Luận văn Nghiên cứu xác định và thực hiện mục tiêu dạy học một số kiến thức chương Cảm ứng điện từ - Vật lý 11 nâng cao

ho các đường cảm ứng từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều của véc tơ vận tốc của hạt mang điện chuyển động, khi đó ngón cái choãi ra 900 chỉ chiều của lực Lorenxơ nếu hạt mang điện dương và chỉ chiều ngược lại nếu hạt mang điện âm. Nếu một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc thì có hiện tượng gì xảy ra trong đoạn dây dẫn đó? Nếu nối hai đầu đoạn dây dẫn bằng một dây dẫn thành mạch kín thì có hiện tượng gì xảy ra trong mạch kín đó? Xét tác dụng của lực Lorenxơ lên các electron trong dây dẫn khi chúng chuyển động cùng với dây dẫn, để rút ra câu trả lời cho vấn đề đặt ra. Khi đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc thì các elêctron tự do trong đoạn dây dẫn cũng bị kéo theo cùng đoạn dây, do đó có lực Lorenxơ tác dụng lên chúng. Dưới tác dụng của lực lorenxơ, các elêctron chuyển động về một đầu đoạn dây làm một đầu thừa elêctron tích điện âm, đầu thiếu elêctron tích điện dương, hai đầu đoạn dây dẫn có một hiệu điện thế. Nếu nối hai đầu đoạn dây dẫn bằng một sợi dây dẫn thành mạch kín thì trong mạch có dòng điện. Khi đó đoạn dây dẫn đóng vai trò như một nguồn điện tức là có suất điện động ta gọi suất điện động này là suất điện động cảm ứng. ở trong đoạn dây này chiều của dòng điện là ngược với chiều của lực Lorenxơ tác dụng lên hạt elêctron, ta có thể rút ra quy tắc xác định chiều của dòng điện trong đoạn dây dẫn chuyển động gọi là quy tắc bàn tay phải và từ đó suy ra chiều của dòng điện trong mạch kín. Khi một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc thì trong đoạn dây dẫn đó xuất hiện một suất điện động được gọi là suất điện động cảm ứng. Nếu nối hai đầu đoạn dây bằng một dây dẫn tạo thành mạch kín thì trong mạch có dòng điện do suất điện động cảm ứng sinh ra được gọi là dòng điện cảm ứng. Chiều của dòng điện cảm ứng chạy trong mạch kín là chiều của dòng điện cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường tuân theo quy tắc bàn tay phải: Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngón cái choãi ra 900 hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chỉ chiều của dòng điện cảm ứng chạy trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường (đó là chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn), và cho ta biết chiều của dòng điện chạy trong mạch kín nếu nối hai đầu đoạn dây tạo thành mạch kín. Hình 2.3: Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị kiến thức: Sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường. Chiều của dòng điện cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường Diễn giảng tiến trình xây dựng kiến thức Như chúng ta đã biết: Một hạt mang điện chuyển động trong từ trường thì chịu tác dụng của lực Lorenxơ: - Có phương vuông góc với mặt phẳng chứa véc tơ vận tốc của hạt mang điện và véc tơ cảm ứng từ tại điểm khảo sát. - Có chiều tuân theo quy tắc sau: Đặt bàn tay trái duỗi thẳng để cho các đường cảm ứng từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều của véc tơ vận tốc của hạt mang điện chuyển động, khi đó ngón cái choãi ra 900 chỉ chiều của lực Lorenxơ nếu hạt mang điện dương và chỉ chiều ngược lại nếu hạt mang điện âm. Một vấn đề được đặt ra là: Nếu một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc thì có hiện tượng gì xảy ra trong đoạn dây dẫn đó? Nếu nối hai đầu đoạn dây dẫn bằng một dây dẫn thành mạch kín thì có hiện tượng gì xảy ra trong mạch kín đó? Giải pháp đưa ra để tìm câu trả lời cho vấn đề đặt ra là: Xét tác dụng của lực Lorenxơ lên các elêctron trong đoạn dây dẫn khi chúng chuyển động cùng với đoạn dây dẫn để rút ra câu trả lời cho vấn đề đặt ra. Thực hiện giải pháp đã đề ra ta được: - Khi đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc thì các elêctron tự do trong đoạn dây dẫn cũng bị kéo theo cùng đoạn dây, do đó có lực Lorenxơ tác dụng lên chúng. Dưới tác dụng của lực lorenxơ, các elêctron chuyển động về một đầu đoạn dây làm