Nghiên cứu vận dụng phương pháp dạy học giải quyết vấn đề vào phần từ trường và cảm ứng điện từ lớp 11 THPT

Bài 1

Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện.
cảm ứng từ

I. Vấn đề hoá nội dung dạy học
Một dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trờng thì có lực từ tác dụng, vậy
cách xác định vectơ lực đó nh thế nào ?
Các vấn đề cần giải quyết:
- Phơng của lực từ xác định nh thế nào ?
- Cơ sở để xác định chiều lực từ ?
- Mối liên quan giữa chiều dòng điện, chiều từ trờng và chiều của lực từ?
- Xác định độ lớn của lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng
điện ?
- Công thức Ampe về lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng
điện đặt trong từ trờng đều.
II. Vị trí của bài học
Bài này là bài thứ ba thuộc chơng từ trờng sau khi học sinh đã nghiên cứu
về khái niện từ trờng và đờng cảm ứng từ ở hai bài trớc. Có thể nói bài này là cơ
sở để học sinh có thể nghiên cứu các phần tiếp theo: Tơng tác giữa hai dây dẫn
song song mang dòng điện, lực từ tác dụng lên một khung dây mang dòng điện,
lực Lorentz .v.v
Nội dung gồm hai phần:
- Phơng và chiều của lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện
- Cảm ứng từ
III. Mục đích, yêu cầu
- Học sinh phải trả lời đợc các vấn đề trên sau khi kết thúc bài học.
- Học sinh chứng kiến sự phân tích tìm phơng án thí nghiệm để giải quyết
vấn đề.
- Học sinh quan sát thí nghiệm
- Học sinh tham gia phân tích các kết quả thí nghiệm để rút ra kết luận

cho vấn đề cần nghiên cứu.
IV. Chuẩn bị cho bài học
- Yêu cầu học sinh ôn lại bài từ trờng, đờng cảm ứng từ.
- Chuẩn bị thí nghiệm: Nam châm hình móng ngựa, 1 cân, 1 nguồn điện
một chiều, một khung dây dẫn.
Bài mới:
GV: Trong phần trớc (bài đầu tiên của chơng từ trờng ), bằng thí nghiệm
chúng ta đã nhận biết đợc từ trờng tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng
điện. Vậy làm thế nào để xác định phơng, chiều và độ lớn của lực từ tác dụng lên
dây dẫn mang dòng điện? Bài hôm nay nghiên cứu vấn đề đó.
1. Phơng và chiều của lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện
Phơng và chều của lực từ đợc xác định theo quy luật nào?
70


GV: Treo một khung dây dẫn (cha có dòng điện )vào một đầu đòn cân.
trên đĩa ở đầu kia đặt các quả cân sao cho cân thăng bằng.
GV: Nếu đặt nam châm móng ngựa sao cho cạnh AB của khung dây nằm
trong khoảng không gian giữa hai cực của nam châm sao cho AB với các đờng
cảm ứng từ thì các em dự toán có hiện tợng gì xẩy ra?
HS1: Cân vẫn giữ thăng bằng vì từ trờng chỉ tác dụng lên dây dẫn AB có
dòng điện.
HS2: Cân bị nghiêng về phía khung dây do nam châm có từ tính nên nó
hút dây dẫn AB.
GV: - Làm thí nghiệm để xem dự đoán nào đúng, quả nhiên học sinh thấy
rằng cân vẫn thăng bằng ngay cả khi giáo viên đặt nam châm theo các vị trí khác
nhau (thẳng đứng, nằm nghiêng).
- Nh vậy từ trờng chỉ tác dụng lực từ lên dây dẫn mang dòng điện.
GV: Hớng dẫn học sinh xây dựng giả thuyết về phơng và chiều của lực từ.
GV: Đặt vị trí khung dây nh hình vẽ 48.1b SGK và đặt câu hỏi: Nếu cho

dòng điện chạy qua khung dây sao cho dòng điện trong dây dẫn AB có chiều từ
A đến B các em dự đoán có hiện tờng gì xẩy ra? Vì sao?
HS1: Cân vẫn giữ thăng bằng do từ trờng tác dụng lực hút lên dây dẫn AB
một lực theo phơng nằm ngang, cùng phơng với các đờng cảm ứng từ.
HS2: Cân sẽ lệch về phía các quả cân do từ trờng tác dụng lực hút lên dây
dẫn AB theo phơng thẳng đứng hớng từ dới lên.
GV: Làm TNKT lập tức học sinh thấy rằng cân nghiêng về phía khung dây
điều đó chứng tỏ lực mà từ trờng tác dụng lên dây dẫn AB là lực hút theo phơng
thẳng đứng từ trên xuống.
Đến đây học sinh sẽ ngạc nhiên thấy rằng trong từ trờng đều, lực từ không
cùng phơng với các đờng cảm ứng từ trong khi lực điện cùng phơng với các đờng
sức điện trong điện truờng đều và cảm thấy rằng đây là vấn đề cần phải nghiên
cứu.
GV: Bây giờ, các em dự đoán phơng của lực từ ra sao và chiều của lực từ
phụ thuộc những yếu tố nào?




HS: Phơng của Ft không cùng phơng với các đờng cảm ứng từ, Ft vuông
góc với đờng cảm ứng từ và đoạn dây dẫn hay nó vuông góc với mặt phẳng (đờng cảm ứng từ và đoạn dây dẫn )


+ Chiều của Ft sẽ có một số ý kiến khác nhau:


HS1: Chiều của Ft chỉ phụ thuộc chiều của dòng điện I trong dây dẫn AB.


