Giáo án Vật lí 11 nâng cao - Bài 41: Hiện tượng tự cảm - Nguyễn Văn Thìn

GIÁO ÁN TẬP GIẢNG
Trường thực tập: THPT đặng huy trứ
Sinh viên thực tập: Nguyễn Văn Thìn
Lớp giảng dạy: 11A3
Bài 41	: HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM
MỤC TIÊU
Kiến thức
Hiểu được bản chất và phân biệt hiện tượng tự cảm khi đóng mạch, khi ngắt mạch.
 Phát biểu được định nghĩa hiện tượng tự cảm và giải thích được hiện tượng tự cảm khi đóng và ngắt mạch điện.
Viết được công thức xác định hệ số tự cảm của ống dây, công thức xác định suất điện động tự cảm.
Về Kỹ năng
Vận dụng định luật Len – xơ để giải thích hiện tượng tự cảm khi đóng ngắt mạch điện.
Vận dụng công thức tính cảm ứng từ để chứng minh biểu thức hệ số tự cảm của ống dây.
Vận dụng được các công thức trong bài để gải bài tập.
 II. CHUẨN BỊ
Giáo viên:
Phương tiện dạy học:
	Bộ thí nghiệm hiện tượng tự cảm khi đóng và ngắt mạch, máy tính.
Tài liệu:
Sách giáo khoa vật lý 11 nâng cao, sách bài tập, một số sách tham khảo
Học sinh:
 Ôn lại định luật cảm ứng điện từ, suất điện động cảm ứng, công thức tính cảm ứng từ của một ống dây
III. TIẾN TRÌNH DẠY – HỌC
Hoạt động 1 : Ổn định lớp, kiểm tra bài cũ, đặt vấn đề vào bài mới:
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Kiểm tra kiến thức cũ
Câu 1: Điều kiện để xuất hiện, hiện tượng cảm ứng điện từ và quy tắc xác định chiều dòng điện cảm ứng?
Câu 2: Nêu công thức xác định từ thông qua ống dây đặt trong từ trường đều?
Đặt vấn đề: Hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra khi có sự biến thiên từ thông qua mạch kín. Nếu có sự biến thiên từ thông do chính sự biến đổi dòng điện trong mạch gây ra thì hiện tượng gì sẽ xảy ra?để trả lời câu hỏi này, hôm nay chúng ta đi vào bài “ HIỆN TƯỢNG TỰ CẢM”.
+ Điều kiện để xuất hiện, hiện tượng cảm ứng điện từ khi từ thông qua mạch kín biến thiên
+ Chiều theo định luật Lenxơ: Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó.
+ Φ=NBScosα
Hoạt động 2 : Tìm hiểu hiện tượng tự cảm.
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Nội dung ghi bảng
Ghi bảng tiêu đề mục 1 SGK 
+ Trình bày thí nghiệm 1:
(?) Dụng cụ của thí nghiệm trên?
Để tiến hành thí nghiệm này chúng ta cần có 2 đèn, cuộn cảm L, biến trở R để điều chỉnh cho 2 đèn sáng bằng nhau, khóa K và dây dẫn. Lưu ý cho học sinh cuộn dây có cùng điện trở với biến trở R. Đèn 1 và đèn 2 giống nhau.
Tiến hành thí nghiệm
(?) Em nào có thể mô tả hiện tượng mà các em vừa quan sát được?
(?) Nguyên nhân nào ngăn cản không cho dòng điện trong nhánh (2)tănglên nhanh? 
Giải thích?
Gợi ý: Các em vận dụng định luật Lenxơ để giải thích hiện tượng trên
- Nhận xét và kết luận lại ý kiến của HS.
 - Nêu câu hỏi C1 SGK/197. Sau khi đóng khóa K ít lâu, độ sang hai bóng đèn Đ1 và Đ2 có giống nhau không? Giải thích tại sao?
- Ta thấy đóng mạch thì xuất hiện dòng điện cảm ứng chống lại sự tăng của dòng điện. Vậy nếu ta ngắt mạch thì sẽ thế nào? Chúng ta cùng đi qua phần b.
b.Trình bày thí nghiệm 2
-(?) Dụng cụ của thí nghiệm trên?
Mô tả thí nghiệm gồm: 
- Mô tả thí nghiệm ở hình trên về hiện tượng tự cảm khi ngắt mạch.
+ Mạch điện gồm đèn Đ mắc song song với cuộn dây.
+ Ban đầu khóa K đang đóng, đèn Đ đang sáng.
+ Ngắt khóa K.
(?) Hãy dự đoán hiện tượng sẽ xảy ra.
Tiến hành thí nghiệm
- Thông báo kết quả thí nghiệm: Đèn Đ không tắt ngay mà lóe sáng rồi sau đó mới tắt.
(?) Hãy giải thích hiện tượng trên.
Gợi ý: Vận dụng định luật Len –xơ để giải thích
- Nhận xét và kết luận lại ý kiến của HS.
