Giáo án Bài 25: Tự cảm Vật lý 11 giúp cho học sinh nắm được khái niệm hiện tượng tự cảm, khái niệm hệ số tự cảm L (độ tự cảm): hệ số tỉ lệ trong biểu thức Φ=Li , đơn vị Henri (H) trong hệ SI.Biểu thức tính hệ số tự cảm của ống dây: L=4π.〖10〗^(-7) N^2/l S , n: số vòng dây/ 1 đơn vị chiều dài, V: thể tích của ống; khái niệm suất điện động tự cảm: là suất điện động được sinh ra do hiện tượng tự cảm.
Trang 1Họ và tên: Nông Văn Thiện
Bài 25: TỰ CẢM I.Mục tiêu
1 Nội dung kiến thức cần dạy
- Khái niệm 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
- Khái niệm hệ số tự cảm L (độ tự cảm): hệ số tỉ lệ trong biểu thức , đơn vị Henri (H) trong hệ SI.Biểu thức tính hệ số tự cảm của ống dây: , n: số vòng dây/ 1 đơn vị chiều dài, V: thể tích của ống
- Khái niệm suất điện động tự cảm: là suất điện động được sinh ra do hiện tượng tự cảm
2.Kỹ năng
- Giải thích được bản chất của hiện tượng tự cảm khi đóng, ngắt mạch
-Vận dụng được các công thức xác định hệ số tự cảm của ống dây, công thức xác định suất điện động tự cảm
-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
3 Tư duy
- Tư duy phân tích hiện tượng
- Tư duy logic trong việc gắn kết các hiện tượng lại
4 Thái độ
- Có thái độ thích thú, hưng phấn khi học và nghiêm túc khi làm thí nghiệm
II Chuẩn bị
1 Giáo viên
Trang 2- Chuẩn bị bộ thí nghiệm hiện tượng tự cảm
- Chuẩn bị hình vẽ sơ đồ mạch điện
2 Học sinh
- Đọc lại kiên thức về hiện tượng cảm ứng điện từ, định luật len xơ, các công thức tính từ thông qua một ống dây…
III Tổ chức hoạt động dạy học
Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ( 5’)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
- Thế nào gọi là hiện tượng cảm ứng
điện từ?
- Nêu biểu thức từ thông xét trong
trường hợp khung dây nhiều vòng?
- Vậy ta thấy B mà B lại đặc trưng cho
độ mạnh hay yếu của từ trường
- Vậy từ trường có thể tồn tại ở đâu( vật
liệu gì? Xung quanh dòng điện có từ
trườn không?_)?
-Vậy phụ thuộc B mà B phụ thuộc vào
I nên ta suy ra
Vậy bài này ta sẽ đi nghiên cứu hiện
tượng cảm ứng điện từ đặc biệt xảy ra
trong một mạch điện
- Trước khi vào bài mới hãy nêu công
thức tính độ lớn của từ trường trong
lòng ống dây?
- Mỗi khi từ thông qua mạch kín(C) biến thiên thì trong mạch kín (C) xuất hiện một dòng điện gọi là dòng điện cảm ứng hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng trong (C) gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ
- Từ thông qua khung dây nhiều vòng: = N.B.S.cos
- Từ trường có thể tồn tại xung quanh nam châm, dây dẫn có dòng điện chạy qua
B = 4-7 I
Hoạt động 2: Từ thông riêng của một mạch kín (10’)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Trang 3-Từ thông phụ thuộc vào từ trường mà
từ trường lại phụ thuộc vào dòng điện
nên ta có thể suy ra từ thông phụ thuộc
vào dòng điện I
-Người ta đã chứng minh được rằng từ
thông phụ thuộc vào cường độ dòng
điện theo biểu thức
Trong đó: L là hệ số tỉ lệ hay độ tự cảm
của mạch ( C ), đơn vị của L là heli( H )
- mà từ trường trong lòng ống dây B =
4-7 I vậy từ thông
Hãy tính độ tự cảm L trong lòng ống
dây ( trường hợp ống dây )
- Vậy nhìn vào biểu thức và kiến thức đã
biết trong thực tế người ta làm thế nào
để tăng L?
