Giáo án giảng dạy môn Vật lý 11 - Bài 33: Khung dây có dòng điện đặt trong từ trường

Người soạn: Nguyễn Đình Căng
Tiết: 52
Ngày soạn:26/02/2009
Bài 33: KHUNG DÂY CÓ DÒNG ĐIỆN ĐẶT TRONG 
TỪ TRƯỜNG
I. MỤC TIÊU
1. Về kiến thức
- Trình bày được lực từ tác dụng lên khung dây mang dòng điện.
- Thành lập được công thức xác định mômen ngẫu lực từ tác dụng lên khung trong trường hợp đường sức từ song song với mặt phẳng khung dây.
- Trình bày được nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của động cơ điện một chiều và của điện kế khung quay.
2. Về kĩ năng
- Vận dụng được công thức xác định mômen ngẫu lực từ tác lên khung dây đặt trong từ trường.
II. CHUẨN BỊ
1.GV
- Dụng cụ vẽ thí nghiệm
- Dự kiến nội dung ghi bảng 
Bài 33: KHUNG DÂY CÓ DÒNG ĐIỆN ĐẶT TRONG TỪ TRƯỜNG
1.Khung dây đặt trong từ trường
a. Thí nghiệm
b. Lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện
- Đường sức từ nằm trong mặt phẳng khung (Hình 33.2): khung chịu tác dụng một ngẫu lực. Ngẫu lực này có tác dụng làm quay khung
 Hình 33.2 Hình 33.3
- Đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung ( Hình 33.3): các lực tác dụng lên khung không làm cho khung quay
c. Momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện
- Gọi AD = l, AB = d
=> M = FBC.d
Mà FBC =FAD =IBl
=>M = IBld = IBS
Trường hợp tổng quát: 
 M= IBSsinq 
Trong đó: q là góc hợp bởi và 
Chú ý: 
2. Động cơ điện một chiều
a. Cấu tạo: SGK
b. Hoạt động: SGK
3. Điện kế khung quay
a. Cấu tạo;: SGK
b. Hoạt động: SGK
2. HS: Ôn lại những kiến thức về động cơ điện một chiều và ngẫu lực ở lớp 9 và lớp 10.
III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC
Hoạt động 1:Tìm hiểu khung dây mang dòng điện đặt trong từ trường
Hoạt động của thầy
Hoạt động của trò 
GV đặt vấn đề vào bài mới:
+ Nhắc lại hiện tượng xảy ra khi hai dòng điện song song đặt cách nhau một khoảng d.
+ Vậy, một khung dây có dòng điện được đặt trong từ trường thì hiện tượng gì sẽ xảy ra?
- Ghi tựa đề
- GV tiến hành mô tả thí nghiệm như hình 33.1, vẽ hình
- Hướng dẫn HS khảo sát lực từ tác dụng lên dòng điện của khung trong từng trường hợp:
* Đường sức từ nằm trong mặt phẳng khung (hình 33.2)
Dòng điện trong khung có chiều ABCD như hình vẽ.
+ Yêu cầu HS xác định lực từ tác dụng lên cạnh AB, CD? 
+Yêu cầu HS xác định lực từ tác dụng lên hai cạnh AD, BC?
+ , hợp thành cặp lực gì?
+ Ngẫu lực này làm cho khung thế nào?
- GV nói thêm cho HS, nếu từ trường không đều thì lực từ tác dụng lên khung làm quay khung dây và làm cho khung dây chuyển động về phía từ trường mạnh. Trường hợp đường sức không nằm trong mặt phẳng khung lực từ cũng làm khung quay.
* Đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung
- GV tiến hành tương tự để đưa HS đi đến kết quả là lực từ tác dụng lên các cạnh đối diện của khung cùng phương, ngược chiều và có độ lớn bằng nhau nên các lực này không làm quay khung.
- Yêu cầu HS thảo luận trả lời C1, C2.
- Hướng đẫn HS thành lập biểu thức xác định mômen ngẫu lực từ. Xét trường hợp mặt phẳng khung song song với đường sức từ như hình 33.2:
+ Yêu cầu HS viết các biểu thức của lực từ tác dụng lên cạnh BC, AD theo định luật Ampe?
+ Biểu thức momen của ngẫu lực M tác dụng lên khung được viết như thế nào?