- Thông báo: Các hiện tượng xảy ra ở 2 thí nghiệm trên đều là hiện tượng cảm ứng từ, nhưng nguyên nhân dẫn đến các hiện tượng đó lại chính là sự biến đổi dòng điện trong mạch ta đang khảo sát, người ta gọi đó là hiện tượng tự cảm. Hiện tượng tự cảm là gì? Ta qua phần c.
c. Hiện tượng tự cảm
kết hợp sgk hãy trả lời khái niệm về hiện tượng tự cảm?
Ghi vở tiêu đề mục 1 SGK
Tìm hiểu và trả lời:
+ 2 bóng đèn
+ Cuộn cảm L
+ Biến trở R
+ Khóa K, nguồn
Chú Ý quan sát, theo dõi
Mô tả hiện tượng: Khi đóng khóa K, đèn 1 sáng lên ngay còn đèn 2 sáng lên từ từ.
Do cuộn dây
Giải thích: Khi đóng khóa K, dòng điện qua cuộn dây tăng, từ thông trong ống dây biến đổi, trong cuộn dây xuất hiện dòng điện cảm ứngic , ic có tác dụng chống lại nguyên nhân gây ra nó ®ic ngược chiều i ® Đèn 2 sáng từ từ.
- Suy nghĩ và đưa ra câu trả lời:
+ Sau khi đóng khóa K ít lâu thì độ sáng của 2 đèn là như nhau.
+ Vì khi dòng điện trong các nhánh đạt đến giá trị không đổi thì từ thông qua ống dây cũng có giá trị không đổi, nên suất điện động cảm ứng trong ống dây bằng 0, do đó 2 đèn có độ sáng như nhau.
b) Thí nghiệm 2
-Dụng cụ thí nghiệm:
+ Bóng đèn
+ Cuộn cảm L
+ Khóa K, dây dẫn
Chú ý quan sát, theo dõi
- Suy nghĩ và nêu dự đoán:
+ Đèn Đ không tắt ngay mà lóe sáng rồi sau đó mới tắt.
+ Đèn Đ tắt ngay
Chú ý quan sát.
Chú ý lắng nghe
Suy nghĩ và Giải thích: Khi ngắt K, dòng điện qua cuộn dây iL giảm đột ngột xuống 0. Trong ống dây xuất hiện dòng điện cảm ứng, iC có tác dụng chống lại nguyên nhân gây ra nó, tức là chống lại sự giảm của i ® iC cùng chiều i ® vì ngắt K đột ngột nên cường độ dòng điện khá lớn, làm cho đèn sáng bừng lên trước khi tắt.
- Nhận xét câu trả lời của bạn
- Tiếp thu và ghi nhớ.
- Trả lời.
+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.
1. Hiện tượng tự cảm.
a) Thí nghiệm 1
- Dụng cụ: 
+ 2 bóng đèn
+ Cuộn cảm L
+ Biến trở R
+ Khóa K, nguồn
Tiến hành thí nghiệm:
Hiện tượng:
Khi đóng khóa K, đèn 1 sáng lên ngay còn đèn 2 sáng lên từ từ.
Giải thích: Ban đầu i =0, đóng K thì i ≠0 ®
 i↗ ⟶B↗⟶Φ↗ ⟶∆Φ≠0 xuất hiện iC, theo định luật Lenxơ ic ngược chiều i→ đèn 2 sáng lên từ từ.
b) Thí nghiệm 2
Dụng cụ:
+ bóng đèn
+ Cuộn cảm L
+ Khóa K, dây dẫn
Tiến hành thí nghiệm
Hiện tượng:
Khi đột ngột ngắt khóa K, ta thấy đèn sáng bừng lên trước khi tắt.
Giải thích: Ban đầu i ≠0, ngắt K thì i =0 ®
 i↘ ⟶B↘⟶Φ↘ ⟶∆Φ≠0 xuất hiện iC, theo định luật Len –xơ, ic cùng chiều với i → Làm cho đèn Đ sáng bừng lên trước khi tắt
2. Định nghĩa:
 (SGK)
Hoạt động 3: Tìm hiểu hệ số tự cảm và suất điện động tự cảm
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
ND ghi bảng
-Tự cảm là một trường hợp riêng của hiện tượng cảm ứng điện từ. Vì vậy mà khi có hiện tượng tự cảm xảy ra trong mạch thì trong mạch cũng xuất hiện 1 suất điện động và suất điện động này người ta gọi là suất điện động tự cảm và giá trị của suất điện động này được xác định như thế nào chúng ta cùng đi vào phần 2 “ suất điện động tự cảm”
(?) Viết công thức xác định cảm ứng từ của dòng điện tròn và dòng điện trong ống dây.
(?) Có nhận xét gì về mối quan hệ giữa B và i?
(?) Rút ra mối quan hệ giữa F và i?
- Thông báo: Từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch điện tỉ lệ với cường độ dòng điện trong mạch đó nên ta có thể viết: F = Li với L là hệ số tỉ lệ và được gọi là hệ số tự cảm.
- Đơn vị của L trong hệ SI là Henri, kí hiệu là H.