một đầu thừa elêctron tích điện âm, đầu thiếu elêctron tích điện dương, hai đầu đoạn dây dẫn có một hiệu điện thế. Nếu nối hai đầu đoạn dây dẫn bằng một sợi dây dẫn thành mạch kín thì trong mạch có dòng điện. Khi đó đoạn dây dẫn đóng vai trò như một nguồn điện tức là có suất điện động ta gọi suất điện động này là suất điện động cảm ứng. - ở trong đoạn dây này chiều của dòng điện là ngược với chiều của lực Lorenxơ tác dụng lên hạt elêctron ta có thể rút ra quy tắc xác định chiều của dòng điện trong đoạn dây dẫn chuyển động gọi là quy tắc bàn tay phải và từ đó suy ra chiều của dòng điện trong mạch kín. Câu trả lời cuối cùng cho vấn đề đặt ra là: - Khi một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc thì trong đoạn dây dẫn đó xuất hiện một suất điện động được gọi là suất điện động cảm ứng. Nếu nối hai đầu đoạn dây bằng một dây dẫn tạo thành mạch kín thì trong mạch có dòng điện do suất điện động cảm ứng sinh ra được gọi là dòng điện cảm ứng. - Chiều của dòng điện cảm ứng chạy trong mạch kín là chiều của dòng điện cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường tuân theo quy tắc bàn tay phải: Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngón cái choãi ra 900 hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chỉ chiều của dòng điện cảm ứng chạy trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường (đó là chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn), và cho ta biết chiều của dòng điện chạy trong mạch kín nếu nối hai đầu đoạn dây tạo thành mạch kín. 2.4.1.2. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị kiến thức: Độ lớn suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường. Từ thông. Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với tốc độ , vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc (hợp với pháp tuyến của diện tích quét bởi đoạn dây dẫn chuyển động một góc ) có liên quan thế nào với độ lớn của B và diện tích S quét bởi đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường? Có thể tính được theo công thức thế nào?. áp dụng công thức định nghĩa suất điện động của nguồn . Tính công A của lực Lorenxơ trên đoạn dây dẫn có chiều dài l để rút ra công thức cần tìm. (1) góc Nếu biểu diễn độ lớn của thành phần vuông góc với diện tích S của bằng cách vẽ số đường sức từ vuông góc với mỗi đơn vị diện tích của S bằng thì đại lượng bằng tổng số các đường sức từ vuông góc với S. Ta gọi đại lượng ký hiệu là là từ thông qua diện tích S. Nếu nối hai đầu dây dẫn chuyển động trong từ trường thành một mạch kín thì đại lượng là độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường. Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường phụ thuộc tốc độ chuyển động của đoạn dây theo công thức: (1) Với và góc Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường tỉ lệ với tốc độ cắt từ thông qua diện tích quét bởi đoạn dây, tức là tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường: (2) với góc , ở đây ta gọi là từ thông Từ thông qua diện tích S là đại lượng được tính bằng công thức: , bằng số đường sức từ vuông góc với diện tích S (B là độ lớn cảm ứng từ). + Từ thông là một đại lượng đại số có giá trị dương hoặc âm tuỳ thuộc vào dấu của do đó tuỳ thuộc vào việc chọn chiều của pháp tuyến của diện tích S. + Đơn vị của từ thông là vê be (viết tắt Wb). 1Wb = 1T. 1m2 + Từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín biến thiên càng nhanh thì suất điện động cảm ứng trong mạch kín càng lớn. Khi một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc thì trong đoạn dây dẫn đó xuất hiện một suất điện động được gọi là suất điện động cảm ứng. Nếu nối hai đầu đoạn dây tạo thành mạch kín thì trong mạch có dòng điện cảm ứng. Biểu thức độ lớn suất điện động theo định nghĩa . Độ lớn của lực Lorenxơ . . Hình 2.4: Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị kiến thức: Độ lớn suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường. Từ thông. Diễn giảng tiến trình xây dựng kiến thức: Như chúng ta đã biết: Khi một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc thì trong đoạn dây dẫn đó xuất hiện một suất điện động được gọi là suất điện động cảm ứng. Nếu nối hai đầu đoạn dây tạo thành mạch kín thì trong mạch có dòng điện do suất điện động cảm ứng sinh ra gọi là dòng điện cảm ứng. Vậy vấn đề đặt ra là: Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với tốc độ , vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc ( hợp với pháp tuyến của diện tích quét bởi đoạn dây dẫn chuyển động một góc ) có liên quan thế nào với độ lớn của B và diện tích S quét bởi đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường? Có thể tính được theo công thức thế nào?. Giải pháp đưa ra để tìm câu trả lời cho vấn đề trên là: áp dụng biểu thức độ lớn suất điện động theo định nghĩa . Tính công A của lực Lorenxơ trên đoạn dây dẫn có chiều dài l để rút ra công thức cần tìm. Thực hiện giải pháp đưa ra như sau: góc - Nếu biểu diễn độ lớn của thành phần vuông góc với diện tích S của bằng cách vẽ số đường sức từ vuông góc với mỗi đơn vị diện tích của S bằng thì đại lượng bằng tổng số các đường sức từ vuông góc với S. Ta gọi đại lượng ký hiệu là là từ thông qua diện tích S. - Nếu nối hai đầu đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường thành một mạch kín thì đại lượng là độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường. Câu trả lời cuối cùng cho vấn đề đặt ra là: - Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường phụ thuộc tốc độ chuyển động của đoạn dây theo công thức: ( 2.1) Với và góc - Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường tỉ lệ với tốc độ cắt từ thông qua diện tích quét bởi đoạn dây, tức là tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường: (2.2) với góc = góc , ở đây ta gọi là từ thông. - Từ thông qua diện tích S là đại lượng được tính bằng công thức: , bằng số đường sức từ vuông góc với diện tích S (B là độ lớn cảm ứng từ). + Từ thông là một đại lượng đại số có giá trị dương hoặc âm tuỳ thuộc vào dấu của do đó tuỳ thuộc vào việc chọn chiều của pháp tuyến của diện tích S. + Đơn vị của từ thông là vê be (viết tắt Wb). 1Wb = 1T. 1m2 + Từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín biến thiên càng nhanh thì suất điện động cảm ứng trong mạch kín càng lớn. 2.4.1.3. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị kiến thức: Độ lớn suất điện động cảm ứng của một mạch kín (khung dây) chuyển động trong từ trường. Chiều của dòng điện cảm ứng trong mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường có quan hệ thế nào với sự tăng hoặc giảm từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín? Nếu một mạch kín (khung dây) chuyển động với vận tốc trong mặt phẳng có hợp với một góc thì có thể tính suất điện động cảm ứng trong mạch kín bằng công thức thế nào? Xét dấu của khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường tương ứng với chiều của dòng điện cảm ứng tuân theo quy tắc bàn tay phải để rút ra nhận xét về quan hệ của chiều dòng điện với dấu của . Coi mạch kín chuyển động trong từ trường là nối tiếp của nhiều đoạn mạch (nhiều nguồn điện) có các suất điện động cảm ứng tính theo công thức và tính suất điện động tổng cộng của các nguồn mắc nối tiếp để rút ra công thức tính suất điện động của cả mạch kín chuyển động trong từ trường. Khi một đoạn dây dẫn của mạch kín chuyển động trong từ trường gây ra độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín thì theo quy tắc bàn tay phải ta nhận thấy dòng điện cảm ứng có chiều khiến cho từ trường của nó tạo ra từ thông trái dấu với qua diện tích S nghĩa là chống lại sự biến thiên từ thông đã làm xuất hiện dòng điện cảm ứng. Nếu quy ước e là số đại số có cùng dấu với dòng điện cảm ứng và quy ước dòng điện cảm ứng cùng dấu với mà nó tạo ra thì suất điện động cảm ứng xuất hiện trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường có giá trị đại số là . Nếu coi mạch kín là ghép nối tiếp của các đoạn mạch lần lượt có suất điện động: thì suất điện động tổng cộng trong mạch kín là bằng: Suất điện động cảm ứng trong mạch kín chuyển động trong từ trường có độ lớn tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín và trái dấu với độ biến thiên : ; Nếu mạch gồm N vòng dây: Dòng điện cảm ứng trong một mạch kín phải có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên của từ thông đã sinh ra nó . Khi một đoạn dây dẫn chuyển động cắt ngang các đường sức từ thì trong đoạn dây có suất điện động cảm ứng có độ lớn tỉ lệ với tốc độ cắt từ thông qua diện tích quét bởi đoạn dây, tức là tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường. Chiều dòng điện trong toàn mạch kín có thể suy ra từ chiều của dòng điện cảm ứng của đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường theo quy tắc bàn tay phải. Diễn giảng tiến trình xây dựng kiến thức Hình 2.5: Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị kiến thức: Độ lớn suất điện động cảm ứng của một mạch kín (khung dây) chuyển động trong từ trường. Như chúng ta đã biết: Khi một đoạn dây dẫn chuyển động cắt ngang các đường sức từ thì trong đoạn dây có suất điện động cảm ứng có độ lớn tỉ lệ với tốc độ cắt từ thông qua diện tích quét bởi đoạn dây, tức là tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường. Chiều của dòng điện cảm ứng trong toàn mạch kín có thể suy ra từ chiều của dòng điện cảm ứng của đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường theo quy tắc bàn tay phải. Vậy vấn đề đặt ra là: Chiều của dòng điện cảm ứng trong mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường có quan hệ thế nào với sự tăng hoặc giảm từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín? Nếu một mạch kín (khung dây) chuyển động với vận tốc trong mặt phẳng có hợp với một góc thì có thể tính suất điện động cảm ứng trong mạch kín bằng công thức thế nào? Giải pháp đưa ra cho vấn đề trên là: - Xét dấu của khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường tương ứng với chiều của dòng điện cảm ứng tuân theo quy tắc bàn tay phải để rút ra nhận xét về quan hệ của chiều dòng điện với dấu của . - Coi mạch kín chuyển động trong từ trường là nối tiếp của nhiều đoạn mạch (nhiều nguồn điện) có các suất điện động cảm ứng tính theo công thức và tính suất điện động tổng cộng của các nguồn mắc nối tiếp để rút ra công thức tính suất điện động của cả mạch kín chuyển động trong từ trường. Thực hiện giải pháp như sau: - Khi một đoạn dây dẫn của mạch kín chuyển động trong từ trường gây ra độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín thì theo quy tắc bàn tay phải ta nhận thấy dòng điện cảm ứng có chiều khiến cho từ trường của nó tạo ra từ thông trái dấu với qua diện tích S nghĩa là chống lại sự biến thiên từ thông đã làm xuất hiện dòng điện cảm ứng. - Nếu quy ước e là số đại số có cùng dấu với dòng điện cảm ứng và quy ước dòng điện cảm ứng cùng dấu với mà nó tạo ra thì suất điện động cảm ứng xuất hiện trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường có giá trị đại số là . - Nếu coi mạch kín là ghép nối tiếp của các đoạn mạch lần lượt có suất điện động: thì suất điện động tổng cộng trong mạch kín là bằng: Câu trả lời cuối cùng cho vấn đề đặt ra là: - Suất điện động cảm ứng trong mạch kín chuyển động trong từ trường có độ lớn tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín và trái dấu với . ; Nếu mạch gồm N vòng dây: - Dòng điện cảm ứng trong một mạch kín phải có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên của từ thông đã sinh ra nó. (Định luật Len-xơ) 2.4.1.4. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị kiến thức: Sự xuất hiện suất điện động trong một mạch kín khi từ thông biến thiên nói chung. Hiện tượng cảm ứng điện từ. TN1: Khi đóng khoá K quan sát thấy kim điện kế G lệch về bên phải chứng tỏ trong ống dây C có dòng điện cảm ứng chạy theo chiều kim đồng hồ. TN2: Cho khung dây nghiêng một góc về bên phải quan sát thấy kim điện kế lệch vế bên trái. Do đó chiều dòng điện trong khung dây là ngược chiều kim đồng hồ. TN3: Bóp khung dây sao cho một cạnh của khung dây thay đổi (S giảm) ta thấy kim điện kế lệch về bên trái. Do đó dòng điện trong khung đây có chiều