Giáo án giảng dạy môn Vật lý 11 - Bài 39: Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động

 Tuần:28
 Tiết: 63 
 Ngày soạn:09/03/2010
 Ngày dạy:12/03/2010
Bài 39:
SUẤT ĐIỆN ĐỘNG CẢM ỨNG TRONG
MỘT ĐOẠN DÂY DẪN CHUYỂN ĐỘNG
I. MỤC TIÊU
 1. Về kiến thức: 
 - Trình bày được thí nghiệm về hiện tượng suất điện động cảm ứng ở 1 đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường 
 - Nắm và vận dụng được quy tắc bàn tay phải xác định chiều của cực âm sang cực dương của suất điện động cảm ứng trên đoạn dây đó.
 - Nắm được và vận dụng được công thức xác định độ lớn của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây. 
 - Trình bày được nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của máy phát điện xoay chiều.
 2. Về kĩ năng: 
- Giải thích được sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trên đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường
- Vận dụng được quy tắc phải xác định chiều của cực âm sang cực dương của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây đó.
- Vận dụng công thức xác định độ lớn của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây
II. CHUẨN BỊ:
1.Giáo viên: - Mô hình máy phát điện xoay chiều
2.Học sinh: Ôn tập về các kiến thức liên quan đến bài học
III. TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC:
ổn định lớp
vào bài
Hoạt động 1: Kiểm tra kiến thức cũ
Thời gian 
Hoạt động của giáo viên 
Hoạt động của học sinh
Nội dung ghi bảng
5
 Định nghĩa từ thông? 
Trình bày về nội dung định luạt Len-xơ?
 Vận dụng: Xác định chiều dòng điện cảm ứng trong khung dây
 B¤
Trình bày về nội dung định luật Fa-ra-đây?
ĐVĐ:
Bài học trước chúng ta đã xác định được suất điện động cảm ứng trong khung dây. Bài học này chúng ta đi nghiên cứu suất điện động cảm ứng xuất hiện trên một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường.
Hoạt động 2: Tìm hiểu về suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường và quy tắc xác định chiều của nó
Thời gian 
Hoạt động của giáo viên 
Hoạt động của học sinh
Nội dung ghi bảng
Cho mạch điện như hình vẽ . hiên tượng gì xảy ra nếu ta cho đoạn dây dẫn MN chuyển động và tiếp xúc với hai thanh ray? Nếu các đường suất từ song song với chiều chuyển động của đoạn dây dẫn thì có hiện tượng gì xảy ra?
Vậy có thể đoán nhận rằng suất điện động cảm ứng trong mạch đạng xét thực chất chỉ xuất hiện khi đoạn dây dẫn MN chuyển động . Nói cách khác đoạn dây dẫn MN chuyển động đóng vai trò như một nguồn điện còn hai thanh ray chỉ đóng vai trò các dây nói tạo thành mạch điện.
Khi dây dẫn MN chuyển động cắt các đường suất từ nhưng không nối với hai thanh ray thì trong đoạn dây đó vẫn xuất hiện suất điện động cảm ứng .
Khi dây dẫn MN chuyển động song song với các đường suất từ thì không xuất hiện suất điện động cảm ứng trên dây.
Coi đoạn dây dẫn MN chuyển động cắt các đường sức từ ở trên là một nguồn điện , hãy xác định các cực của nguồn điện đó? Liệu rằng có thể xây dựng một quy tắc xác định các cực của nguồn điện đó không ?
Lực nào đóng vai trò là lực lạ trong nguồn điện?
Việc sử dụng bàn tay trái để suy ra chiều của lực Lo-ren-xơ tác dụng lên các điện tích, từ đó suy ra các cực của nguồn điện như trên là hoàn toàn chính xác. Tuy nhiên ta phải mất thời gian suy luận từ chiều của lực lo-ren-xơ tác dụng lên điện tích,sau đó mới xác định được cực của nguồn điện. liệu rằng có dung quy tắc bàn tay trái suy trực tiếp ra cực của nguồn điện không?
Hoàn toàn chính xác, cách làm chính là quy tắc bàn tay phải .
Học sinh thảo luận nhóm sau đó đại diện nhóm lên báo cáo kết quả
Nhóm 1:
Kim điện kế sẽ lệch khi dây dẫn MN chuyển động vì từ thông qua mạch kín MNPQ sẽ biến thiên khi MN chuyển động,dẫn đến trong mạch xuất hiện xuất điện động cảm ứng và sinh ra dòng điện cảm ứng chạy ra trong mạch kín.
