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

Tiết: 52 KHUNG DÂY CÓ DÒNG ĐIỆN ĐẶT TRONG TỪ TRƯỜNG I. MỤC TIÊU Kiến thức - Trình bày được lực từ tác dụng lên khung dây mang dòng điện. - Thành lập được công thức xác định mômen ngẫu lực từ tác dụng lên khung trong trường hợp đường sức từ song song với mặt phẳng khung dây. - Trình bày được nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của động cơ điện một chiều và của điện kế khung quay. II. CHUẨN BỊ 1.GV - Dụng cụ để tiến hành thí nghiệm hình 33.1 SGK (hoặc đoạn phim thí nghiệm nếu có) 2. HS: Ôn lại những kiến thức về ngẫu lực và động cơ điện một chiều ở lớp 9 và lớp 10. III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC Hoạt động 1:Tìm hiểu khung dây mang dòng điện đặt trong từ trường Hoạt động của thầy Hoạt động của trò Nội dung - GV đặt vấn đề vào bài mới: + Yêu cầu HS thảo luận theo bàn nhắc lại hiện tượng xảy ra khi hai dòng điện song song đặt cách nhau một khoảng d. + Vậy, một khung dây có dòng điện được đặt trong từ trường thì hiện tượng gì sẽ xảy ra? - 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. + Yêu cầu HS xác định lực từ tác dụng lên cạnh AB, CD? +Yêu cầu HS xác định lực từ tác dụng lên hai cạnh AD, BC? + , 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: + Yêu cầu HS viết các biểu thức của lực từ tác dụng lên cạnh BC, AD theo định luật Ampe? + Biểu thức momen của ngẫu lực M tác dụng lên khung được viết như thế nào? + Gọi S là diện tích mặt phẳng giới hạn của khung, viết ngẫu lực M theo S? - Cho HS biết: Trong trường hợp các đường sức từ không nằm trong mặt phẳng của khung, người ta đã chứng minh được M = IBSsinq;q là góc hợp bởi và - Thảo luận theo bàn và nhắc lại hiện tượng theo yêu cầu của GV: + Hút nhau nếu hai dòng điện cùng chiều, đẩy nhau nếu hai dòng điện ngược chiều. - HS trả lời câu hỏi của GV ( Các phương án trả lời có thể là: + Khung dây quay + Khung dây không quay + Khung dây chuyển động) - Quan sát thí nghiệm và rút ra nhận xét: Khi khung chưa có dòng điện thì đứng yên, khi có dòng điện ta thấy khung dây quay. - HS xác định: bằng 0 vì các cạnh đó song song với các đường sức từ. - HS xác định bằng quy tắc bàn tay trái: - HS làm theo các yêu cầu của GV. - HS thảo luận trả lời C1, C2. + FBC = FAD = IBl + M = FBC.d = IBld + ld = S nên M = IBS Trong đó: + B : cảm ứng từ + I : cường độ dòng điện + l : chiều dài cạnh BC và AD + M : momen ngẫu lực từ + S : diện tích giới hạn của khung. 1.Khung dây đặt trong từ trường a. Thí nghiệm b. Lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện Trường hợp 1 :Đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung(Hình 33.3): ] F1, F2, F3, F4 tác dụng lên các cạnh AB, CD, BC, DA có phương nằm trong mặt phẳng khung F1 cân bằng với F2, F3 cân bằng với F4 ® Khung đứng yên và bị giãn ra. Þ Khung dây ABCD cân bằng ® Cân bằng của khung là cân bằng bền ] F1, F2, F3, F4 tác dụng lên các cạnh AB, CD, BC, DA có phương nằm trong mặt phẳng khung. F1 cân bằng với F2, F3 cân bằng với F4 ® Khung đứng yên và bị co lại. Þ Khung dây ABCD cân bằng ® Cân bằng của khung là cân bằng không bền (Hình 33.2): Trường hợp 2 :Đường sức từ nằm trong mặt phẳng khung Hình33.2 + , cùng phương, đều vuông góc với mặt phẳng khung, hướng ra phía trước, hướng ra phía sau mặt phẳng hình vẽ (như hình), độ lớn bằng nhau + Hợp thành một ngẫu lực, làm cho khung quay. Đường sức từ vuông góc với mặt phẳng khung các lực tác dụng lên khung không làm cho khung quay c. Momen ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện 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 . Hoạt động 2: Tìm hiểu động cơ điện một chiều Hoạt động của thầy Hoạt động của trò Nội dung - 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. - HS nghiên cứu SGK nêu cấu tạo theo yêu cầu của GV, các HS khác bổ sung. - HS nghiên cứu SGK trả lời các câu hỏi của GV: + Ngẫu lực từ tác dụng lên khung làm khung quay. + 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. + Khung quay liên tục được 2. Động cơ điện một chiều a. Cấu tạo: SGK b. Hoạt động: SGK Hoạt động 3: Tìm hiểu điện kế khung quay Hoạt động của thầy Hoạt động của trò Nội dung - GV giới thiệu cho HS cấu tạo của điện kế khung quay thông qua tranh vẽ phóng to, nói rõ tác dụng của lõi sắt và lò xo. - 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? - HS chú ý theo dõi - HS suy nghĩ, nghiên cứu SGK và trả lời: + 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. 3. Điện kế khung quay a. Cấu tạo;: SGK b. Hoạt động: SGK Hoạt động 4: Củng cố, vận dụng và giao nhiệm vụ về nhà Hoạt động của thầy Hoạt động của trò - Yêu cầu HS trả lời các câu hỏi cuối bài và câu trắc nghiệm 1,2 phần bài tập. - Giao bài tập về nhà 3,4/171 - HS trả lời theo yêu cầu của GV - Ghi bài tập về nhà. IV. RÚT KINH NGHIỆM