ngược chiều kim đồng hồ. Một khung dây dẫn nằm trong từ trường biến đổi theo thời gian tương tự như một khung dây dẫn nằm trong không gian có một từ trường không đều chuyển động và do đó cũng tương tự một khung dây chuyển động trong một từ trường không đều đứng yên. Thế thì liệu có phải là khi qua một diện tích giới hạn bởi một mạch kín biến thiên theo thời gian thì trong mạch kín cũng xuất hiện suất điện động cảm ứng. Liệu có thể phát biểu kết luận tổng quát: Khi từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín biến thiên thì trong mạch kín xuất hiện suất điện động cảm ứng? Dòng điện cảm ứng trong mạch kín có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên từ thông đã sinh ra nó? * Làm thay đổi theo thời gian (giữ nguyên S và ) bằng cách đóng khoá K để thay đổi dòng điện của nam châm điện. Lúc đóng mạch hãy dự đoán chiều dòng điện trong khung dây C ? Do đó kim điện kế quay theo chiều nào? Lúc đóng mạch,…….chiều của dòng cảm ứng trong khung dây cùng chiều kim đồng hồ, do đó kim điện kế lệch về bên phải. * Làm thay đổi (giữ nguyên và S) bằng cách nghiêng khung dây về bên phải . Hãy dự đoán chiều dòng điện cảm ứng trong khung dây? Do đó kim điện kế quay theo chiều nào? Lúc nghiêng khung dây về bên phải ………chiều của dòng điện cảm ứng trong khung dây ngược chiều kim đồng hồ. Do đó kim điện kế lệch về bên trái. * Làm S thay đổi (giữ nguyên và ) bằng cách bóp một cạnh của khung dây vào bên trong (giảm diện tích S) hãydự đoán chiều dòng điện trong khung dây? Do đó kim điện kế quay theo chiều nào? Lúc bóp một cạnh của khung dây vào bên trong làm S giảm ……chiều dòng điện cảm ứng ngược chiều kim đồng hồ, do đó kim diện kế lệch về bên trái. Ta bố trí một thí nghiệm như hình vẽ: 1khung dây nối với điện kế G và một nam châm điện cho phép làm biến thiên từ thông bằng các cách khác nhau dựa theo biểu thức Dự đoán hiện tượng xảy ra về sự dịch chuyển của kim điện kế khi không có dòng điện hoặc có dòng điện cảm ứng với chiều tuân theo định luật Lenxơ và làm thí nghiệm ghi nhận kết quả thí nghiệm để đối chiếu với các kết quả có được nhờ suy luận dự đoán. -Khi từ thông qua một diện tích giới hạn bởi mạch kín biến thiên thì trong mạch kín đó xuất hiện suất điện động gọi là suất điện động cảm ứng làm sinh ra dòng điện trong mạch gọi là dòng điện cảm ứng. - Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch (Định luật Fa-ra-day) ; Nếu mạch gồm N vòng dây: - Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên từ thông đã sinh ra nó. (Định luật Lenxơ) - Hiện tượng xuất hiện suất điện động cảm ứng gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ. - Khi B thay đổi hoặc S thay đổi hoặc thay đổi thì trong mạch kín đều xuất hiện suất điện động cảm ứng. Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên từ thông đã sinh ra nó. - Dòng điện xuất hiện trong mạch kín làm cho kim điện kế G lệch khỏi vị trí O . Tức là có suất điện động cảm ứng. Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên từ thông đã sinh ra nó. Hình 2.6: Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị kiến thức: Sự xuất hiện suất điện động trong một mạch kín khi từ thông biến thiên nói chung. Hiện tượng cảm ứng điện từ. Diễn giảng tiến trình xây dựng kiến thức Như chúng ta đã biết một khung dây dẫn nằm trong từ trường biến đổi theo thời gian tương tự như một khung dây dẫn nằm trong không gian có một từ trường không đều chuyển động và do đó cũng tương tự một khung dây chuyển động trong một từ trường không đều đứng yên. Thế thì liệu có phải là khi qua một diện tích giới hạn bởi một mạch kín biến thiên theo thời gian thì trong mạch kín cũng xuất hiện suất điện động cảm ứng. Vậy vấn đề đặt ra là: Liệu có thể phát biểu kết luận tổng quát: - Khi từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín biến thiên thì trong mạch kín xuất hiện suất điện động cảm ứng? - Dòng điện cảm ứng trong mạch kín có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên từ thông đã sinh ra nó? Để giải quyết vấn đề trên giải pháp đưa ra là: Ta cần nghĩ ra một thí