Giáo án bài Hiện tượng tự cảm

- Nắm được công thức xác định hệ số tự cảm của ống dây và công thức xác định suất điện động cảm ứng.. Khi mở cầu dao của một mạch điện có chứa động cơ điện, ta thường thấy hồ quang điện

GIÁO ÁN CHI TIẾT Tiết 63 HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM

I MỤC TIÊU

1 Kiến thức:

- Nắm được nguyên nhân làm cho đèn sáng từ từ trong thí nghiệm đóng mạch, đèn lóe sáng lên trong thí nghiệm ngắt mạch là do ống dây

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

- Nắm được công thức xác định hệ số tự cảm của ống dây và công thức xác định suất điện động cảm ứng

2 Kĩ năng:

- Thao tác được thí nghiệm

- Giải thích được một số hiện tượng vật lí

- Vận dụng được các công thức trong bài để giải bài tập

3 Thái độ:

- Nghiêm túc trong giờ học

- Sôi nổi phát biểu xây dựng bài

- Có ý thức vận dụng kiến thức đã học vào cuộc sống (Khi mở cầu dao của một mạch điện có chứa động cơ điện, ta thường thấy hồ quang điện (là dòng điện tự cảm khi ngắt mạch) xuất hiện giữa hai cực của cầu dao, có thể gây nguy hiểm cho hệ thống điện

Để khử hồ quang điện khi ngắt mạch, ta thường đặt cầu dao trong dầu để dập tắt hồ quang điện)

II CHUẨN BỊ

1 Giáo viên:

Bộ thiết bị thí nghiệm về hiện tượng tự cảm khi đóng, ngắt mạch

2 Học sinh:

- Ôn lại định luật Lenxơ về xác định chiều của dòng điện cảm ứng

- Biểu thức suất điện động cảm ứng.

III PHƯƠNG PHÁP LÊN LỚP

Sử dụng kết hợp các phương pháp sau:

- Phương pháp thuyết trình

- Phương pháp dạy học nêu vấn đề kết hợp thí nghiệm biểu diễn và diễn giảng

IV TIẾN TRÌNH DẠY HỌC

Hoạt động 1: Kiểm tra kiến thức cũ, đặt vấn đề vào bài (10 phút)

* Kiểm tra kiến thức cũ:

1 Phát biểu định luật Lenxơ

2 Viết công thức suất điện động cảm ứng?

3 Làm bài tập 2 trong SGK trang 193

* ĐVĐ: Trong các bài học trước chúng ta

đã biết, hiện tượng cảm ứng gây ra dòng

điện cảm ứng trong khung dây, trong đoạn

dây dẫn và trong vật dẫn hình khối Hôm

nay chúng ta tiếp tục nghiên cứu một dạng

nữa của hiện tượng cảm ứng đó là hiện

tượng tự cảm Chúng ta vào bài mới

* Định luật Lenxơ: Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó

* e = - c ΔΦ

Δt

 : độ biến thiên từ thông trong thời gian

t

* Bài 2:

Tóm tắt:

4

0

5.10 ;

90 ; 5 ?

C

v m s e









Giải:

Suất điện động cảm ứng trong thanh dẫn điện chuyển động trong từ trường là:

4 0

4

.sin 5.10 0, 2.5.sin 90 5.10 ( )

C

e Blv

V













Tiết 63 HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM

Hoạt động 2: Tìm hiểu hiện tượng tự cảm (15 phút)

* Thí nghiệm 1: Về hiện

tượng tự cảm khi đóng mạch

- Mô tả thí nghiệm:

+ Thí nghiệm bao gồm một

bóng đèn neon, Đ1 nối với

biến trở R, Đ2 nối với cuộn

cảm L và được mắc vào

nguồn điện một chiều

+ Hai bóng đèn Đ1 và Đ2

giống hệt nhau, giá trị biến

trở R ở nhánh (1) bằng điện

trở thuần của cuộn dây

Trong thí nghiệm này thầy

sẽ ngắt khóa K3 và đóng

khóa K1, K2 Vì vậy sơ đồ

TN được vẽ như sau

+ Ban đầu khóa K đang mở

Các em hãy dự đoán tốc độ

sáng lên của hai bóng đèn

khi thầy sẽ đóng khóa K?

+ Giờ thầy sẽ đóng khóa K

và các em hãy quan sát hiện

tượng xảy ra đối với hai

bóng đèn và cho nhận xét

+ Dòng điện ở 2 nhánh tăng

lên không như nhau, ở nhánh

(2) tăng chậm hơn ở nhánh

(1)

- Chú ý lắng nghe để nắm được cách bố trí thí nghiệm

- HS dự đoán các kết quả thí nghiệm có thể xảy ra:

+ Tốc độ hai bóng đèn sáng lên như nhau

+ Bóng đèn Đ2 sáng lên chậm hơn so với Đ1

- HS quan sát và nhận xét kết quả thí nghiệm

+ Đèn Đ1sáng lên ngay

+ Đèn Đ2sáng lên từ từ

1 Hiện tượng tự cảm

a Thí nghiệm 1:

