Giáo án Vật lí 11 - Bài 21 - Từ trường của dòng điện chạy trong các dây dẫn có hình dạng đặc biệt

Bài 21: TỪ TRƯỜNG CỦA DÒNG ĐIỆN CHẠY TRONG CÁC DÂY DẪN CÓ HÌNH DẠNG ĐẶC BIỆT I. Mục tiêu. 1.. Về kiến thức - Phát biểu được cách xác định phương, chiều và viết được công thức tính cảm ứng từ B của: + dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài (được coi là dài vô hạn) tại một điểm bất kì. + dòng điện chạy trong dây dẫn uốn thành vòng tròn tại tâm của nó. + dòng điện chạy trong ống dây dẫn hình trụ dài tại một điểm bên trong lòng ống dây. b. Về kĩ năng - Vận dụng nguyên lý chòng chất từ trường để giải các bài tập đơn giản. II. Chuẩn bị. 1.Giáo viên: mô hình ống dây. 2.Học sinh: xem bài trước. III. Tiến trình dạy học. 1. Ổn định lớp 2. Kiểm tra bài cũ: Câu 1: Định nghĩa vectơ cảm ứng từ ? Nêu các yếu tố của vectơ cảm ứng từ ? Câu 2: Nêu quy tắc bàn tây trái? Vận dụng xác định lực từ trong các trường hợp sau? N S I + I 3. Bài mới: Nội dung ghi bảng Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Hoạt động 1: Đặt vấn đề. -ĐVĐ: Ở bài từ trường, chúng ta đẫ xác định được hình dạng, chiều của đường sức từ. Vậy độ lớn của của các từ trường này được xác định như thế nào? Để trả lời chúng ta đi vào bài mới. Hoạt động 2: Xác định các đặc điểm chung của từ trường — Qua những bài mà các em đã học về từ trường, em cho biết từ trường của dòng điện phụ thuộc vào những yếu tố nào? - GV thông báo: còn phụ thuộc vào vị trí đang xét và môi trường xung quanh. - GV thông báo: Trong chương trình, ta chỉ xét trong môi trường chân không. Và một cách gần đúng ta có thể áp dụng cho môi trường xung quanh là không khí. ■ Cường đội dòng điện I , dạng hình học của dây dẫn. - HS ghi nhớ. Hoạt đông 3: Tìm hiểu đặc điểm của từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài I. Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài . O I + Điểm đặt: tại điểm đang xét. + Phương: trùng với phương tiếp tuyến với đường sức từ tại điểm đang xét. + Chiều: xác định theo quy tắc nắm bàn tay phải: “ Đặt bàn tay phải nắm lại dọc theo dây dẫn, chiều của ngón cái chỉ chiều dòng điện, khi đó chiều quay của các ngón tay còn lại chỉ chiều của cảm ứng từ”. + Độ lớn: trong đó, I: là cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn. (A) r: là khoảng cách từ dây dẫn đến điểm đang xét. (m) ● Đường sức từ của dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng dài có hình dạng và chiều như thế nào? - GV vẽ hình và cho HS lên bảng vẽ vectơ tại điểm M trong từ trường của dòng điện thẳng dài. ● Dựa vào hình vẽ, hãy xác định điểm đặt phương, chiều của ? - GV : yêu cầu HS trả lời câu C1. - GV thông báo công thức tính độ lớn của ? - HS trả lời. ■ Khi chưa có điện trường các ion chuyển động hỗn loạn. - HS vẽ hình. - HS trả lời. -HS trả lời câu C1. - HS tiếp thu. Hoạt động 4: Tìm hiểu từ trường của dòng điện trong dây dẫn uốn thành vòng tròn. II - Từ trường của dòng điện chạy trong