Bài tập: Một ống dây dài 30cm, tiết diện
ống 10 cm2, ống có 400 vòng
a, Tính độ tự cảm của ống dây
b, Tính từ thông riêng của ống dây với
i = 2 A,
Ta vừa nghiên cứu xong từ thông riêng
của một mạch kín ta sang phần tiếp theo
hiện tượng tự cảm
L = -7.N2.S
- Trong thực tế để tăng L người ta phải cuốn nhiều vòng dây và trong ống dây
có một lõi sắt
Tóm tắt l= 30 cm = 0.3m
S = 10 cm2 = 10-3 m2
N = 400 vòng
I = 2 A Bài giải
a, Ta tính L = 4.10-7 10-4 = 0,67.10-4 H
b, Tính L.i = 1,34.10-4 wb
Hoạt động 2: Hiện tượng tự cảm (20’)
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Trang 4-Hiện tượng cảm ứng điện từ đã nghiên
cứu mới chỉ dừng ở sự biến thiên từ thông
của mạch ngoài, tuy nhiên trong định
nghĩa không nêu cụ thể giới hạn sự biến
thiên từ thông qua mạch trong hay ngoài,
vậy hiện tượng cảm ứng điện từ có xảy ra
do sự biến thiên từ thông của chính mạch
điện gây ra?
-Khi từ thông thay đổi do chính dòng điện
trong mạch gây ra thì hiện tượng gì xảy
ra? Điều kiện xảy ra hiện tượng đó?
Những quy luật chi phối?
- Vậy ta cần làm thế nào để kiểm tra
- Nhìn váo sơ đồ mạch điện hãy cho biết
ta cần những gì?
- Có được sơ đồ mạch điện rồi vậy làm
sao kiểm tra được khi đóng mạch điện có
hiện tượng gì?
- Vậy nếu hai bóng bóng 1 có lắp nối tiếp
với ống dây mà bóng 2 không lắp ống dây
thì dòng điện sẽ có sự ưu tiên khi qua 2
đèn này ta cần làm thế nào để khắc phục?
- Ta đã thiết kế xong thí nghiệm trước khi
làm thí nghiệm dụ đoán hiện tượng về tốc
độ sáng của 2 đèn
Ta làm thí nghiệm : lắp sơ đồ mạch điện
Xây dựng thí nghiệm về sự biến đổi từ thông do chính dòng trong mạch gây
ra bằng cách tăng giảm dòng điện, quan sát hiện tượng và giải thích sử dụng kiến thức đã biết
- Cần một nguồn điện nối với khóa k
-Ta lắp một bóng đèn để hiển thị tác dụng của dòng điện, mặt khác nếu lắp
1 cái ta sẽ không so sánh được với khí không có ống dây ta lắp thêm cái nữa không mắc qua ống dây mà mắc song song như hình vẽ
- Lắp thêm một biến trở vào mạch đèn
2 và điều chỉnh sao cho dòng qua 2 mạch là bằng nhau
( tốc độ sáng 2 đèn bằng nhau vì
Trang 5như hình vẽ
-Hãy quan sát hiện tượng và nhận xét
- Vậy đã có hiện tượng mới xuất hiện
khiến cho đèn 1 sáng chậm hơn so với
đèn 2 và hiện tượng này người ta gọi là
hiện tượng tự cảm nó là trường hợp đặc
biệt của hiện tượng cảm ứng điện từ
- Dựa vào kiến thức đã biết để giải
thích?
- Ta thấy đóng mạch thì xuất hiện dòng
điện cảm ứng chống lại sự tăng của dòng
điện vậy nếu ta ngắt mạch thì sẽ thế nào?
Ta đi làm thí nghiệm để kiểm tra
- Quan sát hiện tượng :
- Kết luận tạm thời: Hiện tượng xảy ra
cường độ dòng là như nhau)
- Ta thấy đèn 2 sáng ngay lập tức đèn
1 sang từ từ
Khái niệm hiện tượng tự cảm: hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch có dòng điện mà sự biến thiên từ thông qua mạch được gây ra bởi sự biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.
- Giải thích: khi đóng khóa k dòng
điện qua ống dây và đèn 2 tăng lên đột ngột,khi đó trong ống dây xảy ra hiện tượng cảm ứng điện từ - hiện tượng tự cảm xuất điện động cảm ứng xuất hiện có tác dụng cản trở nguyên nhân sinh ra nó nghĩa là cản trở sự tăng dòng điện đi qua L khi đó dòng điện qua đèn 1 tăng lên từ từ làm cho đèn 1 sáng từ từ
Hệ quả logic: thí nghiệm khi ngắt mạch: Khi công tắc ngắt, dòng trong mạch giảm làm cho từ thông qua ống dây biến đổi, nên trong ống dây xuất hiện dòng cảm ứng Theo định luật Len-xơ dòng cảm ứng cùng chiều với dòng trong mạch do nguồn gây ra và
đi qua bóng đèn, vì vậy bóng đèn lóe sáng lên rồi mới tắt
Trang 6đúng như dự đoán.
