Giáo án Vật lý 11 - CT nâng cao - Tiết 52 - Khung dây có dòng điện đặt trong từ trường

Tiết: 52 Ngày soạn: / /2013 BÀI 33: KHUNG DÂY CÓ DÒNG ĐIỆN ĐẶT TRONG TỪ TRƯỜNG Mục tiêu Kiến thức: - Biết được rằng một khung dây mang dòng điện trong từ trường đều thì lực từ tác dụng lên một khung dây nói chung là có xu hướng làm khung quay chỉ trừ một trường hợp duy nhất khi các đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung thì lực từ không làm quay khung - Thành lập được công thức xác định momen ngẫu lực tác dụng lên khung trong trường hợp đường sức từ song song với mặt phẳng khung dây - Nắm được nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của động cơ điện một chiều và điện kế khung quay. Kỹ năng: - Giải thích chuyển động của khung dây trong từ trường - Giải thích được ứng dụng của hiện tượng này. Thái độ: Có thái độ nghiêm túc, tích cực, chủ động trong học tập, yêu thích môn học. Phương pháp Kết hợp phương pháp phát vấn và phương pháp thuyết trình và phương pháp trực quan. Chuẩn bị Giáo viên: Giáo án, SGK. Dụng cụ để tiến hành thí nghiệm hình 33.1 SGK Học sinh: Chuẩn bị bài theo yêu cầu của giáo viên. Ôn lại lực từ tác dụng lên dòng điện, qui tắc bàn tay trái Tiến trình lên lớp Ổn định lớp: Nắm sĩ số Lớp 11A: Kiểm tra bài củ: Nêu đặc điểm của lực lorenxơ và những ứng dụng của nó? Nội dung bài mới: Đặt vấn đề: Hai dòng điện thẳng song song đặt cách nhau một đoạn d thì chúng có thể hút nhau hoặc đẩy nhau. Vậy một khung dây mang dòng điện đặt trong một từ trường thì tượng gì xảy ra? Chúng ta sẽ tìm hiểu trong tiết hôm nay. Triển khai bài mới: HOẠT ĐỘNG CỦA THẦY VÀ TRÒ NỘI DUNG KIẾN THỨC Hoạt động 1: Tìm hiểu khung dây mang dòng điện đặt trong từ trường GV:Tiến hành thí nghiệm như hình 33.1, yêu cầu HS quan sát và nhận xét theo định hướng sau: hiện tượng gì xảy ra khi đặt khung dây trong từ trường đều khi khung dây có dòng điện và khi khung dây không có dòng điện? 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. GV: Yêu cầu HS xác định lực từ tác dụng lên cạnh AB, CD? GV: Yêu cầu HS xác định lực từ tác dụng lên hai cạnh AD, BC? GV:, hợp thành cặp lực gì? 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 GV: Yêu cầu HS viết các biểu thức của lực từ tác dụng lên cạnh BC, AD theo định luật Ampe? HS: FBC = FAD = Ibl Biểu thức momen của ngẫu lực M tác dụng lên khung được viết như thế nào? HS: M = FBC.d = Ibld Gọi S là diện tích mặt phẳng giới hạn của khung, viết ngẫu lực M theo S? HS: ld = S nên M = IBS 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 - Đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung ( Hình 33.3): các lực tác dụng lên khung không làm cho khung quay Hình 33.3 c. Momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện Trong trường hợp các đường sức từ không nằm trong mặt phẳng của khung, người ta đã chứng minh được : M= IBSsinq Trong đó: q là góc hợp bởi và Chú ý: Chiều của tuân theo quy ước: quay cái đinh ốc theo chiều dòng điện trong khung thì chiều tiến của cái đinh ốc là chiều của vectơ . (Quy tắc nắm tay phải) Hoạt động 2: Tìm hiểu động cơ điện một chiều GV: 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 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 phóng điện khung có quay liên tục được không? 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. 2. Động cơ điện một chiều a. Cấu tạo: SGK b. Hoạt động: SGK + Khi cho dòng điện qua khung dây. Ngẫu lực từ tác dụng lên khung làm khung quay. + Bộ góp 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. Hoạt động 3: Tìm hiểu ứng dụng của lực Lo-ren-xơ GV: Giới thiệu cho HS cấu tạo của điện kế khung quay 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? 3. Điện kế khung quay a. Cấu tạo;: SGK b. Hoạt động: SGK + 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. Củng cố: Câu 1: Khung dây hình vuông cạnh a=20cm gồm 10 vòng dây, dòng điện chạy trong mỗi vòng dây là 2A. Khung dây dặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B=0,2T.Tính momen lực từ tác dụng lên khung dây? 0 Nm B. 0,16Nm C. 0,016Nm D. 1,6Nm Câu 2: Một khung dây phẳng đặt trong từ trường đều, mp khung dây chứa các đường sứ từ, khi giảm cường độ dòng điện đi hai lần và tăng cảm ứng từ lên 4 lần thì mô men lực từ tác dụng lên khung dây sẽ Không đổi B. tăng 4 lần C. tăng 2 lần D. giảm 2 lần 5. Dặn dò * Yêu cầu HS trả lời các câu hỏi cuối bài, câu 1,2 phần bài tập. Bài tập về nhà: trả lời được các câu hỏi 1,2,3,4/165; làm các bài tập 3, 4/165 Bài mới: “Sự từ hóa, chất sắt từ” Thế nào là chất thuận từ chất nghịch từ? Thế nào là hiện tượng từ trể.