Giáo án môn Vật lý 10 - Bài 40: Dòng điện fu - Cô

Trường ĐH SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Trường THPT Lương Văn Can THIẾT KỀ BÀI DẠY Bài 40: DÒNG ĐIỆN FU-CÔ Giáo viên hướng dẫn: Thầy Nguyễn Minh Quang Giáo sinh thực tập: Lê Thị Trung Thu Mục đích Trả lời được câu hỏi: dòng điện Fu-cô gì? Khi nào thì phát sinh dòng Fu-cô? Nêu lên được những cái lợi và cái hại của dòng Fu-cô. Chuẩn bị Giáo viên: Bộ thí nghiệm về dòng điện Fu- cô, phiếu học tập. Học sinh: Học bài cũ: “Suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động” và ôn lại về máy biến thế đã học ở trung học cơ sở. Tổ chức hoạt động học tập: Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ: ( 5 phút) Hoạt động của học sinh (HS) Hoạt động của giáo viên (GV) + Trả lời câu hỏi: Đặt bàn tay phải hứng các đường cảm ứng từ, ngón tay cái choãi ra 900 hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây, khi đó đoạn dây đóng vai trò như một nguồn điện, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chỉ chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn điện đó. |ec|= Bvlsin với là góc hợp bởi và . Trong hình vẽ, theo quy tắc bàn tay phải đi ra. + Ổn định lớp, kiểm tra sĩ số, vệ sinh lớp - + + Đặt câu hỏi: Nêu quy tắc bàn tay phải và công thức tính suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường? Xác định cảm ứng từ cho trường hợp sau: + Nhận xét câu trả lời của học sinh và cho điểm. Hoạt động 2: Thí nghiệm dòng điện Fu- cô: (10 phút) Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Nội dung bài ghi của học sinh + Nghe lời dẫn của giáo viên và viết đề bài vào vở. + Học sinh trả lời (nhìn vào sơ đồ TN trả lời): gồm một tấm kim loại liền khối K, thanh T, và nam cham. + Học sinh quan sát chuyển động của tấm kim loại và trả lời: Khi dao động trong từ trường của nam châm thì tấm kim loại dừng nhanh hơn. Tấm kim loại hơi ấm lên một chút. Đặt vấn đề: Trong các bài học trước, chúng ta mới chỉ nói đến dòng điện cảm ứng được sinh ra trong các dây dẫn. Trong bài này ta sẽ nói về dòng điện cảm ứng được sinh ra trong vật dẫn dạng khối. - Trình bày thí nghiệm 1(TN1) hình 40.1: + Gọi học sinh nêu các dụng cụ TN. + GV giới thiệu lại các dụng cụ dùng trong TN: tấm kim loại K bằng đồng hay nhôm liền khối,thanh T treo tấm kim loại, nam châm tạo từ trường có thể là nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu. Ở đây chúng ta dung nam châm vĩnh cửu. + Biểu diễn TN đồng thời nêu ra các câu hỏi: (Trước khi làm thí nghiệm đó, GV nên cho tấm kim loại K dao động mà không có nam châm, sau đó cho K dao động nhiều lần liên tiếp, sờ tay vào còn có thể nhận thấy K hơi ấm lên một chút.) Trong trường hợp nào tấm kim loại K dừng lại nhanh? Nếu cho tấm kim loại dao động lâu trong từ trường thì khi sờ tay vào ta sẽ thấy tấm kim loại như thế nào? Bài 40: DÒNG ĐIỆN FU – CÔ 1. Dòng điện Fu –cô: a.Thí Nghiệm: Hình 40.1/194.sgk Hoạt động 3: Giải thích thí nghiệm và nêu định nghĩa, tính chất: ( 13 phút) Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Nội dung bài ghi của học sinh HS nghe câu hỏi, suy nghĩ. HS nghe hướng dẫn của GV và trả lời câu hỏi: Khi tấm kim loại dao động, nó cắt các đường sức từ của nam châm thì từ thông qua K biến đổi. Do đó, trong tấm kim loại K có dòng điện cảm ứng. Theo định luật Len-xơ thì dòng điện cảm ứng này có tác dụng chống lại sự chuyển động của tấm kim loại đó. Do đó K dừng lại nhanh hơn. HS đưa ra khái niệm dòng điện Fu- cô và ghi khái niệm đó vào vở. Hoạt động theo nhóm: Tiến hành TN theo nhóm dưới sự hướng dẫn của GV và lắng nghe câu hỏi. Thảo luận theo nhóm HS: đại điện cho nhóm trả lời HS (nhóm khác) : bổ sung: tấm kim loại K có xẻ rãnh dao động lâu hơn, vì điện trở của nó tăng lên làm cho dòng Fu-cô giảm, khả năng chống lại sự chuyển động của các chất giảm, nên nó sẽ dao động lâu hơn. HS: nhận xét. GV đặt câu hỏi : Vì sao tấm kim loại K dao động giữa các cực của nam châm thì dừng lại nhanh hơn? + GV hướng dẫn để học sinh giải thích tại sao: gợi ý bằng các câu hỏi: Khi tấm kim loại dao động, nó cắt các đường sức từ của nam châm thì đại lượng nào đi qua tấm kim loại sẽ thay đổi? Theo định luật Len- xơ thì dòng điện cảm ứng đó sẽ có tác dụng như thế nào? Nhận xét câu trả lời của HS và đưa ra nhận xét: Moät khoái vaät daãn ñaët trong töø tröôøng bieán ñoåi theo thôøi gian thì cũng có dòng điện cảm ứng và dòng điện cảm ứng khi tấm kim loại chuyển động trong từ trường người ta gọi là dòng điện Phu-cô. Gọi HS đưa ra khái niệm dòng điện Fu- cô (sgk/194). - TN 2 hình 40.2.sgk: tiến hành TN giống như TN1 nhưng thay tấm kim loại K bằng tấm kim loại K có xẻ rãnh. Đặt câu hỏi: tấm kim loại nào dao động lâu hơn? Vì sao? Gọi HS trả lời Cho học sinh đọc sách giáo khoa và gọi HS nhóm khác bổ sung và nhận xét. Tổng hợp và đưa ra kết luận: dòng điện Fu-cô có tính chất xoáy. b. Giải thích: Khi tấm kim loại dao động, nó cắt các đường sức từ của nam châm, do đó trong kim loại sinh ra dòng điện cảm ứng. Theo định luật Len-xơ, dòng điện cảm ứng trong tấm kim loại có tác dụng ngăn cản sự chuyển động của chính tấm kim loại đó. Do đó tấm kim loại nhanh chóng dừng lại. c. Dòng điện Fu- cô: (sgk/ 194) Dòng điện cảm ứng được sinh ra ở trong khối vật dẫn khi vật dẫn chuyển động trong từ trường hay được đặt trong từ trường biến đổi theo thời gian là dòng Fu- cô. d.Tính chất: Đặc tính chung của dòng điện Fu- cô là tính chất xoáy. Các đường dòng của dòng Fu- cô là các đường cong kín trong khối vật dẫn. Hoạt động 4: Tác dụng của dòng Fu –cô: ( 12 phút) Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Nội dung bài ghi của học sinh Theo dõi và trả lời câu hỏi của GV. HS trả lời: đặt kim dao động giữa hai cực của một nam châm. Vì dòng điện Fu-cô chống lại dao động đó nên dao động của kim sẽ tắt khá nhanh. HS 7 trả lời HS 8 bổ sung và nhận xét câu trả lời của bạn: HS 9 trả lời: khi ngắt điện đĩa vẫn quay do quán tính. Khi đó dòng Fu-cô tác dụng cản làm cho đĩa ngừng quay một cách nhanh chóng. HS trả lời: Khi đó trong phần kim loại của nồi sẽ xuất hiện dòng Fu- cô làm nồi nóng và thức ăn trong nồi nóng theo. HS lắng nghe và trả lời: máy biến thế. HS 10 trả lời: vì dòng Fu-cô toả nhiệt làm cho thỏi sắt nóng lên có thể làm hỏng máy, mặt khác dòng Fu-cô chống lại nguyên nhân sinh ra nó. HS nghe câu hỏi và trả lời. HS theo dõi hình vẽ và trả lời câu hỏi: Trong trường hợp những lá thép mỏng được đặt song song với đường sức từ, làm cho điện trở của lõi sắt sẽ tăng lên nên dòng Fu- cô sẽ yếu hơn. Đặt câu hỏi: Dòng Fu- cô có ích hay có hại? Kết luận: trong một số trường hợp dòng điện Fu-cô có ích, trong một số trường hợp dòng điện Fu- cô có hại. Tác dụng có ích: GV giới thiệu về tác dụng hãm của dòng Fu- cô dùng để hãm chuyển động nhất là chuyển động quay. GV nêu ví dụ: khi ta cân một vật bằng cân nhạy, kim của cân thường dao động khá lâu. + Muốn khắc phục tình trạng đó bằng cách nào? Vì sao? + GV giới thiệu về công tơ điện dùng trong gia đình (h.40.3.sgk): một đầu của kim đồng hồ được gắn vào một đĩa kim loại nhỏ (bằng đồng hoặc nhôm), đĩa kim loại đặt trong từ trường của một nam châm vĩnh cửu. Khi kim quay thì đĩa cũng quay theo. + Khi dòng điện qua cuộn dây của công tơ sẽ sinh ra momen làm cho đĩa kim loại quay. + Đĩa kim loại quay trong từ trường sẽ sinh ra hiện tượng gì? Nhận xét: Khi đĩa kim loại quay trong từ trường sẽ sinh ra dòng điện Fu-cô và gây ra momen cản tác dụng lên đĩa. Khi mômen cản bằng momen quay thì đĩa quay đều. + Khi ngắt dòng điện thì hiện tượng gì xảy ra đối với đĩa kim loại? Khi đó dòng Fu- cô có vai trò như thế nào? -Giới thiệu thêm: bếp điện từ: nồi đun nấu dùng bếp này là nồi kim loại. + Khi cho dòng điện xoay chiều qua bếp thì phần kim loại của nồi sẽ xuất hiện cái gì làm thức ăn nóng lên? GV đưa ra kết luận: Trong một số trường hợp dòng Fu- cô là cần thiết như trong công tơ điện, phanh điện từ, bếp điện từ. * Tác dụng có hại: Nhiều thiết bị điện có cấu tạo dưới dạng một lõi sắt dặt trong một ống dây có dòng điện xoay chiều chạy qua như trong máy gì mà chúng ta đã học? ( ưu điểm của lõi sắt là tăng từ trường). + Sự xuất hiện của dòng Fu-cô trong trường hợp này vì sao lại có hại? Nhận xét: đối với động cơ điện nó chống lại sự quay của động cơ, làm giảm công suất của máy. + Để giảm tác hại của dòng Fu-cô, người ta khắc phục lõi sắt như thế nào? + Trong 2 hình trên thì trong trường hợp nào dòng Fu- cô yếu hơn? Tại sao? + Bổ sung và hoàn chỉnh : thay lõi sắt bằng nhiều lá thép silic mỏng có sơn cách điện và ghép sát với nhau. Những lá thép mỏng này được đặt song song với đường sức từ, làm cho điện trở của lõi sắt sẽ tăng lên. Phương pháp này được dùng ở nhiều trường hợp khác. Nói chung lõi sắt trong các ống dây có dòng điện biến đổi theo thời gian đều được ghép bằng các lá mỏng. Như vậy mặc dù không khử triệt để dòng Fu- cô nhưng làm giảm cường độ của nó một cách đáng kể. 2. Tác dụng của dòng điện Fu-cô. a. Một vài ví dụ ứng dụng của dòng điện Fu –cô. + Tác dụng hãm của dòng Fu- cô dùng trong chế tạo các dụng cụ điện năng như công tơ điện, phanh điện từ để hãm chuyển động. + Tác dụng nhiệt của dòng Fu- cô được ứng dụng trong các lò luyện kim để nấu chảy kim loại. b. Một vài ví dụ về trường hợp dòng Fu –cô có hại. Dòng Fu- cô làm nóng các lõi sắt trong máy biến thế, các động cơ điện, làm hao phí điện năng. Khắc phục: Các lõi sắt được làm bằng nhiều lá tôn Si ghép cách điện với nhau, những lá thép mỏng này được đặt song song với đường sức từ. Lúc đó dòng điện Fu- cô chạy trong từng lá mỏng điện trở lớn nên có cường độ nhỏ làm giảm hao phí điện năng và lõi sắt ít bị nóng. Hoạt động 5: Củng cố và vận dụng: (5 phút) Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên Nội dung bài ghi của học sinh HS lắng nghe và trả lời câu hỏi. Thảo luận theo nhóm Đại diện các nhóm đưa ra các câu trả lời. HS lắng nghe GV. Nêu câu hỏi 1,2.sgk Cho HS thảo luận theo nhóm và đưa ra câu trả lời. Dòng điện Fu- cô cũng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như luyện kim, đệm từ trường, phanh từ trường, đồng hồ đo điện, phanh, trong y tế: có một liệu pháp gọi là gắng sức trên xe đạp (ergometry) sử dụng dòng điện Foucault để xác định bệnh thiếu máu cơ tim... GV nêu tóm tắt các kiến thức trọng tâm đã học trong bài. TP.HCM, ngày tháng năm 2013 Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực tập: (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Thầy Nguyễn Minh Quang Lê Thị Trung Thu