giáo án vật lý 11 - Hiện tượng tự cảm, năng lượng của từ trường ppt

TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11
Tiết :
Bài 62 :
HIỆN TƯNG TỰ CẢM
NĂNG LƯNG CỦA TỪ TRƯỜNG
I. MỤC TIÊU :
Hiểu được bản chất của hiện tượng tự cảm khi đóng mạch, khi ngắt mạch.
Nắm và vận dụng được các công thức xác đònh hệ số tự cảm của ống dây, công thưc xác đònh suất điện động tự cảm của ống dây, xông thức
xác đònh suất điện động tự cảm.
Hiểu được rằng từ trường có năng lượng. Vận dụng được công thức xác đònh năng lượng từ trường trong ống dây và công thức xác đònh mật
độ năng lượng từ trường.
II. PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY : Phương pháp thực nghiệm và nêu vấn đề
III. THIẾT BỊ , ĐỒ DÙNG DẠY HỌC :
IV. TIẾN TRÌNH GIẢNG DẠY
PHÂN PHỐI
THỜI GIAN
PHẦN LÀM VIỆC CỦA GIÁO VIÊN
NỘI DUNG GHI BẢNG TỔ CHỨC ,ĐIỀU KHIỂN
1. Kiểm tra
bài cũ và
kiến thức
cũ liên
quan với
bài mới
(3’)
Trả lời câu hỏi SGk
Làm bài tập 1,2,3, SGK
Kiểm tra và đánh giá
2. Nghiên
cứu bài mới
1. Hiện tượng tự cảm

a) Thí nghiệm 1.
♦ Bố trí thí nghiệm như sơ đồ ở hình 62.1.
1. Hiện tượng tự cảm
Trong mục này SGK đưa ra hai thí
nghiệm về hiện tượng tự cảm. Đây lă hai
thí nghiệm có tính kinh điển, trong SGK
GV : ĐỖ HIẾU THẢO  VẬT LÝ PB 11: 62 -1 /7
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11


Đ
1
Đ
2
R
L , R

k

♦ Nhận xét : Khi đóng công tắc K ta nhận thấy bóng
đèn Đ
1
sáng lên, còn bóng đèn Đ
2
sáng lên từ từ mặc
dù điện trở thuần của hai nhánh giống nhau.
♦ Giải thích . Khi đóng công tắc, dòng điện trong cả
hai nhánh đều tăng (lúc đầu I = 0, sau đó I ≠ 0). Trong
nhánh hai dòng điện tăng làm cho từ thông qua ống
dây biến đổi.⇒ xuất hiện dòng điện cảm ứng trong ống

dây.
p dụng qui tắc Lenxơ ⇒ dòng điện trong nhánh hai
không tăng lên nhanh chóng ⇒ bóng đèn Đ
2
sáng lên
từ từ.
b) Thí nghiệm 2.
♦ Sơ đồ thí nghiệm như trên hình 62.2.


Đ

k

R
1
♦ Nhận xét : Ngắt công tắt K , ta nhận thấy bóng đèn
không ngắt ngay mà loé sáng lên rồi sau đó mới tắt.
♦ Giải thích : Khi ngắt công tắc, dòng điện trong mạch
cũ vẫn dùng hai thí nghiệm này. Sơ đồ
trong hình 62.1 SGK là sơ đồ thí nghiệm
hiện tượng tự cảm khi đóng mạch ; sơ đồ
trong hình 62.2 SGK là thí nghiệm về
hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch.
Đối với thí nghiệm như hình 62.1 SGK,
Gv cần nhấn mạnh để học sinh chú ý
rằng bóng đèn ở hai nhánh giống nhau
và điện trở thuần hai nhánh đều như
nhau. Mặc dù vậy, khi đóng mạch, bóng
đèn ơ hai nhánh có cuộn dây vẫn sáng

