định luật Len-xơ. - Yêu cầu học sinh tự đọc sách để tìm hiểu về năng lượng từ trường của ống dây tự cảm. - Hiện tượng tự cảm có nhiều ứng dụng trong các mạch điện xoay chiều. Cuộn cảm là một phần tử quan trọng trong các mạch điện xoay chiều có mạch dao động và các máy biến áp. - Chú ý lắng nghe. - Xây dựng công thức. - Lắng nghe, tiếp thu.- - Lắng nghe, tiếp thu III. Suất điện động tự cảm 1. Suất điện động tự cảm - Biểu thức suất điện động tự cảm: etc = - L - Suất điện động tự cảm có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch 2. Năng lượng từ trường của ống dây tự cảm W=12Li2 IV. Ứng dụng Hiện tượng tự cảm có nhiều ứng dụng trong các mạch điện xoay chiều. c) Sản phẩm hoạt động: Báo cáo kết quả hoạt động và nội dung vở ghi của học sinh. Hoạt động 5: Hệ thống hóa kiến thức và vận dụng. Mục tiêu hoạt động: Hệ thống kiến thức của bài học và luyện tập. Nội dung: + Giáo viên tóm tắt những kiến thức cơ bản. + Giáo cho học sinh một số bài tập đã biên soạn. b) Gợi ý tổ chức hoạt động: Giáo viên đặt vấn chuyển giao nhiệm vụ Học sinh ghi nhiệm vụ vào vở,đọc sách giáo khoa hoàn thiện kết quả, ghi vào vở ý kiến của mình. Sau đó được thảo luận nhóm với các bạn xung quanh bằng cách ghi lại các ý kiến của bạn khác vào vở của mình.Trong quá trình hoạt động, giáo viên quan sát học sinh tự học, thảo luận, trợ giúp kịp thời khi các em cần hổ trợ. Ghi nhận kết quả làm việc của cá nhân học sinh. Sau cùng, giáo viên hệ thống và cùng học sinh chốt kiến thức. Sản phẩm hoạt động: Bài tự làm vào vở ghi của học sinh. Hoạt động 6: Hướng dẫn giao nhiệm vụ về nhà a) Mục tiêu hoạt động: Giúp học sinh tự vận dụng, tìm tòi mở rộng các kiến thức trong bài học. Tuỳ theo năng lực mà các em sẽ thực hiện ở các mức độ khác nhau. b) Gợi ý tổ chức hoạt động: Giáo viên đặt vấn đề chuyển giao nhiệm vụ đã nêu trong sách, tài liệu để thực hiện ngoài lớp học. Học sinh ghi nhiệm vụ vào vở. Giáo viên hướng dẫn, gợi ý cách thực hiện cho học sinh, hướng dẫn học sinh tự đánh giá hoặc đánh giá lẫn nhau ( nếu có điều kiện ). Yêu cầu cả lớp giải nhanh bài tập sách giáo khoa. c) Sản phẩm hoạt động: Bài tự làm vào vở ghi của học sinh. IV. Câu hỏi kiểm tra đánh giá chủ đề Cho học sinh tóm tắt những kiến thức cơ bản. Ra bài tập về nhà: Các bài tập trang 157 trong SGK. PHIẾU HỌC TẬP Câu 1: Từ thông riêng của một mạch kín phụ thuộc vào: cường độ dòng điện qua mạch. điện trở của mạch . chiều dài dây dẫn. tiết diện dây dẫn. Câu 2: Điều nào sau đây không đúng khi nói về hệ số tự cảm của ống dây? Phụ thuộc vào số vòng dây của ống. Phụ thuộc vào tiết diện của ống. Không phụ thuộc vào môi trường xung quanh. Có đơn vị đo lường là henry (H). Câu 3: Hiện tượng từ cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiên từ thông qua mạch gây ra bởi: Sự biến thiên của chính dòng điện trong mạch. Sự chuyển động nam châm với mạch. Sự chuyển động của mạch với nam châm. Sự biến thiên từ trường của trái đất. Câu 4: Một ống dây có tiết diện 10cm2 , chiều dài 20 cm và có 1000 vòng dây. Hệ số tự cảm của ống dây (không lõi, đặt trong không khí) là: 2π (H) B. 0.2π (mH) C. 2p (mH) B. 0.2 (H) Câu 5: Dòng điện trong một cuộn cảm giảm đều từ 16A đến 0 trong 0.01 s, suất điện động tự cảm có độ lớn 64V. Độ tự cảm của cuộn cảm là: A. 0.032 (H) C. 0.04 (H) C. 0.25 (H) C. 4 (H)