- yêu cầu HS làm câu hỏi C2 SGK/198. Thành lập công thức tính L của ống dây dài đặt trong không khí?
- Hướng dẫn: sử dụng 3 công thức:
+ B = 4p.10-7ni
+ F = NBS
+ F = Li
-Gọi học sinh lên bảng trình bày bài làm
- Đánh giá và kết luận lại câu trả lời của HS.
- Lưu ý HS: 
+ Công thức 41.1 đúng cho mọi dòng điện có dạng khác nhau.
+ Công thức 41.2 Chỉ áp dụng cho ống dây đặt trong môi trường không khí.
- Yêu cầu học sinh nêu nội dung định nghĩa suất điện động tự cảm.
- Yêu cầu HS xây dựng công thức tính suất điện động tự cảm.
 Gợi ý: Suất điện động tự cảm thực chất là suất điện động cảm ứng. Nên ta có thể sử dụng công thức tính suất điện động cảm ứng.
Công thức này được phát biểu như sau: Suất điện động tự cảm có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.
+ Lưu ý với học sinh dấu (-) trong biểu thức để phù hợp với định luật Len – xơ: Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong mạch kín có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua mạch kín.
- Suy nghĩ trả lời.
+ Cảm ứng từ của dòng điện tròn: 
+ Cảm ứng từ của dòng điện trong ống dây: 
 B = 4p.10-7ni
- Suy nghĩ trả lời.
+ B tỉ lệ với i.
- Suy nghĩ trả lời.
 B tỉ lệ với i, F tỉ lệ với B, suy ra: F tỉ lệ với i
- Tiếp thu và ghi nhớ.
+ Nếu ống dây có N vòng và diện tích mỗi vòng là S thì:
 F = NBS
+ Gọi l là chiều dài ống dây, n là số vòng dây trên 1 đơn vị độ dài thì: N = nl
® F = nlBS = nBV
+ Từ trên: B = 4p.10-7ni
® F = 4p.10-7n2iV
+ Từ (1)
® 
-Cả lớp cùng theo dõi
Nhận xét
- Tiếp thu và ghi nhớ.
Lắng nghe và ghi nhớ
- Suất điện động sinh ra do hiện tượng tự cảm gọi là suất điện động tự cảm.
- Suy nghĩ và phát biểu.
Từ (1): F = Li
 ® DF = L.Di
+ Học sinh ghi lưu ý vào vở.
2. Suất điện động tự cảm
a. Hệ số tự cảm:
+ Từ thông do dòng điện gây ra trong mạch:
 F = Li (1)
L: Hệ số tự cảm
Đơn vị của L: 
 (hệ SI): Henri (H)
+ Biểu thức độ tự cảm của ống dây đặt trong không khí: 
 L = 4p.10-7.n2V
V: thể tích ống dây
n: số vòng dây trên 1đơn vị chiều dài ống dây.
+ Nếu đặt trong môi trường khác thì: 
L = 4p.10-7.n2Vμ
(μ là hệ số từ thẩm)
+ Hệ số tự cảm của một mạch điện phụ thuộc vào dạng của mạch điện đó.
b. Suất điện động tự cảm:
- Định nghĩa: (SGK).
- Biểu thức:
 DF = L.Di
Về độ lớn
Hoạt động 4: Củng cố nội dung 
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Trong bài này thì các em cần nắm những nội dung chính sau:
 Thứ nhất: Nắm vững định nghĩa hiện tượng tự cảm (Cần phải nắm được hiện tương tự cảm là một trường hợp riêng của hiện tượng cảm ứng điên từ)
Thứ hai: Hiểu được ý nghĩa của hệ số tự cảm L và biết được hệ số tự cảm trong các đoạn mạch có dạng mạch khác nhau là không giống nhau.
Thứ ba: Thành lập được công thức tính suất điện động tự cảm.
Tiếp thu và ghi nhớ
Hoạt động 5: Bài tập vận dụng và giao nhiệm vụ về nhà:
Câu 1: Chọn câu trả lời đúng nhất:
 	Độ tự cảm L phụ thuộc vào: 
Dòng điện trong ống dây hay một phần của mạch điện
Dạng mạch điện hay một phần của mạch điện
Dạng hình học của ống dây hay mạch điện
Dạng hình học của ống của ống dây hay một phần của mạch điện
Đáp án D
Câu 2: Biểu thức suất điện động tự cảm là:
	 A)
 B) e = L.i
C) e = 4π. 10-7 .n2.V
D)
 Đáp án A
Câu 3: bài tập 4 trong sgk
 Đáp án : e1 = 2 e2
Về nhà: các em làm bài tập 1,2,3. Tìm hiểu một số hiện tượng tự cảm trong thực tế và tìm hiểu trước bài 42 ( năng lượng từ trường)
	Huế, ngày 10 tháng 3 năm 2016
	Giáo viên hướng dẫn 	Sinh viên thực tập
 Nguyễn Đắc Hoàng Phước 	 Nguyễn Văn Thìn