lên chậm hơn.
Trong thiết bò thí nghiệm, để có hai bóng
đèn ở hai nhánh giống nhau ta có thể
chọn trước, nhưng muốn điện trở thuần
của hai nhánh bằng nhau thì GV phải
điều chỉnh. Muốn vậy ta đóng mạch điện
cho hai bóng đều sáng nhưng độ sáng
thường lă không như nhau. Di chuyển con
chạy của biến trở thì độ sáng của bóng
đèn trong nhánh có biến trở thay đổi.
Đến khi nhận thấy độ sáng của hai bóng
đèn ở hai nhánh là như nhau thì điện trở
thuần ở hai nhánh lúc đó được coi là
bằng nhau.
Sau khi đã làm thí nghiệm theo sơ đồ
trên hình 62.1 SGK, để thí nghiệm có tính
thuyết phục hơn, GV có thể đổi vò trí hai
bóng đèn cho nhau rồi lại đóng mạch
điện như trên. Khi đó ta thấy bóng đèn ơ
nhánh có ống dây sáng lên chậm hơn
GV : ĐỖ HIẾU THẢO  VẬT LÝ PB 11: 62 -2 /7
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11
giảm làm cho từ thông trong ống dây biến đổi⇒ trong
ống dây cũng xuất hiện dòng điện cảm ứng.
Theo quy tắc Len-xơ thì dòng điện cảm ứng cùng
chiều với dòng điện trong mạch do nguồn gây ra, dòng
điện này đi qua bóng đèn. ⇒ bóng đèn loé sáng lên
rồi sau đó mới tắt.
c) Đònh nghóa : Hiện tượng cảm ứng điện từ trong
một mạch điện do chính sự biến đổi của dòng điện

trong mạch đó gây ra gọi là hiện tượng tự cảm.
2. Suất điện động tự cảm
a) Hệ số tự cảm
Ta có φ = BS cos α
khi α = 0 thì φ = BS⇒ φ ~ B
Mà B ~ I ⇒ φ ~ I
Nghia là φ = LI (62.1)
Hệ số tỉ lệ L trong công thức (62.1) gọi là hệ số tư cảm
( hay độ tự cảm) của mạch điện.
Trong hệ SI, đơn vò của hệ số tự cảm là henri, kí hiệu là
H.
Biểu thức tíng hệ số biểu cảm của một ống dây dài đặt
trong không khí là :
L = 4π.10
-7
n
2
v (62.2)
Trong đó n là số vòng dây trên một đơn vò chiều dài
của ống, V là thể tích của ống.
b) Suất điện động tự cảm
Suất điện động được sinh ra do hiện tượng tự cảm
gọi là suất điện động tự cảm.
Hệ số tự cảm của một mạch điện là đại lượng không
đổi. Do đó, có thể viết :
∆φ = L∆I
bóng đèn ở nhánh kia. Điều đó khẳng
đònh rõ ràng rằng ống dây chính là
nguyên nhân ngăn cản không cho dòng
điện trong nhánh đó tăng lên nhanh

chóng.
Trên đây ta nói bóng đèn ở nhánh có ống
dây sáng lên chậm hơn bóng đèn ở
nhánh kia, nhưng cũng cần nói thêm rằng
khoảng thời gian diễn ra sự chậm hơn đó
rất ngắn. Tuy nhiên, nếu có sự chú ý
trước thì có thể phân biệt được.
Đến đây GV có thể gợi ý H1.
Trả lời H1 : Sau khi đóng mạch ít lâu độ
sáng của hai bóng đèn ở hai nhánh lại
như nhau. (Như trên đây nói lên sư sáng
lên chậm hơn của bóng đèn ơ nhánh có
ống dây diễn ra rất nhanh). Hai bóng đèn
sáng như nhau chứng tỏ suất điện động
cảm ứng trong ống dây khi đó bằng
không. Điều đó có thể giải thích là khi
dòng điện trong các nhánh đã ổn đònh,
không biến đổi. Vì vậy suất điện động
cảm ứng trong ống dây bằng không.
Việc tiến hành thí nghiệm theo sơ đồ hình
62.2 SGK đơn giản hơn thí nghiệm trước.
Sau khi ngắt mạch ta thấy bóng đèn lóe
sáng lên rồi mới tắt. Thí nghiệm đó
chứng tỏ khi ngắt mạch ống dây cũng
sinh ra dòng cảm ứng. Để tăng tính
thuyết phục của thí nghiệm, GV có thể
tiến hành một thí nghiệm phụ như sau.
GV : ĐỖ HIẾU THẢO  VẬT LÝ PB 11: 62 -3 /7
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11
Thay biểu thức vừa viết vào (59.1) ta suy ra công thức

