Bài 41 (11) lê thị phương thảo

Vậy xét một trường hợp của hiện tượng cảm ứng mà có sự biến thiên từ thông do chính sự biến đổi dòng điện trong mạch gây ra thì hiện tượng gì sẽ xảy ra?. - Trả lời: + Hiện tượng xuất hi

Họ tên sinh viên: Lê Thị Phương Thảo

Lớp: Sư phạm Vật lý K37

GIÁO ÁN

Bài 41 HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM

( SGK Vật lý 11 nâng cao )

I Mục tiêu

1 Kiến thức

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

- Phát biểu được định nghĩa hiện tượng tự cảm và giải thích được hiện tượng khi làm thí nghiệm

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

2 Kỹ năng

- Rèn luyện kỹ năng quan sát một cách nhạy bén, tỉ mỉ

- Dự đoán kết quả của thí nghiệm, rút ra kết luận từ các kết quả thu được

- Vận dụng kiến thức đã học giải thích được một số hiện tượng vật lý

- Vận dụng các công thức trong bài để giải bài tập liên quan đến hiện tượng tự cảm

3 Thái độ, tình cảm, tác phong

- Nghiêm túc trong học tập, có hứng thú và yêu thích môn học

- Tích cực phát biểu xây dựng bài

- Có ý thức vận dụng kiến thức đã học vào cuộc sống

II Chuẩn bị

1 Giáo viên

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

2 Học sinh

Ôn lại nội dung suất điện động cảm ứng và định luật Lenxơ về xác định chiều của dòng điện cảm ứng

III Tiến trình dạy học

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh

Hoạt động 1: Ổn định lớp Kiểm tra bài cũ

- Kiểm tra sĩ số lớp

- Kiểm tra bài cũ:

+ Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì?

+ Phát biểu định luật Lenxơ?

+ Phát biểu và viết biểu thức định luật

Fa-ra-đây?

Hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra khi có

sự biến thiên từ thông qua mạch kín Vậy

xét một trường hợp của hiện tượng cảm

ứng mà có sự biến thiên từ thông do chính

sự biến đổi dòng điện trong mạch gây ra thì

hiện tượng gì sẽ xảy ra?

- Lớp trưởng báo cáo sĩ số lớp

- Trả lời:

+ Hiện tượng xuất hiện suất điện động cảm ứng gây ra dòng điện cảm ứng khi có

sự biến đổi từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch kín

+ 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

+ Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ trường thông qua mạch:

e c t







Hoạt động 2: Tìm hiểu hiện tượng tự cảm

- Giới thiệu mục đích thí nghiệm

Thí nghiệm 1: Về hiện tượng tự cảm khi

đóng mạch

- Giới thiệu dụng cụ tiến hành thí nghiệm:

2 đèn Đ1 và Đ2, cuộn cảm L, biến trở R,

khóa K và dây dẫn

Lưu ý cho HS cuộn dây có cùng điện trở

với biến trở R, đèn 1 giống đèn 2

- Yêu cầu HS đề xuất cách tiến hành thí

nghiệm và dự đoán hiện tượng xảy ra

- Suy nghĩ trả lời:

+ Mắc bóng đèn nối tiếp với biến trở song song với bóng đèn nối tiếp với cuộn dây Nối bộ với với nguồn điện một chiều có

- Nhận xét.

- Tiến hành thí nghiệm: Bố trí thí nghiệm

như hình 41.1 trong SGK

- Đóng khóa K, yêu cầu HS quan sát hiện

tượng xảy ra đối với hai bóng đèn và cho

nhận xét

- Dòng điện ở hai nhánh tăng lên không

như nhau, ở nhánh (2) tăng chậm hơn ở

nhánh (1) Vậy nguyên nhân nào ngăn cản

không cho dòng điện trong nhánh (2) tăng

lên nhanh mặc dù điện trở thuần của hai

nhánh giống nhau? Giải thích?

Gợi ý: Vận dụng định luật Lenxơ

- Nhận xét và kết luận lại ý kiến của HS

- Yêu cầu HS hoàn thành câu hỏi C1

- Nhận xét câu trả lời của HS

Ta thấy khi đóng mạch điện thì xuất hiện

dòng điện cảm ứng chống lại nguyên nhân

gây ra nó (chống lại sự tăng của dòng

điện).Vậy khi ngắt mạch thì sẽ có hiện

tượng gì?

