Giáo án Vật lý 11 - Bài 25: Tự cảm

Bài 25
TỰ CẢM
I- MỤC TIÊU
1. Kiến thức
Phát biểu được định nghĩa từ thông riêng và viết được công thức độ tự cảm của ống dây hình trụ.
Phát biểu được định nghĩa hiện tượng tự cảm và giải thích được hiện tượng tự cảm khi đóng và ngắt mạch.
Viết được công thức tính suất điện động tự cảm.
Nêu được bản chất của năng lượng dự trữ trong ống dây và viết được công thức tính năng lượng từ trường của ống dây tự cảm.
Nêu được một số ví dụ về ứng dụng của hiện tượng tự cảm.
2. Về kĩ năng
Biết vận dụng các công thức đã học để làm một số bài tập liên quan.
II- CHUẨN BỊ
1. Giáo viên
Sử dụng projector để trình bày các thí nghiệm hiện tượng tự cảm.
Phiếu học tập.
2. Học sinh
Ôn lại phần cảm ứng điện từ và suất điện động cảm ứng.
III- THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC
Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ và đặt vấn đề vào bài mới
Hoạt động của HS
Hoạt động của GV
Nội dung ghi bảng
- Nhận xét: Khi đóng khóa K, đèn 1 sáng lên ngay, còn đèn 2 sáng lên từ từ.
GV tiến hành làm thí nghiệm:
- Quan sát hiện tượng xảy ra và rút ra nhận xét.
- Đặt vấn đề: Như chúng ta đã biết, khi có sự biến thiên từ thông qua mạch kín thì trong mạch xuất hiện dòng điện cảm ứng. Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng như vậy gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ. Trong bài này, chúng ta sẽ xét một loại hiện tượng cảm ứng điện từ đặc biệt vừa xảy ra trong thí nghiệm với hai bóng đèn trên đây, là hiện tượng tự cảm. Vậy hiện tượng tự cảm xảy ra như thế nào, nguyên nhân từ đâu. Hôm nay ta sẽ đi tìm hiểu bài 25: “TỰ CẢM”
Bài 25: TỰ CẢM
Hoạt động 2: Xét từ thông riêng của mạch kín
Hoạt động của HS
Hoạt động của GV
Nội dung ghi bảng
- F=Li
Trong đó:
+ L là độ tự cảm của (C) (phụ thuộc vào cấu tạo và kích thước của mạch kín (C)).Đơn vị henry (H).
- Cảm ứng từ B trong long ống dây điện chiều dài l, tiết diện S gồm M vòng dây, trong đó có dòng điện i chạy qua, cho bởi công thức:
B=4π.10-7Nli
Lại có từ thông qua ống dây N vòng là:
F=NBS=4π.10-7N2l=Li
Þ Độ tự cảm:
L=4π.10-7N2lS
Giả sử có một mạch kín (C), trong đó có dòng điện cường độ i. Dòng điện i gây ra một từ trường, từ trường này gây ra một từ thông F qua (C) được gọi là từ thông riêng của mạch. Biểu thức nào thể hiện từ thông trên ?
- Hãy xem ví dụ và thiết lập công thức
L=4π.10-7N2lS
I- Từ thông riêng của mạch kín.
- Từ thông riêng:
F=Li
- Độ tự cảm :
L=4π.10-7N2lS
Đơn vị: henry (H)
Hoạt động 3: Tìm hiểu hiện tượng tự cảm
Hoạt động của HS
Hoạt động của GV
Nội dung ghi bảng
- Hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch có dòng điện mà sự biến thiên từ thông qua mạch được gây ra bởi gây ra bởi sự biến thiện của cường độ dòng điện trong mạch.
- Khác nhau:
+ Đối với dòng điện một chiều : hiện tượng tự cảm thường xảy ra khi đóng mạch (I tăng đột ngột) và khi ngắt mạch (I giảm đột ngột).
+ Đối với dòng điện xoay chiều: luôn xảy ra hiện tượng tự cảm vì dòng điện xoay chiều có I biến thiên liên tục theo thời gian.
- Khi xảy ra hiện tương tự cảm dòng điện cảm ứng có tác dụng cản trở nguyên nhân sinh ra nó.
Thảo luận nhóm, đại diện nhóm giải thích.
- Hiện tượng: đèn 1 sáng lên ngay còn đèn 2 sáng lên từ từ.
Giải thích:
Khi đóng khóa K, dòng diện qua ống dây và 2 đèn tăng đột ngột, từ thông qua ống dây tăng đột ngột, trong ống dây xảy ra hiện tượng tự cảm. Suất điện động cảm ứng xuất hiện có tác dụng chống lại nguyên nhân sinh ra nó, nghĩa là cản trở sự tăng của dòng điện qua L. Do đó dòng điện qua L và qua đèn 2 tăng lên từ từ, không tăng nhanh như dòng điện qua đèn 1.
- Hiện tượng: khi ngắt khóa K, đèn sáng bừng lên trước khi tắt.
Giải thích:
Khi ngắt khóa K dòng điện qua đèn giảm đột ngột xuống 0, từ thông qua ống dây giảm đột ngột, trong ống dây xảy ra hiện tượng tự cảm, dòng diện tự cảm có tác dụng chống lại sự giảm từ thông đó, do đó dòng điện qua đèn tăng vọt lên trước khi tắt.
