Bài 62 : HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM NĂNG LƯỢNG CỦA TỪ TRƯỜNG docx

Nắm và vận dụng được các công thức xác định hệ số tự cảm của ống dây, công thưc xác định suất điện động tự cảm của ống dây, xông thức xác định suất điện động tự cảm..  Giải thích : Khi

Tiết :

Bài 62 :

HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM

NĂNG LƯỢNG CỦA TỪ TRƯỜNG

I MỤC TIÊU :

Hiểu được bản chất của hiện tượng tự cảm khi đóng mạch, khi ngắt mạch

Nắm và vận dụng được các công thức xác định hệ số tự cảm của ống dây, công thưc xác định suất điện động tự cảm của ống dây, xông thức xác định suất điện động tự cảm

Hiểu được rằng từ trường có năng lượng Vận dụng được công thức xác định năng lượng từ trường trong ống dây và công thức xác định mật độ năng lượng từ trường

II PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY : Phương pháp thực nghiệm và nêu vấn đề

III THIẾT BỊ , ĐỒ DÙNG DẠY HỌC :

IV TIẾN TRÌNH GIẢNG DẠY

PHẦN LÀM VIỆC CỦA GIÁO VIÊN PHÂN

PHỐI

THỜI

GIAN

HOẠT ĐÔNG CỦA HỌC SINH

GHI CHÚ

bài cũ và

kiến thức

cũ liên

quan với

bài mới

Trả lời câu hỏi SGk

Làm bài tập 1,2,3, SGK

Kiểm tra và đánh giá

(3’)

cứu bài

mới

1 Hiện tượng tự cảm

 Bố trí thí nghiệm như sơ đồ ở hình 62.1

Ñ 1

Ñ 2

R

L , R

k

 Nhận xét : Khi đóng công tắc K ta nhận thấy bóng đèn Đ1 sáng lên, còn bóng đèn Đ2 sáng lên từ

từ mặc dù điện trở thuần của hai nhánh giống

1 Hiện tượng tự cảm

Trong mục này SGK đưa ra hai thí nghiệm về hiện tượng tự cảm Đây lă hai thí nghiệm có tính kinh điển, trong SGK cũ vẫn dùng hai thí nghiệm này

Sơ đồ trong hình 62.1 SGK là sơ đồ thí nghiệm hiện tượng tự cảm khi đóng mạch ; sơ đồ trong hình 62.2 SGK là thí nghiệm về hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch

Đối với thí nghiệm như hình 62.1 SGK, Gv cần nhấn mạnh để học sinh chú ý rằng bóng đèn ở hai nhánh

nhau

 Giải thích Khi đĩng cơng tắc, dịng điện trong

cả hai nhánh đều tăng (lúc đầu I = 0, sau đĩ I  0)

Trong nhánh hai dịng điện tăng làm cho từ thơng

qua ống dây biến đổi. xuất hiện dịng điện cảm

ứng trong ống dây

Aùp dụng qui tắc Lenxơ  dịng điện trong

nhánh hai khơng tăng lên nhanh chĩng  bĩng

đèn Đ2 sáng lên từ từ

 Sơ đồ thí nghiệm như trên hình 62.2

giống nhau và điện trở thuần hai nhánh đều như nhau Mặc dù vậy, khi đĩng mạch, bĩng đèn ơ hai nhánh cĩ cuộn dây vẫn sáng lên chậm hơn

Trong thiết bị thí nghiệm, để cĩ hai bĩng đèn ở hai nhánh giống nhau ta

cĩ thể chọn trước, nhưng muốn điện trở thuần của hai nhánh bằng nhau thì

GV phải điều chỉnh Muốn vậy ta đĩng mạch điện cho hai bĩng đều sáng nhưng độ sáng thường lă khơng như nhau Di chuyển con chạy của biến trở thì độ sáng của bĩng đèn trong nhánh cĩ biến trở thay đổi Đến khi nhận thấy độ sáng của hai bĩng đèn ở hai nhánh là như nhau thì điện trở thuần ở hai nhánh lúc đĩ được coi

Ñ

k

R 1

 Nhận xét : Ngắt công tắt K , ta nhận thấy bóng

đèn không ngắt ngay mà loé sáng lên rồi sau đó

mới tắt

 Giải thích : Khi ngắt công tắc, dòng điện trong

mạch giảm làm cho từ thông trong ống dây biến

đổi trong ống dây cũng xuất hiện dòng điện

cảm ứng

Theo quy tắc Len-xơ thì dòng điện cảm ứng cùng

chiều với dòng điện trong mạch do nguồn gây ra,

là bằng nhau

Sau khi đã làm thí nghiệm theo sơ đồ trên hình 62.1 SGK, để thí nghiệm có tính thuyết phục hơn, GV có thể đổi

vị trí hai bóng đèn cho nhau rồi lại đóng mạch điện như trên Khi đó ta thấy bóng đèn ơ nhánh có ống dây sáng lên chậm hơn bóng đèn ở nhánh kia Điều đó khẳng định rõ ràng rằng ống dây chính là nguyên nhân ngăn cản không cho dòng điện trong nhánh

