Giáo án môn Vật lý lớp 11 - Tiết 44, 45: Từ thông, cảm ứng điện từ

Ngày 12/11/08
Tiết 44-45
CHƯƠNG V. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ 
Bài 23. TỪ THÔNG. CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
I. MỤC TIÊU
	+ Viết được công thức và hiểu được ý nghĩa vật lý của từ thông.
	+ Phát biểu được định nghĩa và hiểu được khi nào thì có hiện tượng cảm ứng điện từ.
	+ Phát biểu được định luật Len-xơ theo những cách khác nhau và biết vận dụng để xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong các trường hợp khác nhau.
	+ Phát biểu được định nghĩa và nêu được một số tính chất của dòng điện Fu-cô.
II. CHUẨN BỊ
Giáo viên: 	+ Chuẩn bị các hình vẽ về các đường sức từ trong nhiều ví dụ khác nhau.
	+ Chuẩn bị các thí nghiệm về cảm ứng từ.
Học sinh: 	+ Ôn lại về đường sức từ.
	+ So sánh đường sức điện và đường sức từ.
III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC
Tiết 1
Hoạt động 1: Oån định lớp.
Hoạt động 2 : Giới thiệu chương.
Hoạt động 3 : Tìm hiểu từ thông.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
 -Vẽ hình 23.1.
 -Giới thiệu khái niệm từ thông.
 -Cho biết khi nào thì từ thông có giá trị dương, âm hoặc bằng 0 ?
- Giới thiệu đơn vị từ thông.
 - Vẽ hình.
 - Ghi nhận khái niệm.
-Khi nhọn (> 0 ) thì >0
-Khi bù ( <0 ) thì <0
- Khi = 0 ( = 0 ) thì = 0
- Khi = 0 ø ( = 1 ) thì = BS
- Ghi nhạân khái niệm.
I. Từ thông 
1. Định nghĩa 
 Từ thông qua một diện tích S đặt trong từ trường đều:
F = BScosa
 Với a là góc giữa pháp tuyến và .
-Khi nhọn (> 0 ) thì >0
-Khi bù ( <0 ) thì <0
- Khi = 0 ( = 0 ) thì = 0
- Khi = 0 ø ( = 1 ) thì = BS
2. Đơn vị từ thông 
 Trong hệ SI đơn vị từ thông là vêbe (Wb). 
1Wb = 1T.1m2.
Hoạt động 4 : Tìm hiểu hiện tượng cảm ứng điện từ.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
 - Vẽ hình 22.3.
- Giới thiệu các thí nghiệm( Thí nghiệm ảo được chiếu trên màn hình bằng máy chiếu)
-Giải thích sự biến thiên của từ thông trong các thí nghiệm.
- Yêu cầu học sinh rút ra nhận xét chung ở các thí nghiệm trên ?
 - Vẽ hình.
 - Quan sát thí nghiệm.
- Giải thích sự biến thiên của từ thông trong thí nghiệm 1.
 Giải thích sự biến thiên của từ thông trong thí nghiệm 2.
 Giải thích sự biến thiên của từ thông trong thí nghiệm 3.
- Rút ra kết luận (như nội dung)
II. Hiện tượng cảm ứng điện từ
1. Thí nghiệm
a) Thí nghiệm 1
 Cho nam châm dịch chuyển lại gần vòng dây kín (C) ta thấy trong mạch kín (C) xuất hiện dòng điện.
b) Thí nghiệm 2
 Cho nam châm dịch chuyển ra xa mạch kín (C) ta thấy trong mạch kín (C) xuất hiện dòng điện ngược chiều với thí nghiệm 1.
c) Thí nghiệm 3
 Giữ cho nam châm đứng yên và dịch chuyển mạch kín (C) ta cũng thu được kết quả tương tự.
d) Thí nghiệm 4
 Thay nam châm vĩnh cửu bằng nam châm điện. Khi thay đổi cường độ dòng điện trong nam châm điện thì trong mạch kín (C) cũng xuất hiện dòng điện.
2. Kết luận
- Tất cả các thí nghiệm trên đều có một đặc điểm chung là từ thông qua mạch kín (C) biến thiên. Dựa vào công thức định nghĩa từ thông, ta nhận thấy, khi một trong các đại lượng B, S hoặc a thay đổi thì từ thông F biến thiên.
- Kết quả của thí nghiệm chứng tỏ rằng:
+ Mỗi khi từ thông qua mạch kín (C) biến thiên thì trong mạch kín (C) xuất hiện một dòng điện gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.