dây dẫn uốn thành vòng tròn. Cảm ứng từ do dòng điện gây ra tại tâm O của vòng dây: + Điểm đặt: tại tâm O. + Phương: vuông góc với mặt phẳng chứa dòng điện. + Chiều: Vào mặt Nam, ra mặt Bắc của dòng điện tròn. + Độ lớn: trong đó, R là bán kính của khung dây tròn. N: số vòng dây tròn. — Đặc điểm của đường sức từ của dòng điện trong khung dây dẫn? - GV vẽ hình và cho HS lên vẽ chiều của đường sức từ đi qua tâm O. — Đường sức từ đi qua tâm O là một đường thẳng. Vậy, vectơ cảm ứng từ tại tâm O sẽ có điểm đặt, phương, chiều như thế nào ? - GV giới thiệu thêm quy tắc nắm bàn tây phải; quy tắc cái định ốc. - HS trả lời. - HS vẽ hình. - HS trả lời. Hoạt động 5: Tìm hiểu từ trường của dòng điện chạy trong ống dây dẫn hình trụ. III - Từ trường của dòng điện chạy trong ống dây dẫn hình trụ. - Đường sức từ: + Bên ngoài ống dây: đường sức từ giống với dạng đường sức của nam châm thẳng. + Bên trong ống dây: từ trường là từ trường đều. - Cảm ứng từ trong lòng ống dây: + Phương: song song với trục của ống dây. + Chiều: xác định theo quy tắc nắm tay phải: “ Dùng bàn tay phải nắm lấy ống dây sao cho các ngón tay hướng theo chiều dòng điện; khi đó ngón cái choãi ra cho ta chiều của đường sức từ. + Độ lớn: trong đó: N : số vòng dây trên ống dây l : chiều dài của ống dây (m) n: số vòng quấn trên 1 đơn vị chiều dài của ống. () - GV giới thiệu hình vẽ 21.4. — Nhận xét dạng đường sức bên ngoài ống dây giống với dạng đường sức nào mà ta đã quan sát? - GV thông báo: Thực nghiệm đã chứng tỏ rằng, trong ống dây từ trường là từ trường đều. - GV vẽ hình và thông báo cách xác định chiều đường sức. - Dựa vào tính chất đường sức là những đường cong khép kín hoặc dài vô hạn. GV cho một HS lên vẽ đường sức trong lòng ống dây. — Dựa vào hình vẽ, hãy xác định phương chiều của vectơ cảm ứng từ ? ¡ Đường sức bên ngoài ống dây giống với dạng đường sức của nam châm thẳng. - HS vận dụng quy tắc nắm tay phải (hoặc quy tắc cái đnh ốc) để xác định chiều đường sức. - HS vẽ hình. - HS trả lời. IV – Từ trường của nhiều dòng điện gây ra tại một điểm. Nguyên lý chồng chất từ trường: SGK Nếu lần lượt là cảm ứng từ do I1, I2 gây ra tại M thì: * cùng phương cùng chiều thì: BM = B1 + B2 , * cùng phương ngược chiều thì: BM = B1 - B2 ( nếu B1 > B2), * vuông góc thì: , tạo với góc α với: * cùng độ lớn và hợp nhau góc α thì: , tạo với góc * khác độ lớn và hợp nhau góc α thì: - GV đặt vấn đề và dựa vào sự tương tự của nguyên lý chồng chất điện trường để đưa ra nguyên lý chồng chất từ trường. Hoạt động 6: Củng cố, vận dụng. - GV: củng cố bài học. - Bài tập vận dụng: Hai dây dẫn thẳng dài sông song dài vô hạn, cách nhau a =10 cm trong không khí, trong đó lần lượt có hai dòng điện I1 = I2 = 5A chạy ngược chiều nhau. Xác định cảm ứng từ tại điểm: a. M, biết M cách dây 1: 4cm, cách dây 2: 6 cm. b. N, biết N cách dây 1: 4cm, cách dây 2: 14 cm. c. P, biết P cách dây 1: 6cm, cách dây 2: 8cm. IV- Rút kinh nghiệm: ..