HS2: Chiều của Ft phụ thuộc cả chiều của đờng cảm ứng từ và chiều

dòng điện .
GV: Tạm thời chấp nhận các GT mà học sinh vừa nêu để hớng dẫn học
sinh từng bớc loại bỏ các GT không hợp lý.
71




GV: Làm thế nào có thể kiểm ra đợc phơng của Ft luôn luôn vuông góc


với mặt phẳng chứa đờng cảm ứng từ và đoạn dây dẫn, chiều của Ft theo 3 phơng án trên. Học sinh sẽ dễ dàng nêu các phơng án sau:


HS1: Đổi chiều dòng điện, Ft vẫn vuông góc với mặt phẳng chứa đờng


cảm ứng từ và đoạn dây dẫn AB nhng chiều không đổi nếu cho rằng chiều của Ft
chỉ phụ thuộc chiều đờng cảm ứng từ tức là cân vẫn nghiêng về phía khung dây.


HS2: Đảo hai cực của nam châm Ft vẫn vuông góc với mặt phẳng chứa đờng cảm ứng từ đoạn dây dẫn AB và có chiều không đổi nếu cho rằng chiều của


Ft chỉ phụ thuộc vào chiều của dòng điện I trong dây dẫn AB do đó vẫn nghiêng

về phía khung dây.


HS3: Đồng thời đảo cực nam châm và đổi chiều dòng điện, Ft vẫn vuông

góc với mặt phẳng chứa đờng cảm ứng từ và đoạn dây dẫn AB và có chiều không
đổi, cân vẫn nghiêng về phía khung dây (vì cho rằng phụ thuộc cả chiều dòng
điện và chiều đờng cảm ứng từ đó vừa đổi chiều dòng điện, vừa đổi chiều


đờng cảm ứng, dẫn đến Ft đổi chiều 2 lần nên lại trở về chiều ban đầu).
GV: Mời một học sinh lên làm TNKT và học sinh xác nhận sự đúng đắn
của phơng án thứ 3: Lực từ tác dụng lên dây dẫn AB có phơng vuông góc với mặt
phẳng chứa đờng cảm ứng từ và đoạn dây dẫn AB và có chiều phụ thuộc cả
chiều của đờng cảm ứng từ và chiều của dòng điện.
GV: Để thuận tiện khi vận dụng, chúng ta phải đa ra một quy tắc nào đó


để nó thể hiện mối liên hệ đồng thời về hớng của Ft , I và đờng cảm ứng? (đồng
thời treo hình vẽ sẵn lên bảng để học sinh dễ liên hệ và nêu quy tắc).
Đến đây có thể học sinh sẽ lúng túng, khi đó giáo viên sẽ nêu: Quy tắc
bàn tay trái (ngoài ra có khi ngời ta còn dùng bàn tay phải, quy tắc tam diện
thuận.
Cho học sinh vận dụng: GV vẫn sử dụng thí nghiệm trên nhng giả sử cho
nam châm nằm theo vị trí mới (HV2) và yêu cầu học sinh xác định chiều của lực


Ft từ đó kết luận và sự thăng bằng của cân.


HS: áp dụng quy tắc bàn tay trái, lực Ft có phơng nằm ngang, hớng ra
phía ngoài nam châm nên cân vẫn giữ thăng bằng.
GV: Làm TNKT để kiểm ttra sự đùng đắn của sự vận dụng trên.
2. Cảm ứng từ.
72

a) Độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện.
GV: Chúng ta đã xác định đợc phơng, chiều của lực từ F tác dụng lên dây
1

dẫn AB vậy độ lớn của nó bằng bao nhiêu ?
HS: Bằng trọng lợng của quả cân khi ta đặt thêm vào đĩa cân để cho cân ở
lại vị trí thăng bằng. (Tất nhiên ở thí nghiệm đã đợc giáo viên chuẩn bị rất kỹ sao
cho việc bớt hay thêm vào các quả cân thực hiện một cách thuận lợi nhanh
chóng, dễ xác định ).
GV: Trong những trờng hợp tổng quát, không có cân hoặc không thể sử
dụng cân thì làm thế nào để xác định độ lớn của F ?
1
HS: Ta phải tìm xem độ lớn của F phụ thuộc vào độ lớn của những đại l1
ợng nào hay phải đi tìm biểu thức độ lớn của F .
1
Nếu học sinh không trả lời đợc giáo viên có thể gợi ý bằng cách đề nghị
HS nêu cách tính một số lực quen thuộc đã học (lực đàn hồi, lực ma sát, lực
Coulomb, ) từ đó HS thấy rằng việc cần thiết phải đi xác định biểu thức độ lớn


của lực từ Ft .


GV: Độ lớn của Ft có thể phụ thuộc những đại lợng nào ?
HS1: Phụ thuộc I.
HS2: Phụ thuộc từ trờng nam châm.
HS3: Đa số nói phụ thuộc cả I và từ trờng nam châm.
GV: Hãy nêu phơng án thí nghiệm kiểm tra ?