+ Hiện tượng cảm ứng điện từ chỉ tồn tại trong khoảng thời gian từ thông qua mạch kín biến thiên.
Tiết 2
Hoạt động 5 : Tìm hiểu định luật Len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
 -Trình bày phương pháp khảo sát qui luật xác định chiều dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín
-GV dẫn dắt hs nhớ lại quy tắc bàn tay phải và thông báo quy ước chiều (+) trên (C) phù hợp với chiều của đường sức từ của nam châm qua ( C ) 
-Hãy liên hệ quy ước với các thí nghiệm trên ( ở hình 23a,b) để xác định chiều dòng điện cảm ứng ? 
-GV phân tích các kết quả thí nghiệm ở hình 23.3 và yêu cầu hs rút ra kết luận. 
-Giới thiệu định luật Lenxơ (như nội dung)
- Yêu cầu học sinh thực hiện C3.
 Giới thiệu trường hợp từ thông qua (C) biến thiên do kết quả của chuyển động.
-Giới thiệu định luật trong trường hợp từ thông qua (C) biến thiên do kết quả của chuyển động.
-Nghe và liên hệ với trường hợp các thí nghiệm vừa tiến hành.
-Hs nhắc lại “quy tắc bàn tay phải” và nắm được chiều (+) trên (C) phù hợp với chiều của đường sức từ của nam châm qua ( C)
-Ở hình 23.a : Từ thông qua (C) tăng, dòng điện cảm ứng có chiều ngược chiều (+) trên ( C).
 Ở hình 23.b: Từ thông qua ( C ) giảm, dòng điện cảm ứng có chiều trùng với chiều (+) trên ( C )
-Hs theo dõi gv phân tích => Rút ra kết luận (hs đọc phần chữ nghiêng trong sgk).
- Ghi nhận định luật.
- Thực hiện C3 : Khi nam châm còn ở phía trên mạch kín (C ) thì từ thông qua mạch kín (C) tăng, trong mạch (C) xuất hiện dòng điện cảm ứng có chiều sao cho mặt trên của mạch ( C ) là mặc Bắc, chống lại sự chuyển động của nam châm. Nếu nhìn từ trên xuống thì dòng điện cảm ứng có chiều ngược chiều kim đồng hồ. 
 Khi nam châm đã chui qua mạch (C) xuống dưới thì từ thông qua mạch kín ( C ) giảm, xuất hiện dòng điện cảm ứng có chiều sao cho mặt dưới của mạch ( C ) là mặt bắc, chống lại sự chuyển động của nam châm. Nếu nhìn từ trên xuống thì dòng điện cảm ứng cùng chiều với chiều kim đồng hồ. 
-Ghi nhận cách phát biểu định luật trong trường hợp từ thông qua (C) biến thiên do kết quả của chuyển động.
III. Định luật Len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng
1) Định luật Len-xơ. 
 Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín.
2) Dạng khác của định luật Len-xơ 
 Khi từ thông qua mạch kín (C) biến thiên do kết quả của một chuyển động nào đó thì từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại chuyển động nói trên.
Hoạt động 6 : Tìm hiểu dòng điện Fu-cô.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung cơ bản
-TN 1: Giới thiệu các bộ phận thí nghiệm theo hình vẽ 23.6sgk (có thể thay nam châm điện bằng nam châm vĩnh cữu) 
 + Đĩa kim loại quay trong từ trường sẽ sinh ra hiện tượng gì ?
Khi nào đĩa quay đều ?
 - TN 2: Đặt 1 khối kim loại hình lập phương giữa 2 cực của nam châm điện (hình 23.7) cho khối kim loại quay quay xung quanh nó.
- Khi nào khối vật kim loại dừng lại ?
-Giải thích 2 thí nghiệm trên ?
( Nhận xét các câu thực hiện của học sinh ).
 Giải thích đầy đủ hiện tượng và giới thiệu dòng Fu-cô. Giới thiệu tính chất của dòng Fu-cô gây ra lực hãm điện từ.
-Đưa ra khái niệm dòng điện Fucô.
- Giới thiệu tính chất và công dụng của dòng Fu-cô: 
 + Khối kim loại khi chuyển động trong từ trường sẽ xuất hiện dòng điện Fu-cô làm cản chuyển động
=> ứng dụng làm phanh điện từ của các xe ôtô hạng nặng.
 + Khi cho dòng điện chạy qua công tơ sẽ có hiện tượng gì xảy ra ?
-Khi khối kim loại chuyển động đặt trong từ trường biến thiên sẽ nóng lên.=> Dòng điện Fu-cô gây ra hiệu ứng nhiệt.