nghiệm có thể làm thay đổi hoặc làm S thay đổi hoặc làm thay đổi. Nhờ thí nghiệm ấy ta xác định được chiều của dòng điện cảm ứng dựa trên quan sát; mặt khác dựa vào định luật Len-xơ và quy tắc nắm tay phải ta xác định được chiều dòng điện cảm ứng. Từ đó đối chiếu kết quả suy luận từ các quy tắc và quan sát thí nghiệm để rút ra kết luận. Xét thí nghiệm được bố trí như hình vẽ: Một khung dây nối với điện kế G, một mạch điện gồm cuộn dây mắc vào nguồn một chiều thông qua khoá K. - Thí nghiệm đó được mô tả như sau: Dự đoán hiện tượng xảy ra về sự dịch chuyển của kim điện kế khi không có dòng điện hoặc có dòng điện cảm ứng với chiều tuân theo định luật Lenxơ và làm thí nghiệm ghi nhận kết quả thí nghiệm để đối chiếu với các kết quả có được nhờ suy luận dự đoán. Giải pháp đưa ra được thực hiện như sau : * Làm thay đổi theo thời gian (giữ nguyên S và ) bằng cách đóng khoá K để thay đổi dòng điện của nam châm điện. Lúc đóng mạch hãy dự đoán chiều dòng điện trong khung dây C ? Do đó kim điện kế quay theo chiều nào? Lúc đóng mạch, cường độ dòng điện trong mạch tăng từ 0 đến giá trị xác định I, từ trường do cuộn dây sinh ra có cảm ứng từ tăng từ 0 đến giá trị B xác định tức là từ thông gửi qua khung dây tăng (chọn chiều (+) của cùng chiều với ) nên trong khung dây xuất hiện dòng điện cảm ứng. Theo định luật Len xơ thì dòng điện cảm ứng này có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự tăng từ thông đã sinh ra nó, khi đó vận dụng quy tắc nắm tay phải ta xác định được chiều của dòng cảm ứng trong khung dây cùng chiều kim đồng hồ, do đó kim điện kế lệch về bên phải. Tiến hành TN, ta thu được kết quả: Khi đóng khoá K quan sát thấy kim điện kế G lệch về bên phải chứng tỏ trong khung dây có dòng điện cảm ứng chạy theo chiều kim đồng hồ. * Làm thay đổi (giữ nguyên và S) bằng cách nghiêng khung dây về bên phải.Hãy dự đoán chiều dòng điện cảm ứng trong khung dây? Do đó kim điện kế quay theo chiều nào? Lúc nghiêng khung dây về bên phải thì pháp tuyến của mặt giới hạn bởi khung dây thay đổi, làm góc thay đổi (tăng lên). Khi đó từ thông gửi qua khung dây biến thiên giảm, trong khung dây xuất hiện dòng điện cảm ứng. Theo định luật len xơ thì dòng điện cảm ứng này có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự giảm từ thông đã sinh ra nó, khi đó vận dụng quy tắc nắm tay phải ta xác định được chiều của dòng điện cảm ứng trong khung dây ngược chiều kim đồng hồ. Do đó kim điện kế lệch về bên trái. Tiến hành TN, ta thu được kết quả: Cho khung dây nghiêng một góc về bên phải quan sát thấy kim điện kế lệch vế bên trái. Do đó chiều dòng điện trong khung dây là ngược chiều kim đồng hồ. * Làm S thay đổi (giữ nguyên và ) bằng cách bóp một cạnh của khung dây vào bên trong (giảm diện tích S) hãydự đoán chiều dòng điện trong khung dây? Do đó kim điện kế quay theo chiều nào? Lúc bóp một cạnh của khung dây vào bên trong làm S giảm khi đó số đường cảm ứng từ gửi qua diện tích S giảm tức là từ thông gửi qua khung dây biến thiên giảm, trong khung dây xuất hiện dòng điện cảm ứng. Theo định luật Len xơ thì dòng điện cảm ứng này có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự giảm từ thông đã sinh ra nó, khi đó vận dụng quy tắc nắm tay phải ta xác định được chiều dòng điện cảm ứng ngược chiều kim đồng hồ, do đó kim diện kế lệch về bên trái. Tiến hành TN, ta thu được kết quả: : Bóp một cạnh của khung dây vào bên trong ta thấy kim điện kế lệch về bên trái. Do đó dòng điện trong khung dây có chiều ngược chiều kim đồng hồ. Kết luận thu được từ dự đoán và thực nghiệm là: - Khi từ thông qua một diện tích giới hạn bởi mạch kín biến thiên thì trong mạch kín đó xuất hiện suất điện động gọi là suất điện động cảm ứng làm sinh ra dòng điện trong mạch gọi là dòng điện cảm ứng. - Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch (Định luật Fa-ra-day) ; Nếu mạch gồm N vòng dây: - Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên từ thông đã sinh ra nó. - Hiện tượng xuất hiện suất điện động cảm ứng gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