+ Mô tả thí nghiệm

+ Tiến hành thí nghiệm

+ Vậy nguyên nhân nào đã

ngăn cản không cho dòng

điện trong nhánh (2) tăng lên

nhanh? Giải thích

- Suy nghĩ trả lời:

+ Do cuộn dây

+ Khi đóng khóa K, dòng điện trong cả hai nhánh đều tăng( lúc đầu i = 0 sau

đó i ≠ 0) Trong nhánh (2) dòng điện tăng làm cho từ thông qua ống dây biến đổi, vì vậy xuất hiện dòng điện cảm ứng trong ống dây, theo định luật Lenxơ dòng điện này có tác dụng chống lại nguyên nhân đã gây ra nó,do đó dòng điện trong nhánh (2) không tăng lên nhanh chóng, vì vậy bóng đèn Đ2 sáng lên

từ từ

+ Nhận xét:

Đèn Đ1sáng lên ngay Đèn Đ2sáng lên từ từ

- Yêu cầu HS làm câu C1

trang 197 - Suy nghĩ và đưa ra câutrả lời:

+ Sau khi đóng khóa K ít lâu thì độ sáng của 2 đèn

là như nhau

+ Vì khi dòng điện trong các nhánh đạt đến giá trị không đổi thì từ thông qua ống dây cũng có giá trị không đổi, nên suất điện động cảm ứng trong ống dây bằng 0, do đó 2 đèn có độ sáng như nhau

* Thí nghiệm 2: Về hiện

tượng tự cảm khi ngắt mạch

- Mô tả thí nghiệm:

Trong trường hợp này thầy

sẽ ngắt khóa K2 và đóng

khóa K1, K3 Vì vậy sơ đồ thí

nghiệm trong trường hợp này

- Chú ý lắng nghe để biết cách bố trí thí nghiệm

b.Thí nghiệm 2:

+ Mô tả thí nghiệm

được vẽ như sau.

- Thí nghiệm này bao gồm

một cuộn cảm L nối tiếp với

Đ2 và một đèn neon được

mắc vào một nguồn điện một

chiều Các em hãy quan sát

hiện tượng gì sẽ xảy ra khi

thầy ngắt khóa K Các em

hãy chú ý đến hiện tượng xảy

ra với bóng đèn neon

- Thông báo kết quả thí

nghiệm: Thực ra đèn Đ2

không tắt ngay mà lóe sáng

lên rồi mới tắt Nhưng hiện

tượng xảy ra nhanh nên

chúng ta không thấy rõ đèn

Đ2 không tắt ngay mà lóe

sáng rồi sau đó mới tắt Thay

vào đó thì ta dung bóng đèn

neon để thấy rõ hiện tượng

- GV yêu cầu một HS giải

thích hiện tượng trên

- HS nhận xét hiện tượng xảy ra với bóng đèn neon Khi ngắt khóa K thì bóng đèn neon lóe sáng

- Suy nghĩ và nêu giải thích

+ Khi ngắt khóa K, dòng điện trong mạch giảm làm cho từ thông qua ống dây biến đổi Vì vậy trong ống dây xuất hiện dòng điện cảm ứng, theo định luật Lenxơ, dòng này cùng chiều với dòng điện trong mạch do nguồn sinh ra, dòng điện này đi qua bóng đèn làm cho bóng

+ Tiến hành thí nghiệm

+ Nhận xét:

Khi ngắt khóa K ta nhận thấy bóng đèn không tắt ngay mà lóe sáng trước khi tắt

X

Đ2 L, R

Đ

X



X

Đ2 L, R

Đ

X



- Thông báo: Các hiện tượng

xảy ra ở 2 thí nghiệm trên

đều là hiện tượng cảm ứng

điện từ, nhưng nguyên nhân

dẫn đến các hiện tượng đó lại

chính là sự biến đổi dòng

điện trong mạch ta đang khảo

sát, người ta gọi đó là hiện

tượng tự cảm

- Một em hãy nhắc lại hiện

tượng tự cảm là gì?

đèn lóe sáng rồi mới tắt

- Tiếp thu và ghi nhớ

- HS nhắc lại hiện tượng

tự cảm:

+ Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện

từ trong một mạch điện

do chính sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó gây ra

c Hiện tượng tự cảm

(SGK)

Hoạt động 3: Tìm hiểu hệ số tự cảm và suất điện động tự cảm (17 phút)

- Thông báo: Suất điện động

xuất hiện do hiện tượng tự

cảm gọi là suất điện động tự

cảm

- Bản chất của hiện tượng tự

cảm là hiện tượng cảm ứng

từ nên ta có thể dựa vào biểu

thức ec  etc

e  



Tuy nhiên, nguyên nhân trực

tiếp của hiện tượng tự cảm

là do biến thiên dòng điện i

 ta phải tìm mối quan hệ

giữa từ thông  à v i trong

mạch

GV yêu cầu HS: Nêu công

thức xác định cảm ứng từ B

của dòng điện trong ống

- Lắng nghe và ghi nhớ

- Suy nghĩ trả lời

+ Cảm ứng từ của dòng điện trong ống dây:

2 Suất điện động tự cảm

a Hệ số tự cảm:

B = 4.10-7nI

Trong đó:

n:…

I:…

(?) Có nhận xét gì về mối

quan hệ giữa B và I?