HS1: Vẫn dùng một nam châm, thay đổi I, đo Ft.
HS2: Giữ nguyên I, thay đổi từ trờng bằng cách thay những nam châm
khác nhau, đo Ft.
GV: Làm TNKT, HS thấy Ft tỉ lệ với I và Ft tỉ lệ với độ mạnh yếu của từ trờng nam châm (đợc xác định bằng sự hút mạnh hay yếu của nam châm đối với
một vật bằng sắt nhỏ treo bằng một sợi dây).
HS khó có thể tự nêu ra đợc lực từ phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn nên
GV sẽ gợi ý.
GV: Ft có phụ thuộc chiều dài dây dẫn không ?
HS1: Có phụ thuộc
HS2: Không phụ thuộc
GV: Hãy nêu phơng án TNKT ?
HS: Cho từ trờng không đổi (vẫn dùng một nam châm), thay dây dẫn có
chiều dài khác nhau, điều chỉnh cho I không đổi, đo Ft.
GV: Mời 1 HS lên làm TNKT, cả lớp quan sát thấy Ft tỉ lệ với 1.
Thí nghiệm đo Ft chính xác là rất khó. ở đây GV chỉ có thể cho HS thấy
sự tỉ lệ của Ft đối với các đại lợng trên mà không thể đo chính xác Ft.
73


GV: Với những thí nghiệm chính xác, ngời ta đã xác định đợc tại một
điểm trong từ trờng cho trớc xác định, tỉ số Ft/I1 là một hằng số. Vậy ta có thể
kết luận gì về đại lợng Ft/I.1?
ở đây việc sử dụng phơng pháp tơng tự là hoàn toàn hợp lý vì HS đã đợc
nghiên cứu kỹ phần điện trờng. Các em có thể liên hệ tiến trình logic hình thành
khái niệm cờng độ điện trờng E đối với điện trờng với khái niệm cảm ứng từ B
đối với từ trờng.
HS: Tại một điểm trong từ trờng đã ta có Ft/I1 không phụ thuộc I, 1 và nó
có thể là một đại lợng đặc trng cho từ trờng về phơng diện tác dụng lực tại điểm
ta đang xét (điểm đặt dây dẫn AB).
GV: Đúng vậy đại lợng Ft/I1 đặc trng cho từ trờng tại một điểm và gọi nó

là cảm ứng từ tại một điểm trong từ trờng giống nh cách gọi cờng độ điện trờng
tại một điểm trong điện trờng. Kí hiệu cảm ứng từ tại một điểm trong từ trờng là
B.
GV: Yêu cầu HS nêu định nghĩa cảm ứng từ tại một điểm sau đó hoàn
thiện.
Đến đây GV có thể nói thêm về tên gọi của B để HS hiểu tại sao nó lại có
tên cảm ứng từ mặc dù vai trò của nó giống nh E trong điện trờng.
b) Véc tơ cảm ứng từ
GV: Cảm ứng từ là đại lợng đặc trng cho từ trờng về mặt tác dụng lực
cũng giống nh véc tơ cờng độ điện trờng
E đặc trng cho điện trờng về phơng
diện tác dụng lực do lực từ là đại lợng véc tơ thì cảm ứng từ cũng phải là đại lợng
véc tơ. Véc tơ cảm ứng từ tại một điểm có:
- Phơng trùng với trục nam châm thử nằm cân bằng tại điểm đó.
- Chiều là chiều từ cực nam sang cực bắc của nam châm thử.
- Độ lớn của véc tơ cảm ứng từ là B.
Sau khi đã đa ra véc tơ cảm ứng từ GV yêu cầu HS phát biểu chính xác về
phơng của lực từ và định nghĩa từ trờng đều.
GV: Dựa vào véc tơ cảm ứng từ hãy cho biết quan hệ giữa đờng cảm ứng
từ và véc tơ cảm ứng từ, từ đó định nghĩa từ trờng đều.
HS: Đờng cảm ứng từ là những đờng mà tiếp tuyến với nó tại mỗi điểm
trùng với véc tơ cảm ứng từ tại điểm đó, chiều của nó trùng với chiều của véc tơ
cảm ứng từ tại điểm đó. Từ trờng đều là từ trờng mà véc tơ cảm ứng từ tại mọi
điểm song song, cùng chiều và có độ lớn nh nhau.
Sau đó GV yêu cầu HS vẽ các véc tơ cảm ứng ở những điểm khác nhau
của từ trờng nam châm móng ngựa đã đợc vẽ sẵn trên giấy để biết đợc mức độ
nắm các khái niệm này của HS và điều chỉnh lại cho chuẩn xác.
Đến đây HS cần nắm đợc đơn vị cảm ứng từ, bằng cách dựa vào biểu thức
B = F/I1.
Trong hệ SI nếu F = 1N, I= 1A, 1=1m thì B = 1 đơn vị cảm ứng từ có tên

gọi là Tesla, kí hiệu là T; 1T = 1N/1A.1m
74


Để HS có thể thấy rằng cảm ứng từ 1T là rất lớn hay HS có khái niệm về
độ lớn của đơn vị Tesla (T), GV giới thiệu bảng giá trị cảm ứng từ của một số từ
trờng thông thờng.
- Từ trờng của trái đất
5.10-5T
- Kim nam châm
10-4T
- Nam châm thông thờng
10-2T
- Nam châm điện lớn trong phòng thí nghiệm
2T
- Từ trờng ở bề mặt của mặt trời
5T
- Từ trờng của electron trong nguyên tử
10T
- Nam châm siêu dẫn
20T
- Trong khoảng không vũ trụ giữa các sao
10-10T
- Giá trị nhỏ nhất ở trong một phòng có màn chắn từ
10-14T
GV: Hãy phát biểu về phơng, chiều và độ lớn của lực từ tác dụng lên đoạn
dây dẫn màng dòng điện đặt trong từ trờng đều và vuông góc với véc tơ cảm ứng
từ tại điểm đó.
HS: Lực từ tác dụng lên một đoạn dây dẫn mang dòng điện có phơng
vuông góc với mặt phẳng chứa đoạn dây dẫn và véc tơ cảm ứng từ tại điểm đặt