đó tăng lên nhanh chóng

Trên đây ta nói bóng đèn ở nhánh có ống dây sáng lên chậm hơn bóng đèn

ở nhánh kia, nhưng cũng cần nói thêm rằng khoảng thời gian diễn ra sự chậm

dòng điện này đi qua bóng đèn  bóng đèn loé

sáng lên rồi sau đó mới tắt

c) Định nghĩa : Hiện tượng cảm ứng điện từ

trong một mạch điện do chính sự biến đổi của

dòng điện trong mạch đó gây ra gọi là hiện

tượng tự cảm

2 Suất điện động tự cảm

Ta có  = BS cos 

khi  = 0 thì  = BS  ~ B

hơn đó rất ngắn Tuy nhiên, nếu có sự chú ý trước thì có thể phân biệt được

Đến đây GV có thể gợi ý H1

Trả lời H1 : Sau khi đóng mạch ít lâu

độ sáng của hai bóng đèn ở hai nhánh lại như nhau (Như trên đây nói lên sư sáng lên chậm hơn của bóng đèn ơ nhánh có ống dây diễn ra rất nhanh)

Hai bóng đèn sáng như nhau chứng tỏ suất điện động cảm ứng trong ống dây khi đó bằng không Điều đó có thể giải thích là khi dòng điện trong các nhánh đã ổn định, không biến đổi Vì vậy suất điện động cảm ứng trong ống dây bằng không

Mà B ~ I   ~ I

Nghia là  = LI (62.1)

Hệ số tỉ lệ L trong công thức (62.1) gọi là hệ số tư

cảm ( hay độ tự cảm) của mạch điện

Trong hệ SI, đơn vị của hệ số tự cảm là henri, kí

hiệu là H

Biểu thức tíng hệ số biểu cảm của một ống dây dài

đặt trong không khí là :

L = 4.10-7n2v (62.2)

Trong đó n là số vòng dây trên một đơn vị chiều

Việc tiến hành thí nghiệm theo sơ đồ hình 62.2 SGK đơn giản hơn thí nghiệm trước Sau khi ngắt mạch ta thấy bóng đèn lóe sáng lên rồi mới tắt

Thí nghiệm đó chứng tỏ khi ngắt mạch ống dây cũng sinh ra dòng cảm ứng Để tăng tính thuyết phục của thí nghiệm, GV có thể tiến hành một thí nghiệm phụ như sau Sau khi đã làm thí nghiệm theo sơ đồ như trên hình 62.2 SGK, GV thay ống dây bằng một điện trở thuần R1, nghĩa là bằng điện trở thuần của ống dây, rồi lại ngắt mạch như trên Khi đó ta sẽ thấy bóng đèn không lóe sáng như khi trong mạch có ống dây

dài của ống, V là thể tích của ống

Suất điện động được sinh ra do hiện tượng tự

cảm gọi là suất điện động tự cảm

Hệ số tự cảm của một mạch điện là đại lượng

không đổi Do đó, có thể viết :

 = LI

Thay biểu thức vừa viết vào (59.1) ta suy ra công

thức xác định suất điện động tự cảm sau :

t

I L









Cũng có thể nói thêm rằng, tuy các động tác trong việc tiến hành thí nghiệm thì đơn giản nhưng việc nhận

ra rằng, sau khi ngắt mạch bóng đèn lóe lên một chút thì lại không đơn giản, bởi vì ống dây trong bộ thí nghiệm vẫn dùng ở nhà trường có độ

tự cảm rất bé nên sự lóe sáng của bóng đèn thường không rõ ràng lắm

Vì vậy ở thí nghiệm này, GV phải nhắc trước để học sinh chú ý hết sức thì mới nhận ra được sự loé sáng của bóng đèn

Đến đây, dựa vào 2 thí nghiệm trên

GV có thể đưa ra định nghĩa về hiện tượng tự cảm Cần nói rõ rằng, bản

3 Năng lượng tư trường

Thí nghiệm 2 nói trên cho ta thấy sau khi ngắt

công tắc, bóng đèn vẫn còn sáng trong một khoảng

thời gian Năng lượng làm cho bóng đèn sáng

không phải là nguồn mà là do ống dây cung cấp

Năng lượng này được tích trữ trong ống dây từ

trước khi ngắt công tắc

điện

Người ta chứng minh rằng, khi có dòng điện

cường độ I chạy qua ống dây có hệ số tự cảm L thì

chất của hiện tượng tự cảm cũng là hiện tượng cảm ứng điện từ Chỉ có điều khác là hiện tượng nằm ngay trong mạch điện đang khảo sát