Thí nghiệm 2: Về hiện tượng tự cảm khi

khóa K

+ Dự đoán: hai đèn cùng sáng hoặc hai đèn không cùng sáng (1 trong 2 đèn sáng lên ngay, đèn còn lại sáng lên từ từ)

- Quan sát và nhận xét kết quả thí nghiệm: Đèn Đ1 sáng lên ngay, đèn Đ2 sáng lên từ từ

- 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) nhưng trong nhánh (2) dòng điện qua cuộn dây tăng, từ thông trong ống dây biến đổi trong cuộn dây xuất hiện dòng điện cảm ứng Tuy nhiên, dòng điện này có tác dụng chống lại nguyên nhân gây ra nó nên dòng điện cảm ứng ngược chiều dòng điện trong mạch làm đèn Đ2 sáng lên từ từ

- Đưa ra ý kiến của bản thân:

+ Sau khi đóng khóa K ít lâu thì độ sáng của hai đèn là như nhau

+ Vì khi dòng điện qua các nhánh ổn định tức là dòng điện đạt đến giá trị không đổi thì từ thông qua ống dây cũng không đổi, nên suất điện động cảm ứng = 0 do đó hai đèn có độ sáng như nhau

ngắt mạch.

- Giới thiệu dụng cụ: bóng đèn Đ, cuộn

cảm L, khóa K và dây dẫn

- Yêu cầu HS đề xuất cách tiến hành và dự

đoán hiện tượng xảy ra

- Nhận xét

- Tiến hành thí nghiệm: bố trí thí nghiệm

như hình 41.2 Ban đầu khóa K đang đóng

đèn đang sáng, sau đó ngắt khóa K

- Yêu cầu HS quan sát thí nghiệm và nhận

xét hiện tượng xảy ra với bóng đèn Đ

- Yêu cầu HS giải thích hiện tượng trên

- Nhận xét ý kiến của HS

- Thông báo: Các hiện tượng xảy ra ở hai

thí nghiệm trên đều là hiện tượng cảm ứng

từ, nhưng nguyên nhân dẫn đến các hiện

tượng đó lại chính là sự biến đổi dòng điện

trong mạch ta đang khảo sát và được gọi là

hiện tượng tự cảm

- Yêu cầu HS phát biểu khái niệm hiện

tượng tự cảm

- Suy nghĩ và nêu ra dự đoán:

+ Cách tiến hành: Mạch điện gồm đèn Đ mắc song song với cuộn dây L Nối mạch với nguồn một chiều có khóa K

+ Dự đoán: đèn Đ tắt ngay hoặc đèn Đ không tắt ngay

- Trả lời: đèn Đ không tắt ngay mà lóe sáng rồi sau đó mới tắt

- Giải thích: Khi ngắt khóa K, dòng điện qua cuộn dây L giảm đột ngột xuống 0 làm cho từ thông biến đổi Vì vậy, trong ống dây xuất hiện dòng điện cảm ứng dòng điện này có tác dụng chống lại nguyên nhân gây

ra nó, tức là chống lại sự giảm của dòng điện trong mạch do nguồn gây ra Do đó, dòng điện cảm ứng cùng chiều với dòng điện trong mạch và nó đi qua bóng đèn làm đèn lóe sáng trước khi tắt

- Trả lời: 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

Hoạt động 3:Tìm hiểu suất điện động tự cảm

- 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 điện từ nên ta có thể sử

dụng công thức suất điện động cảm ứng để

tìm công thức tính suất điện động tự cảm:

e tc = - ∆ Φ ∆ t

Tuy nhiên, nguyên nhân dẫn đến hiện

tượng tự cảm là do biến thiên dòng điện i

trong mạch Nên ta cần tìm mối quan hệ

giữa từ thông Φ và i trong mạch

- Yêu cầu HS nêu công thức tính cảm ứng

từ B của dòng điện trong ống dây dài

- Cho HS nhận xét gì về mối quan hệ giữa

B và I Sau đó, rút ra mối quan hệ giữa Φ

và I?

- Thông báo: Từ thông qua diện tích giới

hạn bởi mạch điện tỉ lệ với cường độ dòng

điện trong mạch đó nên ta có thể viết:

Φ = L.i

Với L là hệ số tự cảm (hay độ tự cảm) của

mạch điện

Chú ý HS: Ở đây ta xét dòng điện i là dòng

điện biến đổi còn I là dòng điện không đổi

Đơn vị của L trong hệ SI là Henri, kí hiệu

là H

- Hướng dẫn HS sử dụng các công thức:

B = 4π.10−7.n.i

- Trả lời: B = 4π.10−7.n.I

Trong đó: n = N l là số vòng dây trên một mét chiều dài của ống

- Suy nghĩ trả lời: B tỉ lệ với I, Φ tỉ lệ với B suy ra Φ tỉ lệ với I

- Trình bày:

+ Nếu ống dây có N vòng dây và diện tích mỗi vòng là S thì: Φ = N.B.S

Φ = N.B.S

Φ = L.i

Để thiết lập công thức tính L của ống dây

dài đặt trong không khí Gọi HS lên bảng

trình bày

- Nhận xét và kết luận lại câu trả lời của

học sinh

- Lưu ý HS:

+ Công thức (41.1) đúng cho mọi dòng

điện có dạng khác nhau

+ Công thức (41.2) chỉ áp dụng cho ống

dây dài đặt trong không khí hay ống dây

không có lõi sắt Khi đó L là đại lượng

không đổi

- Cho HS phát biểu định nghĩa suất điện

động tự cảm

- Yêu cầu HS xây dựng công thức tính suất

điện động tự cảm

Gợi ý:

+ L của cuộn dây không có lõi sắt là

không đổi nên Φ phụ thuộc vào i

+ Sử dụng công thức tính suất điện động

cảm ứng (38.2)

- Nhận xét và kết luận: Công thức xác định

suất điện động tự cảm là: e tc= - L∆ i ∆ t

Độ lớn: │e tc│=│L ∆ i ∆ t │

- Công thức này có thể được phát biểu như

Với N = n.l suy ra: Φ = n.l.B.S Mà: B = 4π.10−7.n.i

=> Φ = n.l.4π.10−7.n.i.S = 4π.10−7.n2.i.V Trong đó V là thể tích của ống dây

Từ biểu thức: Φ = L.i , suy ra:

L = Φ i = 4π.10−7.n2.V

- Phát biểu: Suất điện động sinh ra do hiện tượng tự cảm gọi là suất điện động tự cảm

- Từ công thức (41.1), L không đổi nên Φ phụ thuộc vào i:

=> ∆ Φ = L.∆i Thay ∆ Φ vào công thức (38.2): e tc = - ∆ Φ ∆ t

=>e tc= - L∆ i ∆ t

sau: Suất điện động tự cảm có độ lớn tỉ lệ

với tốc độ biến thiên của cường độ dòng

điện trong mạch

Hoạt động 4: Củng cố, dặn dò

- Tóm tắt kiến thức đã học trong bài, nhấn

mạnh kiến thức trọng tâm

- Yêu cầu HS đưa ra một vài ví dụ về hiện

tượng tự cảm trong cuộc sống

- Yêu cầu HS làm bài tập trong SGK và

sách bài tập

- Yêu cầu HS chuẩn bị bài cho tiết sau

IV Nội dung ghi bảng

Bài 41 HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM

1 Hiện tượng tự cảm

a) Thí nghiệm 1

- Dụng cụ

- Tiến hành thí nghiệm: Bố trí thí nghiệm như hình 41.1

- Kết quả: Khi đóng khóa K đèn Đ1 sáng lên ngay, còn đèn Đ2 sáng lên từ từ

- Giải thích: SGK

b) Thí nghiệm 2

- Dụng cụ

- Tiến hành thí nghiệm: Bố trí thí nghiệm như hình 41.2

- Kết quả: Khi ngắt khóa K ta thấy đèn Đ không tắt ngay mà lóe sáng lên rồi sau đó mới tắt

- Giải thích: SGK

c) Định nghĩa hiện tượng tự cảm

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

a) Hệ số tự cảm

- Từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch điện tỉ lệ với cường độ dòng điện trong mạch đó Do đó, công thức tính từ thông của từ trường do dòng điện gây ra trong mạch là: Φ = L.i (41.1)

Trong đó: L là hệ số tự cảm (hay độ tự cảm) của mạch điện

Đơn vị của L trong hệ SI: Henri (H)

- Công thức tính hệ số tự cảm của một ống dây dài đặt trong không khí:

L = 4π.10−7.n2.V (41.2)

Hay L = 4π.10−7.N2

l .S Trong đó : N = n.l là số vòng dây

n là số vòng dây trên 1 mét chiều dài của ống

V là thể tích của ống dây

S là diện tích của mỗi ống dây

- Lưu ý:

+ Công thức (41.2) chỉ áp dụng cho trường hợp ống dây không có lõi sắt + Hệ số tự cảm L của mạch điện phụ thuộc vào dạng của mạch điện đó b) Suất điện động cảm ứng

- Định nghĩa: SGK

- Công thức tính suất điện động tự cảm: e tc= - L∆ i ∆ t (41.3)