dây dẫn, có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái, có độ lớn F= B/I1.
Để đi đến xây dựng công thức Ampe GV chuyển sang cho HS vận dụng
vào các trờng hợp mới.
Vận dụng:
GV: Nếu dây dẫn đợc đặt song song với các đờng cảm ứng từ thì hiện tợng
xảy ra thế nào ?
HS: Lúng túng, một số cho rằng không thể xác định đợc lực từ lúc này
theo quy tắc bàn tay trái. Rất ít HS cho rằng không có lực từ tác dụng lên dây
dẫn khi dây dẫn đặt cùng phơng với đờng cảm ứng từ.
GV: Làm thí nghiệm với dây dẫn đặt cùng phơng với đờng cảm ứng từ
(vẫn bằng cân lực từ ở trên) lập tức HS thấy cân lại ở vị trí thăng bằng. Chứng tỏ
không có lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện khi nó đợc đặt cùng phơng
với các đờng (véc tơ) cảm ứng từ hay lực tác dụng bằng không.
GV đặt câu hỏi tiếp: Nếu đặt dây dẫn tạo với véc tơ cảm ứng từ một góc
bất kỳ thì lực từ tác dụng lên dây dẫn đợc tính nh thế nào ? Đồng thời với việc
nêu câu hỏi, GV vẽ hình lên bảng (dây dẫn nghiêng với véc tơ cảm ứng từ một
góc ) và gợi ý HS rằng thành phần nào của véc tơ cảm ứng từ mới gây ra tác
dụng lực. Từ đó HS sẽ dễ dàng nhận thấy rằng phải phân tích véc tơ cảm ứng từ
ra hai thành phần: thành phần song song với dây dẫn không gây ra tác dụng,
thành phần vuông góc với dây dẫn mới gây ra tác dụng lực có độ lớn F t =
IBlsin.
GV tóm tắt lại: Nh vậy chúng ta có công thức tổng quát để tính lực tác
dụng lên dây dẫn đặt trong từ trờng đều Ft= IBlsin còn trờng hợp dây dẫn đặt
75


vuông góc thì sin = 1 nên Ft = IBl, dây dẫn đặt cùng phơng với véc tơ cảm ứng
từ thì sin = 0 nên Ft= 0. Đó là hai trờng hợp riêng của công thức tổng quát
IBlsin gọi là công thức Ampe.
Mở rộng thêm một bớc nữa GV lại đặt câu hỏi: Nếu dây dẫn trong từ trờng

không phải là từ trờng đều thì làm thế nào để tính lực từ ?
HS sẽ dễ dàng trả lời rằng khi đó ta có thể chia đoạn dây dẫn ra nhiều
đoạn đủ nhỏ sao cho từ trờng ở mỗi đoạn nhỏ đó biến thiên rất ít và xem nh từ trờng đều để áp dụng công tác Ampe cũng giống nh việc tính đờng đi trong
chuyển động biến đổi đều, tính công trên một đoạn đờng mà lực thay đổi, ở
đây ta cha nên nói về khái niệm vi phân, nhng sẽ là điểm ta lu ý để sau này khi
mà HS học đến khái niệm vi phân ta sẽ cho HS biết bản chất của việc chia nhỏ
đoạn dây để xem từ trờng ở vùng không gian chia nhỏ đó là từ trờng đều để áp
dụng công thức Ampe. Nh vậy công thức Ampe có thể áp dụng đợc cho cả từ trờng không đều với cách làm trên.
GV: Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện có rất nhiều ứng dụng
quan trọng trong kỹ thuật và đời sống. Trong tiết sau chúng ta sẽ tiếp tục nghiên
cứu. Các em về làm bài tập 5, 6, 7.

Bài 2

lực từ tác dụng lên một khung dây mang dòng điện

I. Vị trí của bài học
Bài này đợc nghiên cứu sau khi HS đã biết lực từ tác dụng lên đoạn dây
dẫn mang dòng điện. Vì thế đây là một thuận lợi cho HS khi khảo sát khung dây
hình chữ nhật xem nh gồm bốn đoạn dây dẫn. Bài này nằm sau bài Tơng tác giữa
hai dây dẫn song song mang dòng điện. Định nghĩa đơn vị cờng độ dòng điện và
nằm trớc bài lực Loretz.
II. Mục đích yêu cầu
Dới sự tổ chức chỉ đạo của GV, HS tự lực tìm tòi xây dựng kiến thức:
khung dây mang dòng điện đặt trong từ trờng đều bao giờ cũng có ngẫu lực từ
tác dụng làm cho khung quay trong từ trờng đều. Biết vận dụng công thức mô
76