+ Gọi S là diện tích mặt phẳng giới hạn của khung, viết ngẫu lực M theo S?
- Cho HS biết: Trong trường hợp các đường sức từ không nằm trong mặt phẳng của khung, người ta đã chứng minh được M = IBSsinq;q là góc hợp bởi và 
 - Thảo luận theo bàn và nhắc lại hiện tượng theo yêu cầu của GV:
+ Hút nhau nếu hai dòng điện cùng chiều, đẩy nhau nếu hai dòng điện ngược chiều.
- HS trả lời câu hỏi của GV 
- Ghi tựa đề vào vở
- HS xác định: bằng 0 vì các cạnh đó song song với các đường sức từ.
- HS xác định bằng quy tắc bàn tay trái:
+ , cùng phương, đều vuông góc với mặt phẳng khung, hướng ra phía trước, hướng ra phía sau mặt phẳng hình vẽ (như hình), độ lớn bằng nhau
+ Hợp thành một ngẫu lực.
+ Làm cho khung quay
- HS làm theo các yêu cầu của GV:
- HS thảo luận trả lời C1, C2.
+ FBC = FAD = IBl
+ M = FBC.d = IBld
+ ld = S nên M = IBS
Trong đó: 
+ B : cảm ứng từ
+ I : cường độ dòng điện
+ l : chiều dài cạnh BC và AD
+ M : momen ngẫu lực từ
+ S : diện tích giới hạn của khung.
Hoạt động 2: Tìm hiểu động cơ điện một chiều
Hoạt động của thầy
Hoạt động của trò
- Yêu cầu HS nghiên cứu SGK nêu cấu tạo của động cơ điện một chiều (HS đã được học ở lớp 9)
- GV bổ sung hoàn chỉnh phát biểu của HS.
- GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK trả lời các câu hỏi tìm hiểu về nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều sau:
+ Khi có dòng điện qua khung dây, lực từ có tác dụng gì đối với khung?
+ Bộ phóng điện gồm hai bán khuyên và hai chổi quét có tác dụng gì?
+ Không có bộ góp điện khung có quay liên tục được không? Tại sao?
- GV: Dòng điện trong khung đổi chiều nhưng dòng điện từ phần đưa vào khung vẫn là dòng điện một chiều, gọi là động cơ điện một chiều.
- HS nghiên cứu SGK nêu cấu tạo theo yêu cầu của GV, các HS khác bổ sung.
- HS ngiên cứu SGK trả lời các câu hỏi của GV:
+ Ngẫu lực từ tác dụng lên khung làm khung quay.
+ Làm cho mỗi khi mặt phẳng khung vuông góc với đường sức từ thì dòng điện trong khung đổi chiều. Do vậy, khung quay liên tục.
+ Khung không quay liên tục được. Vì tới khi khung vuông góc với từ trường khung sẽ dừng.
Hoạt động 3: Tìm hiểu điện kế khung quay
Hoạt động của thầy
Hoạt động của trò
- GV giới thiệu cho HS cấu tạo của điện kế khung quay thông qua tranh vẽ phóng to, nói rõ tác dụng của lõi sắt và lò xo.
- GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK trả lời các câu hỏi tìm hiểu về hoạt động của điện kế khung quay sau:
+ Khi cho dòng điện vào khung thì lực từ tác dụng như thế nào đối với khung?
+ Đến khi nào thì khung dừng lại?
+ Để biến điện kế thành ampe kê hay vônkế người ta mắc thêm sơn hay thêm điện trở phụ?
- HS chú ý theo dõi
- HS suy nghĩ, nghiên cứu SGK và trả lời:
+Ngẫu lực từ làm khung quay kệch khỏi vị trí ban đầu.
+ Khi momen cản của lò xo cân bằng với momen lực từ thì khung dừng lại
+ Khi khung cân bằng thì góc lệch khỏi vị trí ban đầu tỉ lệ với cường độ dòng điện chạy trong khung.
Hoạt động 4: Cũng cố, vận dụng và giao nhiệm vụ về nhà
Hoạt động của thầy
Hoạt động của trò
- Yêu cầu HS trả lời các câu hỏi cuối bài và câu trắc nghiệm 1,2 phần bài tập.
- Giao bài tập về nhà 3,4/171
- HS trả lời theo yêu cầu của GV
- Ghi bài tập về nhà.