Nếu các đường suất từ song song với chiều chuyển động của dây dẫn thì không có hiện tượng gì xảy ra vì khi đó không có biến thiên từ thông qua mạch kín.
Nhóm 2 :
Kim điện kế bị lệch khi dây dẫn MN chuyển động vì khi dây dẫn MN chuyển động cắt các đường cảm ứng từ thì các electron trong dây dẫn cũng chuyển động với cùng vận tốc của dây dẫn. khi đó các electron chiệu tác dụng của lực Lo-ren-xơ tác dụng và di chuyển về phía điểm M. Lúc này đoạn dây dẫn MN một đầu thừa electron mang điện dương, đầu kia thiếu electron mang điện âm đóng vai trò như một nguồn điện và làm xuất hiện dòng điện chạy trong mạch kín.
Nếu các đường sức từ song song với chiều chuyển động của dây dẫn thì không có hiện tượng gì xảy ra vì khi đó các điện tích không chiệu tác dụng của lực Lo-ren-xơ. 
Học sinh thảo luận nhóm sau đó đại diện nhóm lên báo cáo kết quả
Theo quy tắc bàn tay trái thì các electron trong đoạn dây dẫn chịu lực Lo-ren-xơ tác dụng làm chúng di chuyển đến điểm M. dẫn đến tại M thừa nhiều electron và đóng vai trò là cực âm, N đóng vai trò là cực dương .
lực Lo-ren-xơ có tác dụng dịch chuyển electron từ cực dương đến cực âm của nguồn điện nên nó đóng vai trò là lực lạ bên trong nguồn điện.
Ta cũng có thể sử dụng bàn tay phải để suy ra các cực của nguồn điện như sau :
đặt bàn tay phải hướng các đường sức từ, ngón tay cái choãi ra 900 hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây,khi đó đoạn dây dẫn đống vai trò như một nguồn điện, chiều từ cỗ tay đến bốn ngón kia chỉ chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn điện đó.
1.Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường.
Cho đọan dây MN chuyển động cắt các đường sức từ. 
Trong mạch có dòng điện
Cho đọan dây chuyển đông trong mặt phẳng song song với đường sức từ.
=> Trong mạch không có dòng điện
* Kết luận
 Khi đọan dây dẫn chuyển động cắt các đường sức từ thì trong đọan dây xuất hiện suất điện động cảm ứng.
2. Quy tắc bàn tay phải.
Nội dung: 
Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ.
- Ngón cái choãi ra 90o chỉ chiều chuyển động của đọan dây, khi đó đọan dây là một nguồn điện.
- Chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay là chiều từ cực âm samng cực dương của nguồn điện đó
- Lưu ý: Đây cũng là quy tắc xác định chiều dòng điện cảm ứng trong thanh dây dẫn chuyển động trong từ trường
Hoạt động 3: Tìm hiểu suất điện động cảm ứng 
20'
Suất điện động cảm ứng trong cuộn dây có thể xác định bằng biểu thức toán học nào?
Giả sử đoạn dây chuyển động luôn tiếp xúc với hai thanh ray và vec tơ vận tốc luôn vuông góc với vec tơ cảm ứng từ thì có thể sử dụng công thức nào để xác định suất điện động cảm ứng của đoạn dây dẫn ?
Nguyên nhân nào gây ra độ biến thiên của từ thông ? khi đó trong công thức xác định từ thông đại lượng nào thay đổi ?
Độ biến thiên từ thông được xác định thông qua sự thay đổi của diện tích S như thế nào?
Nếu đều vuông góc với đoạn dây, đồng thời hợp với nhau một góc thì suất điện động cảm ứng được xác định như thế nào?
Nếu phân tích thanh hai thành phần,song song với và thanh phần vuông góc với , thì thành phần nào gây suất điện động cảm ứng, thanh phần nào không gây ra sự xuất hiện suất điện động cảm trong đoạn dây?
Học sinh thảo luận nhóm sau đó đại diện nhóm lên báo cáo kết quả
Suất điện động cảm ứng trong mạch chính là suất điện động cảm ứng trên sợi dây. vậy :
Mặt khác ta lại có ,với là độ dài của thanh MN,v là vân tốc của thanh,suy ra
Suy ra: 
Với S là diện tích thanh quét được trong thời gian , v là vận tốc của thanh, l là chiều dài thanh
Phân tích thành hai thành phần mới gây ra suất điện động cảm ứng cho đoạn dây dẫn MN
Vậy 
3. Biểu thức suất điện động cảm ứng trong đoạn dây.
Thanh chuyển động, làm cho từ thông qua khung biến đổi do đó độ lớn suất điện động cảm ứng trong đoạn dây chuyển động là
(*)
Xét trường hợp đơn giản (trường hợp của TN đầu bài): vuông góc và cùng vuông góc với thanh thì
Suy ra: 
Với S là diện tích thanh quét được trong thời gian , v là vận tốc của thanh, l là chiều dài thanh
Vậy từ:
ta có
________________
_______________
Như vậy, cho từ trường B, cho độ dài đoạn dây và cho v, ta có thể tính được suất điện động cảm ứng trong đoạn dây của thí nghiệm đầu bài.