Từ thông qua diện tích của

mạch tỉ lệ với từ trường do

dòng điện đó sinh ra

(?) Rút ra mối quan hệ giữa

 và I?

- Thông báo: Từ thông qua

diện tích của mạch điện tỉ lệ

với cường độ dòng điện

trong mạch đó nên ta có thể

viết:  = Li

* Chú ý HS:

 Ở đây chúng ta xét dòng

điện i là dòng điện biến đổi,

còn I là dòng điện không

đổi

  Li : gọi là từ thông

riêng (dòng điện này gây ra

từ trường, từ trường này gây

ra một từ thông qua mạch

kín)

- Trong biểu thức (1) ta có:

L là hệ số tỉ lệ và được gọi

là hệ số tự cảm

- Đơn vị của L trong hệ SI

là Henri, kí hiệu là H

B = 4.10-7nI Trong đó:

n: số vòng trên 1m chiều dài I: dòng điện chạy qua ống dây

- Suy nghĩ trả lời

+ B tỉ lệ với I B I~ 

- Suy nghĩ trả lời

B ~ I

Φ ~ I

Φ ~ B









- Tiếp thu và ghi nhớ + Từ thông của từtrường do dòng điện

gây ra trong mạch:

(1)

+ L: Hệ số tự cảm

 Trong hệ SI, đơn vị của L: Henri (H)

 Ký hiệu:

 = Li

(cuộn cảm)

- Biểu thức độ tự cảm của

ống dây đặt trong không khí:

L = 4.10-7.n2V

V: thể tích ống dây

n: số vòng dây trên một

đơn vị chiều dài ống dây

- Yêu cầu HS làm câu hỏi C2

trang 198

- Yêu cầu HS suy nghĩ và trả

lời câu hỏi C3 trang 198

- Lưu ý HS:

+ Công thức (1) đúng cho

mọi dòng điện có dạng khác

- Suy nghĩ trả lời câu hỏi

+ Nếu ống dây có N vòng và diện tích mỗi vòng là S thì:

 = NBS + Gọi l là chiều dài ống dây, n

là số vòng dây trên 1 đơn vị độ dài thì: N n l 

.

n B l S n BV

   

+ Trong đó : B  4 10  7ni

  4 10  7 n i V2 .

+ Từ (1) ta có được

-7 2 Φ

- Suy nghĩ và nêu câu trả lời

+ Chỉ áp dụng cho trường hợp ống dây không có lõi sắt nghĩa

là hình 41.3a Vì công thức (2) được thiết lập chỉ cho trường hợp ống dây đặt trong môi trường không khí

+ Nếu ống dây đặt trong không khí, ta có:

(2) Trong đó:

Hoặc:

Chú ý:

 Công thức:

-7 2

áp dụng cho trường hợp ống dây không có lõi sắt

 Đối với ống dây có lõi sắt:

V: ….

n: ….

7 2

4 10

L   n V

2 7

4 10 N

l

 



,

l N vòng 



+ Công thức (2) chỉ áp dụng

cho ống dây đặt trong môi

trường không khí

- Thông báo nội dung định

nghĩa suất điện động tự cảm:

Suất điện động được sinh

ra do hiện tượng tự cảm gọi

là 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 ta xuất phát từ

công thức xác định suất điện

động cảm ứng

? Một em hãy nêu biểu thức

suất điện động cảm ứng ?

- Đối với ống dây không có

lõi sắt từ thì hệ số tự cảm L

là đại lượng không đổi Do

đó ta có:

ΔΦ = ?

- Yêu cầu HS xây dựng công

thức tính suất điện động tự

cảm

- Tiếp thu và ghi nhớ

Δ

e   

Trong đó

ΔΦ = LΔi

- Nên suất điện động tự cảm:

tc

Δi

Δt

 

2

l



Trong đó:

 : Độ từ thẩm (cỡ 104) Đăc trưng cho từ tính của lõi sắt

Ký hiệu:

b Suất điện động tự cảm:

- Định nghĩa: (SGK)

- Ta có: c Δ

Δt

e   

Trường hợp ống dây không có lõi sắt từ thì L không đổi, khi đó:

ΔΦ = LΔi Suy ra:

tc

Δi

e L

Δt

  L

Hoạt động 4: Củng cố và giao nhiệm vụ học tập

- Nêu câu hỏi củng cố bài học:

+ Nêu một vài hiện tượng tự cảm

+ Suất điện động tự cảm phụ thuộc vào

những yếu tố nào?

- Nhiệm vụ:

+ Làm bài tập 1,2,3 SGK/199

+ Chuẩn bị trước bài 42

- Hiện tượng tự cảm xảy ra khi ta đóng hay ngắt mạch điện có ống dây

- etc L

Và tc Δi

Δt

e  tốc độ biến thiên của dòng điện trong mạch điện

- Nhận nhiệm vụ học tập