men của ngẫu lực từ giải quyết các bài toán và giải thích những ứng dụng của lực

từ tác dụng lên khung dây mang dòng điện trong thực tế.
III. Phơng pháp dạy học
Sử dụng nhiều phơng pháp dạy học trong đó chủ yếu là phơng pháp dạy
học giải quyết vấn đề.
IV. Công tác chuẩn bị cho bài mới
GV yêu cầu HS ôn lại kiến thức cũ:
- Tác dụng của lực đối với vật rắn có trục quay cố định, quy tắc mô men
lực, ngẫu lực.
- Chuẩn bị thí nghiệm: Khung dây dẫn mang dòng điện, từ trờng.
a) Khung dây mang dòng điện đặt trong từ trờng
Vấn đề đặt ra là tại sao khung dây mang dòng điện lại quay trong từ trờng
và nó quay nh thế nào?
GV: Dùng một mạch điện gồm đoạn dây dẫn nối với một nguồn điện một
chiều và một khoá K và đặt sao cho dây dẫn với các đờng cảm ứng từ trong
lòng nam châm móng ngựa. Sau khi mô tả việc bố trí thí nghiệm, GV đặt câu
hỏi: khi đóng mạch điện, các em dự đoán sẽ có hiện tợng gì xảy ra đối với dây
dẫn?
HS: Dây dẫn sẽ chuyển động về phía trên do lực từ tác dụng lên dây dẫn
có chiều đợc xác định theo quy tắc bàn tay trái.
GV: Nếu đổi chiều dòng điện, dây dẫn chuyển động thế nào ?
HS: Dây dẫn chuyển động theo chiều ngợc lại tức là xuống phía dới.
GV: Làm thí nghiệm xác nhận sự đúng đắn của câu trả lời trên.
GV: Nếu đặt dây dẫn cùng phơng với đờng cảm ứng từ thì dây dẫn chuyển
động thế nào ?
HS: Dây dẫn không chuyển động vì lực từ tác dụng lên dây dẫn bằng
không.
GV: Làm thí nghiệm, HS thấy đúng nh câu trả lời.
GV: Nếu đặt khung dây hình chữ nhật sao cho mặt phẳng khung dây cùng
phơng với đờng cảm ứng từ (nh hình vẽ 1.3.1) thì có hiện tợng gì xẩy rađối với
khung dây không?

A I O

D

A

D

n

n

B

B

B

I O

C

B

Hình vẽ 1.3.1

C

Hình vẽ 1.3.2
77

HS1: Khung dây không chuyển động vì dòng điện trong từng cặp đoạn
dây song song là ngợc chiều nhau nên các cặp lực tác dụng lên chúng cân bằng
từng đôi.
HS2: Khung dây quay.
GV: Đóng mạch điện lập tức HS thấy khung dây quay đến vị trí của hình
vẽ 1.3.2. Đây là một tình hống gây sự chú ý dặc biệt của HS nó hoàn toàn khác
biệt hẳn với dự đoán của một số đông HS và thôi thúc HS đi tìm hiểu tình huống
này.
GV: Đặt vấn đề với HS rằng: hãy tìm hiểu xem vì sao khung dây quay và
nó quay liên tục hay chỉ quay đến một vị trí xác định?
Trớc hết GV cho HS quy ớc: Nếu quay cái đinh ốc theo chiều dòng điện
trong khung thì chiều tiến của cái đinh ốc chỉ chiều của véc tơ pháp tuyến n của
khung dây (treo hình vẽ trên đó thể hiện chiều dòng điện và véc tơ n ).
GV:Vì sao khung dây quay?
HS:Vì có mô men lực tác dụng vào khung dây?
GV: là những mô men lực nào?
HS1: Mô men lực từ
HS2: Mô men trọng lực.
GV: Nếu vậy khi không có mô men lực từ thì khung dây chuyện động thế
nào?
HS: Sẽ quay dới tác dụng của mô men trọng lực.
GV: Làm thí nghiệm kiểm tra.
Không cho dòng điện chạy qua khung dây, khung dây vẫn đứng yên.
GV: Nh vậy khung dây quay là do đâu?
HS: Chỉ do khi mô men của lực từ
HS: Đặt khung dây nh hình vẽ 1, đóng mạch điện, khung dây quay một
góc 900.
GV: Nếu đặt khung dây nh vị trí ban đầu, đổi chiều dòng điện, khung dây

chuyển động nh thế nào?
HS: Khung dây quay theo chiều ngợc lại.
HS làm thí nghiệm kiểm tra và thấy khung dây quay đúng nh dự đoán.
GV: Có nhận xét gì về vị trí khung dây khi nó dừng lại và đứng yên cân
bằng trong cả hai thí nghiệm?
HS: Mặtphẳng khung dây với các đờng cảm ứng từ, khung dây quay đến
vị trí mà véc tơ pháp tuyến n của khung cùng hớng với véc tơ cảm ứng từ B .