xác đònh suất điện động tự cảm sau :
t
I
L
∆
∆
−=
ξ
(62.3)
3. Năng lượng tư trường
a) Nhận xét
Thí nghiệm 2 nói trên cho ta thấy sau khi ngắt công
tắc, bóng đèn vẫn còn sáng trong một khoảng thời
gian. Năng lượng làm cho bóng đèn sáng không phải là
nguồn mà là do ống dây cung cấp. Năng lượng này
được tích trữ trong ống dây từ trước khi ngắt công tắc.
b) Năng lượng của ống dây có dòng điện
Người ta chứng minh rằng, khi có dòng điện cường độ I
chạy qua ống dây có hệ số tự cảm L thì năng lượng
trong ống dây là :
2
LI
2
1
W =
(62.4)
c) Năng lượng từ trường
Khi cho dòng điện chạy qua ống dây thì trong ống dây
có từ trường. Vì vậy người ta quan niệm rằng năng
lượng của ống dây chính là năng lượng của từ trường

trong ống dây đó.
Ta sử dụng công thức (50.3) để rút ra biểu thức của I.
Sau đó thay biểu thức I vừa thế ra vào biểu thức (62.2)
vào (62.4) ta được :
VB10
8
1
W
27
π
=
(62.5)
Từ trường trong ống dây lă từ trường đều nên nếu gọi
w là mật độ năng lượng tư trường thì có thể viết W =
wV. Do đó ta tìm được :
Sau khi đã làm thí nghiệm theo sơ đồ như
trên hình 62.2 SGK, GV thay ống dây
bằng một điện trở thuần R
1
, nghóa là
bằng điện trở thuần của ống dây, rồi lại
ngắt mạch như trên. Khi đó ta sẽ thấy
bóng đèn không lóe sáng như khi trong
mạch có ống dây.
Cũng có thể nói thêm rằng, tuy các động
tác trong việc tiến hành thí nghiệm thì
đơn giản nhưng việc nhận ra rằng, sau
khi ngắt mạch bóng đèn lóe lên một chút
thì lại không đơn giản, bởi vì ống dây
trong bộ thí nghiệm vẫn dùng ở nhà

trường có độ tự cảm rất bé nên sự lóe
sáng của bóng đèn thường không rõ ràng
lắm. Vì vậy ở thí nghiệm này, GV phải
nhắc trước để học sinh chú ý hết sức thì
mới nhận ra được sự loé sáng của bóng
đèn.
Đến đây, dựa vào 2 thí nghiệm trên GV
có thể đưa ra đònh nghóa về hiện tượng tự
cảm. Cần nói rõ rằng, bản chất của hiện
tượng tự cảm cũng là hiện tượng cảm
ứng điện từ. Chỉ có điều khác là hiện
tượng nằm ngay trong mạch điện đang
khảo sát.
2. Suất điện động tự cảm
Vì bản chất của hiện tượng tự cảm là
hiện tượng cảm ứng điện từ nên để thành
lập công thức tính suất điện động tự cảm
có thể xuât phảt từ công thưc xác đònh
GV : ĐỖ HIẾU THẢO  VẬT LÝ PB 11: 62 -4 /7
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11
27
B10
8
1
w
π
=
(62.6)
Công thức (62.6) đúng cho trường hợp từ trường không
đều và từ trường phụ thuộc thời gian.

