Giáo án Vật lý 11 - Tiết 44 - Từ trường

Chương VII. TỪ TRƯỜNG ¤ Å Mục tiêu của chương Trình bày được khái niệm cảm ứng từ (phương, chiều, độ lớn). Vận dụng được các công thức xác định lực từ tác dụng lên một đoạn dòng điện, công thức xác định lực Lorenxơ. Trình bày và vận dụng được quy tắc bàn tay trái. Mô tả được từ trường của một số dòng điện có dạng đơn giản, vận dụng được quy tắc nắm tay phải. Trình bày và vận dụng được công thức xác định mômen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây mang dòng điện. Tiết: 44 TỪ TRƯỜNG I. MỤC TIÊU Kiến thức: - Nêu được khái niệm tương tác từ, từ trường, tính chất cơ bản của từ trường. - Trình bày được khái niệm cảm ứng từ (phương và chiều), đường sức từ, từ phổ, những tính chất của đường sức từ. - Trả lời được câu hỏi từ trường đều là gì và nêu được một ví dụ về từ trường đều. Kĩ năng: - Vẽ được các đường sức từ biểu diễn từ trường của thanh nam châm thẳng, nam châm hình chữ U. - Rèn luyện kĩ năng quan sát, nhận xét và tiến hành thí nghiệm. II. CHUẨN BỊ 1. GV: - Thanh nam châm, nam châm hình chữ U, kim nam châm (hay một chiếc la bàn), một đoạn dây dẫn, một bộ pin hay bộ ắc quy. Một bộ thí nghiệm về tương tác giữa hai dòng điện (hay đoạn video clip thí nghiệm về tương tác giữa hai dòng điện), một tờ bìa hay một tấm kính, mạt sắt. Dự kiến nội dung ghi bảng (HS tự ghi chép theo GV) 2. HS: Ôn lại phần từ trường đã học ở THCS. III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC: Hoạt động Đặt vấn đề và vào bài mới(3 phút) Giới thiệu bài mới: Ta đã biết xung quanh một hạt mang điện có một điện trường và thông qua điện trường này nó tương tác điện với một hạt mang điện khác. Vậy nếu 2 nam châm tương tác với nhau thì liệu chúng có tương tác thông qua một trường nào đó hay không? - Ghi tiêu đề lên bảng:Bài 26: Từ trường Hoạt động : Tìm hiểu tương tác từ Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung GV: Lần lượt tiến hành TN giữa nam châm với nam châm, giữa nam châm với dòng điện và giưa dòng điện với dòng điện. Yêu cầu HS quan sát, thảo luận (2HS) và nhận xét hiện tượng? A GV: Đặt câu hỏi: Các em có nhận xét gì về bản chất của các tương tác trong ba thí nghiệm trên? (GV gợi ý để HS thấy rằng các tương tác kia có cùng bản chất, đó là tương tác từ, lực tác dụng là lực từ) - Gọi một HS trả lời câu hỏi. HS quan sát thí nghiệm, thảo luận và rút ra nhận xét theo yêu cầu của GV TN hình 26.1: Hai cực cùng tên của hai nam châm gần nhau thì đẩy nhau, hai cực khác tên gần nhau thì chúng hút nhau Þ tương tác từ giữa hai nam châm TN hình 26.2: Dòng điện tác dụng lực lên nam châm Þ dòng điện đóng vai trò như nam châm. TN hình 26.3: Hai dòng điện cũng tương tác với nhau: 2 dòng điện cùng chiều thì hút nhau, ngược chiều thì đẩy nhau - HS suy nghĩ, trả lời câu hỏi của GV Các tương tác trên có cùng bản chất, đó là tương tác từ, lực tương tác trong các trường hợp trên là lực từ. 1. Tương tác từ a. Cực của nam châm - Nam châm thường gặp có 2 cực: cực Bắc (N), cực Nam (S) - Thực tế có nam châm có số cực lớn hơn hai nhưng không có nam châm nào có số cực là một số lẻ. b. Thí nghiệm về tương tác từ - Thí nghiệm hình 26.1 Tương tác giữa nam châm với nam châm: Các nam châm tương tác với nhau, các cực cùng tên thì đẩy nhau, các cực khác tên thì hút nhau. - Thí nghiệm Ơ-xtét (hình 