F2

F1

I
A

B
78

n


F2

F4
B

C

I

F3
Hình vẽ 1.3.3

Hình vẽ 1.3.4

GV: Đây là vị trí cân bằng bền hay không bền ?
HS1: Cân bằng bền
HS2: Cân bằng không bền.
GV: Hãy kiểm tra
HS: Cho khung dây lệch khỏi vị trí cân bằng lập tức khung dây lại quay về
vị trí cũ chứng tỏ vị trí này là vị trí cân bằng bền.
GV: Tại sao khung dây đứng yên ở vị trí cân bằng mặc dù vẫn có lực từ
tác dụng ?
HS1: Lực từ có giá đi qua trục quay.
HS2: Các mô men lực từ cân bằng nhau.
GV: Hãy biểu diễn các lực từ tác dụng lên khung dây trên hình vẽ (GV
treo hình vẽ khung dây ở vị trí cân bằng bền và mời HS lên xác định).
HS: Biểu diễn các lực theo quy tắc bàn tay trái.
GV: Có kết luận gì về tác dụng của các lực từ trong trờng hợp này ?
HS: ở vị trí cân bằng bền, các lực từ F 1= F3, F2 = F4 (nh hình vẽ 3) có tác
dụng kéo giãn khung mà không có tác dụng làm quay khung.
GV: Nếu khung dây bị lệch khỏi vị trí cân bằng bền thì các lực từ này có
tác dụng nh thế nào ?
HS: Chỉ có F và F tạo thành ngẫu lực để chứng tỏ mô men của ngẫu lực
2
4
có tác dụng làm quay khung về vị trí cân bằng bền.
GV: Hãy nói đầy đủ hơn về đặc điểm của khung dây khi nó ở vị trí cân
bằng bền ?

HS: Mặt phẳng khung dây với các đờng cảm ứng từ, véc tơ n cùng hớng
với véc tơ B và các lực từ tác dụng lên khung dây chỉ có tác dụng kéo giãn
khung.
GV: Trong cả hai thí nghiệm khung dây quay đến vị trí cân bằng bền nó
dừng lại hay không ?
HS: Khung dây quay đến vị trí cân bằng thì mô men bằng 0, do quán tính
nó tiếp tục quay lệch ra khỏi vị trí cân bằng, mô men quay lại khác không làm
nó quay về vị trí cân bằng bền cứ nh vậy nó dao động quanh vị trí cân bằng bền
rồi mới dừng hẳn.
GV: Hãy tóm tắt về tác dụng của từ trờng lên khung dây mang dòng điện.
79


HS: (Nêu giả thuyết) khi khung dây mang dòng điện đặt trong từ trờng
đều thì có ngẫu lực từ tác dụng lên khung làm cho khung quay quanh một trục về
vị trí cân bằng bền.
GV: Trong hai thí nghiệm trên, khi đóng mạch điện khung dây quay đến
vị trí cân bằng bền. Nh vậy có cách nào để khung lại tiếp tục quay không ?
HS: Vị trí cân bằng bền lại trở thành vị trí cân bằng không bền, có nghĩa là
cặp lực từ tạo thành ngẫu lực phải đổi chiều hay ta đổi chiều dòng điện cảm ứng
từ.
GV: Hãy biểu diễn lực từ tác dụng lên khung dây khi nó ở vị trí cân bằng
không bền và cho biết tác dụng của lực từ đối với khung dây trong trờng hợp này
? (Đồng thời GV treo hình vẽ lên bảng và yêu cầu HS xác định).
HS: Sử dụng quy tắc bàn tay trái để xác định và thấy rằng các cặp lực từ
chỉ có tác dụng làm co khung, mô men quay bằng không.
GV: Sau khi đổi chiều dòng điện hay cảm ứng từ, khung dây quay đợc bao
lâu hay quay liên tục ?

HS: Quay đợc 1800 (tức nửa vòng) lại về vị trí cân bằng bền. Do đó muốn
khung quay liên tục ta phải đổi chiều dòng điện hay cảm ứng từ cứ sau khi
khung dây quay đợc 1/2 vòng hay 1800.
GV: Cho HS làm thí nghiệm kiểm tra điều dự đoán trên.
HS: Đơn giản nhất là đổi chiều dòng điện cứ sau 1/2 vòng và kiểm tra thấy
đúng nh vậy.
b) Biểu thức mô men lực từ tác dụng lên khung dây mang dòng điện
GV: Chúng ta biết rằng mô men ngẫu lực từ có tác dụng làm quay khung.
Vậy mô men ngẫu lực từ phụ thuộc những yếu tố nào ?
HS: Phụ thuộc vào độ lớn của ngẫu lực từ và tay đòn d của ngẫu lực hay
phụ thuộc vào I, B, AB (AB = b) và d.
GV: Lúc này GV chủ động treo hình vẽ sẵn yêu cầu HS quan sát tay đòn
của ngẫu lực ở những vị trí khác nhau trong quá trình khung dây quay.
HS: ở vị rtí cân bằng M = 0 vì d= 0, ở vị trí mặt phẳng khung dây song
song với các đờng cảm ứng từ d= a mô men cực đại; các vị trí trung gian (nh
hình vẽ 1.3.4) d = a sin .
GV: - Đúng vậy công thức tính mô men ngẫu lực từ đợc xác định bằng
biểu thức M = BIbasin hay M = B(IS)sin .
- Mô men ngẫu lực từ tác dụng lên khung dây phụ thuộc vào 3 yếu tố đặc
trng: Từ trờng ngoài B, đặc tính của khung dây (S,I), vị trí tơng đối của khung
dây đối với từ trờng ngoài (sin ).
Vận dụng: Trong thí nghiệm trên chúng ta biết rằng muốn khung dây quay
liên tục phải đổi chiều dòng điện cứ sau 1/2 chu kỳ quay. Nh vậy có cách nào để
một đầu của khung dây cứ nửa chu kỳ đầu tiếp xúc với cực âm thì nửa chu kỳ
sau tiếp xúc với cực dơng còn đầu kia thì ngợc lại hay dòng điện trong khung tự
đổi chiều cứ sau 1/2 chu kỳ để khung quay liên tục.
80