-Dòng điện Fu-cô gây tổn hao năng lượng vô ích. Đễ giảm tác hại của dòng Fu-co ---> tăng điện trở của khối kim loại.
-Dòng điện Fu-cô có tác dụng làm nóng chảy kim loại nên được ứng dụng trong 1 số trường hợp luyện kim loại.
 -Quan sát thí nghiệm, rút ra nhận xét.
+ Khi đĩa kim loại quay trong từ trường sẽ sinh ra dòng điện Fu-cô trong đĩa và gây mômen cản tác dụng lên đĩa. Khi mômen cản bằng momen quay thì đĩa quay đều. Khi mômen cản thắng được momen quay thì đĩa dừng lại.
 -Quan sát thí nghiệm 2, rút ra nhận xét.
-Khi cho dòng điện chạy qua Nam châm điện thì khối kim loại quay chậm, bị hãm dừng lại.
-Khi khối kim loại (đĩa kim loại) chuyển động trong từ trường thì thể tích của chúng xuất hiện dòng điện cảm ứng ( dòng điện Fu-cô) có tác dụng chống lại sự chuyển dời của khối kim loại trong từ trường, nên khối kim loại xuất hiện lựa từ tác dụng cản trở chuyển động của chúng (củc khối kim loại), lực từ ấy gọi là lực hãm điện từ.
- Ghi nhận khái niệm.
- Ghi nhận các tính chất và công dụng
-Khi cho dòng điện qua cuộn dây của công tơ sẽ sinh ra dòng điện Fu-cô trong đĩa nhôm và chống lại sự quay của đĩa.
- Ghi nhận tác dụng có hại của dòng điện Fu-cô và các cách làm giảm điện trở của khối kim loại.
IV. Dòng điện Fu-cô
1. Thí nghiệm 1
 Một bánh xe kim loại có dạng một đĩa tròn quay xung quanh trục O của nó trước một nam châm điện. Khi chưa cho dòng điện chạy vào nam châm, bánh xe quay bình thường. Khi cho dòng điện chạy vào nam châm bánh xe quay chậm và bị hãm dừng lại.
2. Thí nghiệm 2
 Một khối kim loại hình lập phương được đặt giữa hai cực của một nam châm điện. Khối ấy được treo bằng một sợi dây một đầu cố dịnh; trước khi đưa khối vào trong nam châm điện, sợi dây treo được xoắn nhiều vòng. Nếu chưa có dòng điện vào nam châm điện, khi thả ra khối kim loại quay nhanh xung quanh mình nó.
 Nếu có dòng điện đi vào nam châm điện, khi thả ra khối kim loại quay chậm và bị hãm dừng lại.
3. Giải thích
 Ở các thí nghiệm trên, khi bánh xe và khối kim loại chuyển động trong từ trường thì trong thể tích của chúng xuất hiện dòng điện cảm ứng (hay dòng điện Fu-co)â. Theo định luật Len-xơ, những dòng điện cảm ứng này luôn có tác dụng chống lại sự chuyển dơiø, vì vậy khi chuyển động trong từ trường, trên bánh xe và trên khối kim loại xuất hiện những lực từ có tác dụng cản trở chuyển động của chúng, những lực ấy gọi là lực hãm điện từ.
----> Khái niệm dòng điện Fucô: Khi khối vật dẫn chuyển động trong từ trường hoặc đặt trong từ trường biến thiên theo thời gian, sẽ xuất hiện dòng điện Fucô.
4. Tính chất và công dụng của dòng Fu-cô
- Mọi khối kim loại chuyển động trong từ trường đều chịu tác dụng của những lực hãm điện từ. Tính chất này được ứng dụng trong các bộ phanh điện từ của những ôtô hạng nặng.
- Dòng điện Fu-cô gây ra hiệu ứng tỏa nhiệt Jun – Len-xơ trong khối kim loại đặt trong từ trường biến thiên. Tính chất này được ứng dụng trong các lò cảm ứng để nung nóng kim loại.
- Trong nhiều trường hợp dòng điện Fu-cô gây nên những tổn hao năng lượng vô ích. Để giảm tác dụng của dòng Fu-cô, người ta có thể tăng điện trở của khối kim loại.
- Dòng Fu-cô cũng được ứng dụng trong một số lò tôi kim loại.
Hoạt động 7 : Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
 -Nhắc lại những kiến thức cơ bản.
 Yêu cầu học sinh về nhà thực hiện các câu hỏi và làm các bài tập trang 147, 148 sgk .
 -Nắm được những kiến thức cơ bản.
 -Nhận nhiệm vụ về nhà thực hiện.