26.2): tương tác giữa nam châm và dòng điện Cho một dòng điện chạy qua một dây dẫn gần một kim nam châm, nam châm bị lệch Þ dòng điện và nam châm có mối liên hệ chặt chẽ, dòng điện cũng có vai trò như một nam châm. - Thí nghiệm hình 26.3: tương tác giữa hai dòng điện Cho I1 chạy qua dây AB; I2 chạy qua dây CD +/ I1 = 0 hoặc I2 = 0: không có tương tác +/ : AB và CD hút nhau. +/ : AB và CD đẩy nhau. Nhận xét: Tương tác giữa nam châm với nam châm, giữa dòng điện với nam châm và giữa dòng điện với dòng điện đều gọi là tương tác từ.Lực tương tác trong các trường hợp đó gọi là lực từ. Hoạt động 3: Tìm hiểu khái niệm từ trường. Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung +đưa ra câu hỏi gợi ý để giúp học sinh suy luận: + Một vật gây ra lực hấp dẫn thì xung quanh vật đó có trường hấp dẫn, một vật gây ra lực điện thì xung quanh vật đó có điện trường. Theo các em xung quanh một vật gây ra lực từ thì sao? nhận xét suy luận của HS, khẳng định suy luận đúng Lưu ý cho HS rằng nam châm và dòng điện đều gây ra lực từ, cho HS đưa ra kết luận về sự tồn tại của từ trường xung quanh nam châm và dòng điện Hãy phát biểu định nghĩa dòng điện? - Gọi một HS trả lời Gợi ý, dẫn dắt vấn đề cho HS: dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện. Dòng điện gây ra từ trường. Ta có thể đưa ra kết luận gì về từ trường của dòng điện? Tính chất cơ bản của từ trường là gì? Gọi một HS trả lời câu hỏi Thông báo cho HS biết: khi xét từ trường, người ta cũng dùng một đại lượng đặc trưng cho từ trường về mặt tác dụng lực từ, đó là cảm ứng từ. Tiến hành thí nghiệm kim nam châm nằm cân bằng trong từ trường, Yêu cầu HS quan sát, nhận xét - Yêu cầu HS nghiên cứu SGK nêu định nghĩa về phương và chiều của cảm ứng từ. Thông báo định tính về độ lớn của cảm ứng từ - Yêu cầu HS vận dụng bài học trả lời muc C2 trong SGK HS suy luận và trả lời được rằng: - Xung quanh một vật gây ra gây ra lực từ thì có từ trường. - HS đưa ra kết luận: Từ trường tồn tại xung quanh nam châm và xung quanh dòng điện - HS trả lời câu hỏi theo yêu cầu của GV Là dòng chuyển dời có hướng của các hạt mang điện - HS suy luận dưới sự dẫn dắt của GV và đưa ra kết luận Từ trường của dòng điện thực chất là từ trường của các điện tích chuyển động tạo thành dòng điện đó. Vậy: Xung quanh điện tích chuyển động có từ trường. HS trả lời câu hỏi của GV: Gây ra lực từ tác dụng lên một nam châm hay một dòng điện đạt trong nó - Theo dõi bài giảng của GV - HS quan sát, nhận xét: kim nam châm thử nằm cân bằng ở các điểm khác nhau trong từ trường thì nói chung nó định hướng khác nhau. - HS nghiên cứu SGK, nêu định nghĩa về phương và chiều của cảm ứng từ, lưu ý về độ lớn của cảm ứng từ. - HS vận dụng định nghĩa về phương và chiều của cảm ứng từ trả lời C2. 2. Từ trường a. Khái niệm từ trường Xung quanh thanh nam châm hay xung quanh dòng điện có từ trường b. Điện tích chuyển động và từ trường Xung quanh điện tích chuyển động có từ trường. c. Tính chất cơ bản của từ trường Tính chất cơ bản của từ trường là nó gây ra lực từ tác dụng lên một nam châm hay một dòng điện đặt trong nó. d. Cảm ứng từ - Cảm ứng từ là một đại lượng vectơ kí hiệu đặc trưng cho từ trường về mặt gây ra lực từ. - Phương của nam châm thử nằm cân bằng tại một điểm trong từ trường là phương của vectơ cảm ứng từ của từ trường tại điểm đó . - Ta quy ước chiều từ cực Nam sang cực Bắc của nam châm thử là chiều của . - Lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện ở điểm nào lớn hơn thì cảm ứng từ tại điểm đó lớn hơn. Hoạt động 4: Tìm hiểu về đường sức từ Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung - Yêu cầu HS nghiên cứu SGK phát biểu định nghĩa đường sức từ. - GV lưu ý cho HS là đối với nam châm thử, ta quy ước lấy chiều từ cực nam sang cực bắc là chiều của đường cảm ứng từ. - Yêu cầu HS nghiên cứu SGK nêu các tính chất của đường cảm ứng từ. - GV: Làm thí nghiệm : - Rắc mạt sắt lên một tấm bìa - Đặt tấm bìa lên một nam châm và gõ nhẹ Yêu cầu HS quan sát và nhận xét về hình dạng các đường mạt sát GV: thông báo đó chính là hình ảnh từ phổ của nam châm,GV có thể tiến hành thêm các thí nghiệm tương tự để HS thấy được từ phổ của nam châm hình chữ U, cuả từ trường giữa hai cực của hai thanh nam châm đặt gần nhau (như hình 26.6 và 26.7) - GV yêu cầu HS thảo luận trả lời C3 - GV bổ sung, làm rõ để HS phân biệt được từ phổ và các đường cảm ứng từ. - HS nghiên cứu SGK phát biểu định nghĩa đường sức từ theo yêu cầu của GV. - HS nghiên cứu SGK nêu các tính chất của đường cảm ứng từ HS quan sát thí nghiệm và rút ra nhận xét: Þ Các mạt sắt xếp thành những đường cong xác định. 3. Đường sức từ a. Định nghĩa Đường sức từ là đường được vẽ sao cho hướng của tiếp tuyến tại bất kì điểm nào trên đường cũng trùng với hướng của vectơ cảm ứng từ tại điểm đó. b.Các tính chất của đường sức từ -Tại mỗi điểm trong từ trường, có thể vẽ được một đường sức từ đi qua và chỉ một mà thôi. - Các đường sức từ là những đường cong kín. Trong trường hợp nam châm, ở ngoài nam châm các đường sức đi ra từ cực Bắc, đi vào ở cực Nam của nam châm - Các đường sức từ không cắt nhau. - Nơi nào các đường cảm ứng từ lớn hơn thì các đường sức từ ở đó vẽ mau hơn (dày hơn), nơi nào cảm ứng từ nhỏ hơn thì các đường sức từ ở đó vẽ thưa hơn. c. Từ phổ - Rắc mạt sắt lên một tấm bìa - Đặt tấm bìa lên một nam châm và gõ nhẹ Þ Các mạt sắt xếp thành những đường cong xác định. Þ Các "đường mạt sắt" cho ta hình ảnh các đường cảm ứng từ, đó là từ phổ của nam châm. Hoạt động 5: Tìm hiểu từ trường đều Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung - GV cho HS tham khảo SGK nêu định nghĩa từ trường đều. - GV cho HS quan sát lại hình ảnh từ phổ của nam châm hình chữ U để HS thấy rằng các đường mạt sắc là các đường gần như song song và cách đều nhau, yêu cầu HS kết hợp với tính chất của đường sức từ để đưa ra kết luận về đường sức từ của từ trường đều - HS thảo luận, trả lời C3 - HS tham khảo SGK nêu định nghĩa từ trường đều. - HS quan sát, suy luận đưa ra kết luận: đường sức của từ trường đều là các đường thẳng song song và cách đều nhau, từ trường trong khoảng giữa hai cực của nam châm hình chữ U là từ trường đều. 4. Từ trường đều - Một từ trường mà cảm ứng từ tại mọi điểm đều bằng nhau gọi là từ trường đều. - Ở khoảng giữa 2 cực nam châm hình móng ngựa, từ trường là đều, các đường cảm ứng từ song song và cách đều nhau. Hoạt động 6: Vận dụng, tổng kết bài học Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Yêu cầu HS trả lời câu hỏi, làm các bài tập trong SGK .- Cho bài tập về nhà Trả lời các câu hỏi trong SGK.- Ghi bài tập về nhà vào vở. IV. RÚT KINH NGHIỆM