HS: Vì khung dây quay tròn quanh một trục, ta có thể gắn 2 đầu của

khung dây với 2 bán khuyên này sẽ lần lợt tiếp xúc với vật cố định đợc nối với
hai cực của nguồn.
GV: Đúng vậy hai vật cố định này ngời ta gọi là hai thanh quét đợc tì lên
hai bán khuyên và chúng có mô hình nguyên tắc của động cơ điện một chiều
(đồng thời treo hình vẽ mô hình nguyên tắc động cơ điện một chiều. Vậy hãy
nêu nguyên tắc hoạt động của nó.
HS: Nhìn vào mô hình giải thích.
GV: Cũng trong thí nghiệm trên, nếu cho dòng điện có cờng độ khác nhau
chạy qua khung dây dẫn ( vẫn là trờng hợp mặt phẳng khung dây song song với
các đờng cảm ứng từ) thì khung dây đều quay đến vị trí cân bằng bền tức là đều
quay đi một góc 900 mặc dù lực từ tác dụng lên khung dây khác nhau do dòng
điện có cờng độ khác nhau. Nh vậy có biện pháp nào để khung dây sẽ quay đợc
những góc khác nhau khi cho dòng điện có cờng độ khác nhau chạy qua. Hay
dựa vào các góc quay mà do dòng điện? (Đồng thời GV đa ra mô hình điện kế
khung quay) và hớng dẫn HS giải thích nguyên tắc hoạt động .
HS: Khi gắn vào trục quay của khung dây hai lò xo xoắn sao cho hai
khung dây quay,lò xo bị biến dạng, lực đàn hồi tạo ra mô men xoắn có tác dụng
cản trở chuyển động quay của khung dây. Khi mô men xoắn cân bằng với mô
men ngẫu lực từ thì khung dây dừng lại, lúc bấy giờ khung dây đã quay đợc một
góc nào đấy tơng ứng với độ lệch của kim ở trên bảng chia. Vậy nếu cho dòng
điện có cờng độ khác nhau qua khung thì góc này khác nhau vì vậy mà đo đợc
dòng điện qua khung là khác nhau.
GV: Đúng vậy, nhờ cách mắc điện trở phụ khác nhau với điện kế mà ta có
Ampe kế hay vôn kế nh các em đã đợc nghiên cứu ở phần trớc. Về nhà các em
làm bài tập3,4,5.
Phụ lục 2
Các câu hỏi kiểm tra cuối đợt TNSP
2.1. Bài kiểm tra số 1.
Câu 1: Chọn câu đúng nhất trong các câu sau đây:
1. Tơng tác từ là:

a)Tơng tác giữa hai dòng điện.
b) Tơng tác giữa các hạt mang điện chuyển động.
c) Tơng tác giữa nam châm và dòng điện.
d) Tơng tác giữa hai nam châm.
e) Cả a), c), d) đều đúng.
2. Từ trờng
a) Là môi trờng vật chất tồn tại xung quanh các hạt mang điện chuyển
động.
81


b) Tồn tại xung quanh các hạt mang điện chuyển động và tác dụng lực từ
lên hạt mang điện khác chuyển động trong nó.
c) Là môi trờng vật chất tồn tại xung quanh các hạt mang điện và tác dụng
lực lên hạt mang điện khác chuyển động trong nó.
d) Cả a) và b) đều đúng
e) cả a) và c) đều đúng.
Câu 2:
Một thanh AC nằm ngang dài 20cm, hai đầu đợc treo cách điện vào hai lò
xo nh nhau, đợc đặt trong một từ trờng đều nằm ngang vuông góc với thanh nh
hình vẽ 2.1. Cảm ứng từ B = 0,8T, độ cứng của lò xo k = 6N/m. Dòng điện đi qua
thanh AC phải có cờng độ bằng bao nhiêu và đi theo chiều nào để mỗi lò xo giãn
ra 2cm.
A

D

B
A

C

B

Hình vẽ 4.1

C

Hình vẽ 4.2

2.2. Bài kiểm tra số 2:
Câu 1:
Chọn câu sai trong các câu sau đây:
a)Lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng mang dòng điện đặt trong từ trờng đều (không đổi theo thời gian).
b) Sẽ đổi chiều khi đổi chiều dòng điện và đổi chiều đờng cảm ứng từ .
c) Có phơng vuông góc với trục của kim nam châm đặt tại đó(trong từ trờng).
d) Có phơng vuông góc với các đờng cảm ứng từ và dây dẫn.
e) Có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái.
g) Có độ lớn tỉ lệ với cờng độ dòng điện trong dây dẫn và chiều dài dây
dẫn .
Câu 2:
Một đoạn dây đồngBC nằm ngang nh hình vẽ 4.2, ngời ta treo ở hai đầu
hai đoạn dây dẫn AB và CD hoàn toàn mềm dẻo và có khối lợng không đáng kể.
Một nam châm điện gây ra một từ trờng đều có cảm ứng từ B chiếm toàn bộ
không gian chứa BC và cả vùng BC sẽ di chuyển đến. Một dòng điện không đổi
I chạy trong dây theo chiều ABCD. Hãy xác định chiều các đờng cảm ứng từ
nam châm điện sao cho:
a) Đoạn dây AB không chịu một lực từ nào.

