Bài 62 : HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM NĂNG LƯỢNG CỦA TỪ TRƯỜNG docx

TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11

GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO  VAÄT LYÙ PB 11: 62 -1 /16

Tiết :
Bài 62 :
HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM
NĂNG LƯỢNG 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 định hệ số tự cảm của ống dây, công thưc xác định suất điện động tự cảm của ống dây,
xông thức xác định suất điện động tự cảm.
Hiểu được rằng từ trường có năng lượng. Vận dụng được công thức xác định năng lượng từ trường trong ống dây và công thức xác
định mật độ năng lượng từ trường.
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11

GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO  VAÄT LYÙ PB 11: 62 -2 /16

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
PHẦN LÀM VIỆC CỦA GIÁO VIÊN PHÂN
PHỐI
THỜI
GIAN
NỘI DUNG GHI BẢNG TỔ CHỨC ,ĐIỀU KHIỂN
HOẠT ĐÔNG CỦA
HỌC SINH
GHI
CHÚ
1. Kiểm tra

bài cũ và
kiến thức
cũ liên
quan với
bài mới
Trả lời câu hỏi SGk
Làm bài tập 1,2,3, SGK
Kiểm tra và đánh giá
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11

GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO  VAÄT LYÙ PB 11: 62 -3 /16

(3’)
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.


Ñ
1
Ñ
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
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 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

TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11

GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO  VAÄT LYÙ PB 11: 62 -4 /16

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.
Aùp 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.
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 bị 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
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11

GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO  VAÄT LYÙ PB 11: 62 -5 /16

Ñ

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 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,
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
vị 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 bóng đèn ở nhánh
kia. Điều đó khẳng định 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
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11

GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO  VAÄT LYÙ PB 11: 62 -6 /16

dòng điện này đi qua bóng đèn.  bóng đèn loé
sáng lên rồi sau đó mới tắt.
c) Định nghĩa : 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  = BS cos 
khi  = 0 thì  = BS  ~ B
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 định, không biến đổi. Vì
vậy suất điện động cảm ứng trong ống
dây bằng không.
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11

GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO  VAÄT LYÙ PB 11: 62 -7 /16

Mà B ~ I   ~ I
Nghia là  = 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 vị 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 = 4.10
-7
n
2
v (62.2)
Trong đó n là số vòng dây trên một đơn vị chiều
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. 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
, nghĩa 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.
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11

GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO  VAÄT LYÙ PB 11: 62 -8 /16

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 :
 = LI
Thay biểu thức vừa viết vào (59.1) ta suy ra công
thức xác định suất điện động tự cảm sau :
t
I
L




(62.3)

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 định nghĩa về hiện
tượng tự cảm. Cần nói rõ rằng, bản
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11

GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO  VAÄT LYÙ PB 11: 62 -9 /16

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
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 định 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
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11

GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO  VAÄT LYÙ PB 11: 62 -10 /16

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 :
ràng là cần phải thiết lập mối liên hệ
giữa từ thông  và cương độ dòng
điên I trong mạch để có thể suy ra mối
liên hệ giữa   . 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 định nghĩa về hệ số tự cảm,
GV cần nói về hệ số tự cảm, GV yêu
cầu học sinh nhắc lại các công thức
xác định cảm ứng từ của dòng điện
tròn, dòng điện trong ống dây và gợi
cho học sinh nhận xét về mối liên hệ
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11

GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO  VAÄT LYÙ PB 11: 62 -11 /16

VB10
8
1

W
27

 (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 :
27
B10
8
1
w


(62.6)
Công thức (62.6) đúng cho trường hợp từ trường
không đều và từ trường phụ thuộc thời gian.

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
 qua diện tích giới hạn bởi mạch điện
cũng tỉ lệ với I ;  = LI,L là một hệ số
tỉ lệ.
Đến đây, GV thông báo là hệ thức  =
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 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 định hệ số
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11

GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO  VAÄT LYÙ PB 11: 62 -12 /16

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  và  thì việc tìm ra công thức
xác định 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
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11

GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO  VAÄT LYÙ PB 11: 62 -13 /16

ra
I
φ
L  (*).
Nếu ống dây có N vòng dây và diện
tích mỗi vòng dây bằng S thì  =

NBS. Gọi l lă chiều dài ống dây thì 
= nlBS = nBV. Theo (50.3) ta có B =
4.10
-7
nI. Thay các biểu thưc của  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,
nghĩa là chỉ áp dụng cho ống dây trên
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11

GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO  VAÄT LYÙ PB 11: 62 -14 /16

hình 62.3a.
3. Năng lượng từ trường
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 định năng lượng từ
trường trong ống dây.
TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11

GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO  VAÄT LYÙ PB 11: 62 -15 /16

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 bị bài mới” “
HS tư lưc


TRƯỜNG PTTH MẠC ĐĨNH CHI  GIÁO ÁN VẬT LÝ 11

GV : ÑOÃ HIEÁU THAÛO  VAÄT LYÙ PB 11: 62 -16 /16