2 Suất điện động tự cảm

Vì bản chất của hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ nên để thành lập công thức tính suất điện động tự cảm có thể xuât phảt từ công thưc xác định suất điện động cảm ứng Tuy nhiên, nguyên nhân trưc tiếp gây ra hiện tượng tự cảm là do sự biến thiên của dòng điện trong mạch Vì thế, hợp lí hơn cả là biễu diễn suất điện động tự cảm qua sự biến đổi của dòng điện trong mạch Muốn vậy, rõ

năng lượng trong ống dây là :

2 LI 2

1

W  (62.4)

Khi cho dòng điện chạy qua ống dây thì trong ống

dây có từ trường Vì vậy người ta quan niệm rằng

năng lượng của ống dây chính là năng lượng của

từ trường trong ống dây đó

Ta sử dụng công thức (50.3) để rút ra biểu thức

của I Sau đó thay biểu thức I vừa thế ra vào biểu

thức (62.2) vào (62.4) ta được :

ràng là cần phải thiết lập mối liên hệ giữa từ thông  và cương độ dòng điên I trong mạch để có thể suy ra mối liên hệ giữa    Đó là lí do vì sao trước khi nói về biểu thức của suất điện động tự cảm ta cần nói về hệ

số tự cảm như SGK đã trình bày

Vậy là để mở đầu mục này GV cần nói về hệ số tự cảm, một đại lượng bây giờ mới gặp lần đầu tiên

Để đưa ra định nghĩa về hệ số tự cảm,

GV cần nói về hệ số tự cảm, GV yêu cầu học sinh nhắc lại các công thức xác định cảm ứng từ của dòng điện tròn, dòng điện trong ống dây và gợi cho học sinh nhận xét về mối liên hệ

V B 10 8

1



Từ trường trong ống dây lă từ trường đều nên nếu

gọi w là mật độ năng lượng tư trường thì có thể

viết W = wV Do đó ta tìm được :

2 7 B 10 8

1 w



Công thức (62.6) đúng cho trường hợp từ trường

không đều và từ trường phụ thuộc thời gian

giữa B và I Các công thức vừa nhắc đến chứng tỏ rằng B tỉ lệ với I Điều

đó cho thấy rút ra nhận xét là từ thông

 qua diện tích giới hạn bởi mạch điện cũng tỉ lệ với I ;  = LI,L là một hệ số

tỉ lệ

Đến đây, GV thông báo là hệ thức  =

LI không chỉ đúng đối với hai trường hợp nói trên mà nó đúng với dòng điện trong các mạch có mạch khác nhau Hệ số L trong hệ thức đó gọi là

hệ số tự cảm của mạch điện đang xét

Hệ số tự cảm của một mạch điện phụ thuộc vào dạng của mạch điện đó GV thông báo về công thức xác định hệ số

tự cảm của mạch điện có dạng một ống dây, đó là công thức (62.2)

Sau khi đã thiết lập được mối liên hệ giữa  và  thì việc tìm ra công thức xác định suất điện động tự cảm không còn gặp khó khăn đáng kể

Gợi ý H2 nêu lên vấn đề tương đối khó đối với những học sinh dưới trung bình

Vì vậy GV có thể gióe thiệu H3 đối với những học sinh khá

Trả lời H3 : Từ công thức (62.1) ta rút

ra

I

φ

L  (*)

Nếu ống dây có N vòng dây và diện tích mỗi vòng dây bằng S thì  = NBS Gọi l lă chiều dài ống dây thì 

= nlBS = nBV Theo (50.3) ta có B = 4.10-7nI Thay các biểu thưc của  và

B vừa viết vào (*) ta thu được công thức (62.2)

Để lưu ý học sinh sử dụng công thức (62.2) GV có thể dùng câu gợi ý H3

Trả lời H3 : (62.2) chỉ áp dụng cho trường hơp ống dây không có lõi sắt, nghĩa là chỉ áp dụng cho ống dây trên

hình 62.3a

3 Năng lượng từ trường

GV đưa ra một hiện tượng để chứng

tỏ rằng trong ống dây có năng lượng

SGK chọn hiện tượng để làm dẫn chứng lă hiện tượng trong thí nghiệm

2 ở hình 62.2 SGK

Sau đó GV dùng phương pháp suy luận để rút ra kết luận rằng năng lượng trong ống dây chính lă năng lượng từ trường Từ đó, GV thông báo

về công thức xác định năng lượng từ trường trong ống dây

Vấn đề nêu trong

3 Củng

cố bài

giảng Dặn

dò của học

sinh

(5’)

Nhấn mạnh các nội dung quan trọng

Trả lời câu hỏi và làm bài tập SGK

Chuẩn bị bài mới” “

HS tư lưc