* Trường hợp và cùng vuông góc với thanh và hợp nhau góc thì: ta tính theo công thức: 
Hoạt động 4: Tìm hiểu về máy phát điện 
Thời gian 
Hoạt động của giáo viên 
Hoạt động của học sinh
Nội dung ghi bảng
10'
Tìm hiểu nguyên tắc cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều và máy phát điện một chiều. sau đó trả lời câu hỏi sau đây:
Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều ? cấu tạo của máy phát điện một chiều ? sự khác nhau giữa chúng?
Máy phát điện hoạt động dựa trên nguyên tắc nào?tại sao gọi là máy phát điện xoay chiều ? tai sao gọi là máy phát điện một chiều?
Học sinh làm việc cá nhân
Máy phát điện một chiều và máy phát điện xoay chiều điều có một khung dây quay trong từ trường.
Hai đầu dây của khung dây trong máy phát điện xoay chiều được nối với hai vòng đồng, hai vòng đồng này luôn tiếp xúc với hai chổi quét. Hai chổi quét đóng vai trò hai cực của của máy phát điện xoay chiều.
Hai đầu dây của khung dây trong máy phát điện một chiều được nối với hai bán khuyên bằng đồng, hai bán khuyên bằng đồng này luôn tiếp xúc với hai chổi quét để đưa dòng điện ra ngoài.
Khi khung dây quay của cả hai máy phát điện quay thì các cạnh của khung dây chuyển động cắt các đường sức từ trong khung xuất hiện suất điện động cảm ứng.Khi khung quay quanh một vòng thì dòng điện cảm ứng trong khung đổi chiều một lần. Dòng điện này được đưa ra ngoài bằng hai vòng tròn bằng đồng tiếp xúc với hai chổi quét ta có máy phát điện xoay chiều . ngược lại, nếu đưa dòng điện ra ngoài bằng hai bán khuyên tiếp xúc với hai chổi quét ta có máy phát điện một chiều.
4. Máy phát điện
 Là ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ trong các đoạn dây chuyển động
- Máy phát điện xoay chiều:
 + Cấu tạo:
 Một Khung dây có thể quay quanh 1 trục giữa hai cực của nam châm
 Hai vòng đồng , mỗi vòng đồng gắn với một đầu khung dây.
Hai chổi quét đặt cố định , tì lên hai vòng đồng. 
 + Hoạt động :
 Dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ.
Khi khung dây quay thì từ thông qua khung dây biến thiên nên trong khung dây có dòng điện cảm ứng có xoay chiều.
Dòng điện đưa ra ngòai qua vòng đồng và chổi quét.
 => Dòng điện xoay chiều là dòng điện có chỉều thay đổi theo thời gian
- Máy phát điện 1 chiều: Nếu thay hai vành đồng bằng hai bán khuyên thì dòng điện lấy ra ở mạch ngòai có chiều không đổi.
Hoạt động 4: Vận dụng,củng cố 
Thời gian 
Hoạt động của giáo viên 
Hoạt động của học sinh
Nội dung ghi bảng
10
- Yêu cầu HS trả lời câu hỏi :
Câu 1:
Mét thanh d©y dÉn dµi 20 (cm) chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn trong tõ trêng ®Òu cã B = 5.10-4 (T). Vect¬ vËn tèc cña thanh vu«ng gãc víi thanh, vu«ng gãc víi vect¬ c¶m øng tõ vµ cã ®é lín 5 (m/s). SuÊt ®iÖn ®éng c¶m øng trong thanh lµ: 
a. 0,05 (V). 
b. 50 (mV).
c. 50 (mV).
d. 0,5 (mV). 
Câu 2: Một thanh dẫn điện tịnh tiến trong từ trường đều, cảm ứng từ bằng 0,4 T. Vectơ vận tốc của thanh hợp với đường sức từ một góc 300 . Thanh dài 40 cm. Một vôn kế nối với hai thanh chỉ 0,2v. tính vận tốc của thanh.
- Nhận xét câu trả lời của HS và tóm tắt kiến thức bài học
Đáp án câu 1
d. 0,5 (mV). 
Đáp án câu 2
e = Bvlsin30o