suất điện động cảm ứng. Tuy nhiên,
nguyên nhân trưc tiếp gây ra hiện tượng
tự cảm là do sự biến thiên của dòng điện
trong mạch. Vì thế, hợp lí hơn cả là biễu
diễn suất điện động tự cảm qua sự biến
đổi của dòng điện trong mạch. Muốn vậy,
rõ ràng là cần phải thiết lập mối liên hệ
giữa từ thông φ và cương độ dòng điên I
trong mạch để có thể suy ra mối liên hệ
giữa ∆φ & ∆Ι. Đó là lí do vì sao trước khi
nói về biểu thức của suất điện động tự
cảm ta cần nói về hệ số tự cảm như SGK
đã trình bày.
Vậy là để mở đầu mục này GV cần nói
về hệ số tự cảm, một đại lượng bây giờ
mới gặp lần đầu tiên.
Để đưa ra đònh nghóa về hệ số tự cảm,
GV cần nói về hệ số tự cảm, GV yêu cầu
học sinh nhắc lại các công thức xác đònh
cảm ứng từ của dòng điện tròn, dòng
điện trong ống dây và gợi cho học sinh
nhận xét về mối liên hệ giữa B và I. Các
công thức vừa nhắc đến chứng tỏ rằng B
tỉ lệ với I. Điều đó cho thấy rút ra nhận
xét là từ thông φ qua diện tích giới hạn
bởi mạch điện cũng tỉ lệ với I ; φ = LI,L là
một hệ số tỉ lệ.
Đến đây, GV thông báo là hệ thức φ = LI
không chỉ đúng đối với hai trường hợp nói
trên mà nó đúng với dòng điện trong các

mạch có mạch khác nhau. Hệ số L trong
GV : ĐỖ HIẾU THẢO  VẬT LÝ PB 11: 62 -5 /7
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11
hệ thức đó gọi là hệ số tự cảm của mạch
điện đang xét.
Hệ số tự cảm của một mạch điện phụ
thuộc vào dạng của mạch điện đó. GV
thông báo về công thức xác đònh hệ số tự
cảm của mạch điện có dạng một ống
dây, đó là công thức (62.2).
Sau khi đã thiết lập được mối liên hệ giữa
φ và Ι thì việc tìm ra công thức xác đònh
suất điện động tự cảm không còn gặp
khó khăn đáng kể.
Gợi ý H2 nêu lên vấn đề tương đối khó
đối với những học sinh dưới trung bình.
Vì vậy GV có thể gióe thiệu H3 đối với
những học sinh khá.
Trả lời H3 : Từ công thức (62.1) ta rút ra
I
φ
L=
(*).
Nếu ống dây có N vòng dây và diện tích
mỗi vòng dây bằng S thì φ = NBS. Gọi l lă
chiều dài ống dây thì φ = nlBS = nBV.
Theo (50.3) ta có B = 4π.10
-7
nI. Thay các
biểu thưc của φ và B vừa viết vào (*) ta

thu được công thức (62.2).
Để lưu ý học sinh sử dụng công thức
(62.2) GV có thể dùng câu gợi ý H3.
Trả lời H3 : (62.2) chỉ áp dụng cho trường
hơp ống dây không có lõi sắt, nghóa là chỉ
áp dụng cho ống dây trên hình 62.3a.
3. Năng lượng từ trường
GV : ĐỖ HIẾU THẢO  VẬT LÝ PB 11: 62 -6 /7
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11
GV đưa ra một hiện tượng để chứng tỏ
rằng trong ống dây có năng lượng. SGK
chọn hiện tượng để làm dẫn chứng lă
hiện tượng trong thí nghiệm 2 ở hình 62.2
SGK.
Sau đó GV dùng phương pháp suy luận
để rút ra kết luận rằng năng lượng trong
ống dây chính lă năng lượng từ trường.
Từ đó, GV thông báo về công thức xác
đònh năng lượng từ trường trong ống dây.
Vấn đề nêu trong
3. Củng cố
bài giảng
Dặn dò của
học sinh
(5’)
Yêu cầu nhắc lại :
Nhấn mạnh các nội dung quan trọng .
Trả lời câu hỏi và làm bài tập SGK
Chuẩn bò bài mới” “
HS tư lưc


GV : ĐỖ HIẾU THẢO  VẬT LÝ PB 11: 62 -7 /7