82

b) Doạn dây BC bị đẩy lên cao. Tính cờng độ dòng điện nhỏ nhất để hiện
tợng trên xảy ra. Cho khối lợng trên mỗi đơn vị dài của dây là m 0 = 1,5.10-2
kg/m, B = 0,04T và g = 10m/ s2.
c) Đoạn dây BC bị lệch một góc khỏi mặt phẳng ABCD dới tác dụng của
lực từ nằm ngang. Tính biết I = 1A.
4.3. Bài kiểm tra số 3.
Câu 1.
Một điện kế gồm một khung dây kích thớc 25 x 30mm, có quấn 100 vòng
dây, đặt trong từ trờng đều 0,15T của một nam châm vĩnh cửu. Khung dây đợc
treo bằng một sợi dây dẻo, cho phép nó quay đợc quanh một trục thẳng đứng
trùng với trục đối xứng của nó. Khi trong khung dây không có dòng điện, khung
quay một góc và dây treo bị xoắn, tác dụng một mô men xoắn vào khung, tỉ lệ
với góc quay của khung, và chống lại sự quay của khung. Mô men xoắn ứng với
góc quay 10. Tính góc quay của khung.
Câu 2:
Trong hình vẽ là sơ đồ nguyên tắc của máy phát điện một pha.
- Stato: có hai cuộn dây điện P, Q đợc nối với nhau nh hình vẽ 4.3
- Rôto là một thanh nam châm điện đợc nuối bởi dòng điện một chiều và
quay theo chiều mũi tên.
a) Khi rôto quay, các bóng điện ở ngoài của máy đợc thắp sáng. Giải thích
hiện tợng.
b) Xác định chiều của dòng điện ở mạch ngoài tại thời điểm nam châm
đến vị trí vẽ trên hình.
c) Ngay sau đó, tại vị trí nào của nam châm dòng điện trong mạch đổi
chiều ? Tại vị trí nào dòng điện trong mạch triệt tiêu ? (3đ)

P

M

Q

M

Hình vẽ 4.3

83


phụ lục 3

phiếu điều tra giáo viên

Xin thầy (cô) giáo vui lòng cho biết ý kiến về những vấn đề đợc hỏi dới
đây. Nếu đồng ý với ý kiến nào xin đánh dấu x vào ô 9 hoặc điền vào chố trống.
1. Hoạt động tự lực của HS ở trên lớp
a) Thời gian HS tham gia tích cực, tự lực vào việc tìm tòi kiến thức mới dới sự hớng dẫn của GV trong một tiết học (45 phút)
9 dới 10 phút
9 Từ 10 phút đến 20 phút
9 Từ 20 phút đến 30 phút
b) Số HS tham gia phát biểu ý kiến xây dựng bài trong một tiết học từ ...
HS đến .. HS.
2. Những phơng pháp dạy học nào mà thầy (cô) hay sử dụng
a) ..
b) ..
c) ..
d) ..
g) Kết hợp nhiều phơng pháp trong đó .. là chủ

yếu.
h) Thầy (cô) giáo có nhu cầu đợc bồi dỡng về các phơng pháp dạy học
mới không ?
9 Có
9 Không
3. Việc sử dụng thí nghiệm của GV và HS ở trên lớp
Tỉ lệ các tiết học có sử dụng thí nghiệm . %
Giáo viên sử dụng thí nghiệm để 9 minh hoạ kiến thức, 9 để xây dựng kiến
thức, 9 làm giống nh SGK, 9 theo ý đồ riêng của Gv khi vận dụng trong bài dạy.
4. Những thuận lợi và khó khăn chủ yếu khi thầy (cô) giảng dạy chờng Từ trờng và Cảm ứng điện từ
a) Thuận lợi ..
b) Khó khăn ..
- Kiến thức mà HS còn nhớ về phần Từ trờng và Cảm ứng điện từ đã đợc
học ở lớp 9 .. %
- Những sai sót mà HS thờng mắc phải khi nghiên cứu phần Từ trờng và
Cảm ứng điện từ ở lớp 11 THPT
...
84


Xin chân thành cảm ơn thầy (cô) giáo đã vui lòng giúp đỡ chứng tôi hoàn
thành công tác điều tra.
Đề 3
Câu 1: Phát biểu quy tắc xác định chiều của lực Lorenxiơ tác dụng lên
một hạt mang điện. Biểu diễn bằng hình vẽ lực Lorenxơ.
Câu 2: Dây dẫn thẳng dài có dòng điện I1 = 10A đi qua đặt trong không
khí.
a) Tính cảm ứng từ tại điểm cách dây 10cm
b) Tính lực từ tác dụng lên 1m dây mang dòng điện I2 = 5A đặt song song,
cách I1 10 cm

Câu 3: Cho hai dòng điện có I1 = I2 = 6A chạy trong hai dây dẫn thẳng,
dài, chéo nhau và vuông góc với nhau trong chân không ; khoảng cách đờng
vuông góc chung O1 O2 = 8cm. Hãy xác định cảm ứng từ tại trung điểm của đờng vuông góc chung đó.
Câu 4: Hãy chọn câu đúng trong các câu sau:
Lực tác dụng lên một điện tích chuyển động trong từ trờng thì.
a) Không phụ thuộc vận tốc của điện tích
b) Tỉ lệ nghịch với điện tích
c) Hớng vuông góc với vận tốc của điện tích
d) Hớng theo chiều từ trờng

85