-Kết luận cuối cùng: Hiện tượng cảm ứng
điện từ xảy ra trong một mạch điện do
chính sự biến đổi của dòng điện trong
mạch gây ra gọi là hiện tượng tự cảm
-Ta đã tìm hiểu xong thế nào là hiện
tượng tụ cảm
- Cho thay đèn 2 bằng một đèn ne( đèn
Ne có đặc điểm là khi đủ điện áp định mức thì đèn mới sáng)
-Ta thấy đèn Ne lóe lên sáng ròi tắt khi
ta ngắt mạch
Hoạt động III: suất điện động tự cảm (5’)
động của học sinh
- Hiện tượng tự cảm có bản chất là hiện tượng cảm ứng điện từ nên
trong hiện tượng tự cảm cũng có suất điện động cảm ứng và gọi là suất
điện động tự cảm
- Biểu thức xác định suất điện động tự cảm có dạng như thế nào?
- Để xác định công thức suất điện động tự cảm có thể xuất phát từ suất
điện động cảm ứng, do đó cần xây dựng mối liên hệ giữa sự biến đổi từ
thông và sự biến đồi dòng điện trong mạch
- Xét mạch điện có dòng điện i chạy qua, từ thông qua diện tích của
mạch tỉ lệ với từ trường do dòng điện sinh ra, từ trường này tỉ lệ với
cường độ dòng điện, vậy từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch điện
tỉ lệ với cường độ dòng điện trong mạch đó:
Vậy suất điện động tự cảm tính theo công thức:
Suất điện động tự cảm:
Từ thông qua diện tích giới hạn của mạch điện:
Hệ số tự cảm: của ống dây: , N: số vòng dây, V: thể tích của ống
- Khi ngắt công tắc đèn sang bừng lên trước khi tắt, chứng tỏ có năng
lượng giải phóng trong đèn là năng lượng đã tích lũy trong ống dây tự
cảm khi có dòng điện chạy qua và người ta đã chưng minh được rằng
năng lượng đó được tính theo công thức sau : W = ½ Li 2
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: ứng dụng (3’)
Trang 7Hiện tượng tự cảm có nhiều ứng dụng trong thực tế nhất là dung trong mạch điện xoay chiều
Hoạt động 5: củng cố và tổng kết(2’)
Bài tập: một ống dây dài 10 cm, diện
tích ống dây 20cm2 gồm 200 vòng
a,Tính độ tự cảm của ống dây
b,Cường độ dòng điện trong ống dây
giảm 2 A xuống 1A trong 0.02s Tính độ
lớn của suất điện động tự cảm trong ống
dây
- Hiện tượng tự cảm (1 hiện tượng vật
lý): 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
- Hệ số tự cảm L (độ tự cảm): hệ số tỉ lệ trong biểu thức , đơn vị Henri (H) trong
hệ SI.Biểu thức tính hệ số tự cảm của ống dây: , n: số vòng dây/ 1 đơn vị chiều dài, V: thể tích của ống
- Khái niệm suất điện động tự cảm: là suất điện động được sinh ra do hiện tượng tự cảm
Khi cuộn cảm có dòng điện với cường
độ I chạy qua thì trong cuộn cảm tích
lũy năng lượng từ trường: W = ½ Li2
Trang 8Nội dung trình bày bảng
I Từ thông riêng của mạch kín
Trong đó: L là hệ số tỉ lệ hay độ tự cảm
của mạch ( C ), đơn vị của L là heli( H )
L = -7.N2.S
II Hiện tượng tự cảm
1.Thí nghiệm
- Dụng cụ
- Cách tiến hành
-Hiện tượng: Ta thấy đèn 2 sáng ngay
lập tức đèn 1 sang từ từ
Nhận xét: Vậy đã có hiện tượng mới
xuất hiện khiến cho đèn 1 sáng chậm
hơn so với đèn 2 và hiện tượng này
người ta gọi là hiện tượng tự cảm nó là
trường hợp đặc biệt của hiện tượng cảm
ứng điện từ
2.Hệ quả
khi ngắt mạch: Khi công tắc ngắt, dòng
trong mạch giảm làm cho từ thông qua
ống dây biến đổi, nên trong ống dây
xuất hiện dòng cảm ứng Theo định luật
Len-xơ dòng cảm ứng cùng chiều với
dòng trong mạch do nguồn gây ra và đi qua bóng đèn, vì vậy bóng đèn lóe sáng lên rồi mới tắt
- Thí nghiệm kiểm tra:
- kết luận: : Hiện tượng xảy ra đúng như
dự đoán
3 Định nghĩa (sgk) III Suất điện động tự cảm 1.Suất điện động tự cảm
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 = ½ Li 2
Khi cuộn cảm có dòng điện với cường
độ I chạy qua thì trong cuộn cảm tích
lũy năng lượng từ trường: W = ½ Li2
IV Ứng dụng