- Phát biểu định nghĩa hiện tượng tự cảm?
- Hiện tượng tự cảm có giống nhau đối với dòng điện một chiều và dòng điện xoay chiều không?
Như vậy, hiện tượng tự cảm xãy ra với mạch điện một chiều biến thiên và các mạch điện xoay chiều. 
-Khi xảy ra hiện tượng tự cảm, dòng điện cảm ứng có tác dụng gì?
- Tiến hànhthí nghiệm 1
khi đóng K
Yêu cầu HS quan sát hiện tượng và giải thích.
Gợi ý:Xét sự biến thiên từ thông qua ống dây khi đóng khóa K, dòng điện tự cảm có tác dụng chống lại sự biến thiên từ thông đó sẽ tác dụng lên đèn 2 như thế nào? 
- Tiến hành thí nghiệm 2
Yêu cầu học sinh quan sát hiện tượng và giải thích.
Khi ngắt khóa K
Lúc đầu
sau đó
II- Hiện tượng tự cảm
1. Định nghĩa
- Hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch có dòng điện mà sự biến thiên từ thông qua mạch được gây ra bởi gây ra bởi sự biến thiện của cường độ dòng điện trong mạch.
2. Một số ví dụ về hiện tượng tự cảm.
a) Ví dụ 1
Dòng điện cảm ứng có chiều ngược với chiều dòng điện ban đầu qua ống dây.
b) Ví dụ 2
Dòng điện cảm ứng có chiều cùng với chiều dòng điện ban đầu qua ống dây.
Hoạt động 4: Tìm hiểu khái niệm suất điện động cảm ứng
Hoạt động của HS
Hoạt động của GV
Nội dung ghi bảng
- Khi có hiện tượng tự cảm xảy ra trong mạch điện thì suất điện động cảm ứng xuất hiện trong mạch được gọi là suất điện động tự cảm .
etc=-L∆i∆t
- Suất điện động tự cảm có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.
W=12Li2
- Định nghĩa suất điện động tự cảm?
- Biểu thức tính suất điện động tự cảm?
- Phát biểu độ lớn suất điện động tự cảm.
- Công thức năng lượng từ trường của ống dây tự cảm?
III- Suất điện động tự cảm.
1. Suất điện động tự cảm.
etc=-L∆i∆t
Suất điện động tự cảm có độ lớn tỉ lệ với tốc độ biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.
2. Năng lượng từ trường của ống dây tự cảm.
W=12Li2
Hoạt động 5: Ứng dụng 
Hoạt động của HS
Hoạt động của GV
Nội dung ghi bảng
- Hiện tượng tự cảm ứng dụng trong các mạch điện xoay chiều. Cuộn cảm là một phần tử quan trọng trong các mạch điện xoay chiều có mạch dao động và các máy biến áp
- Nêu một số ứng dụng của hiện tượng tự cảm?
IV- Ứng dụng
Hiện tượng tự cảm ứng dụng trong các mạch điện xoay chiều. Cuộn cảm là một phần tử quan trọng trong các mạch điện xoay chiều có mạch dao động và các máy biến áp
IV. RÚT KINH NGHIỆM
PHIẾU HỌC TẬP
Câu 1: Từ thông riêng của một mạch kín phụ thuộc vào:
A. cường độ dòng điện qua mạch.	B. điện trở của mạch.
C. chiều dài dây dẫn.	D. tiết diện dây dẫn.
Câu 2: Điều nào sau đây không đúng khi nói về hệ số tự cảm của ống dây?
A. phụ thuộc vào số vòng dây của ống	 B. phụ thuộc vào tiết diện của ống.
C. không phụ thuộc vào môi trường xung quanh. D. có đơn vị là H (henry).
Câu 3: Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiên từ thông qua mạch gây ra bởi
A. sự biến thiên của chính cường độ điện trường trong mạch.
B. sự chuyển động nam châm với mạch.
C. sự chuyển động của mạch với nam châm.
D. sự biến thiên từ trường của trái đất.
Câu 4: Suất điện động tự cảm của mạch điện tỉ lệ với
A. điện trở của mạch.	B. từ thông cực đại qua mạch.
C. từ thông cực tiểu qua mạch.D. tốc độ biến thiên cường độ dòng điện qua mạch.
Câu 5: Năng lượng của ống dây tự cảm tỉ lệ với
A. cường độ dòng điện qua ống dây.
B. bình phương cường độ dòng điện trong ống dây.
C. căn bậc hai lần cường độ dòng điện trong ống dây.
D. một trên bình phương cường độ dòng điện trong ống dây.
Câu 6: Một ống dây có tiết diện 10 cm2, chiều dài 20 cm và có 1000 vòng dây. Hệ số tự cảm của ống dây (không lõi, đặt trong không khí) là:
A. 0,2π H.	B. 0,2 π mH.	 C. 2 mH.	 D. 0,2 mH.
Câu 7: Một cuộn cảm có độ tự cảm 100 mH, trong đó có cường độ dòng điện biến thiên đều với tốc độ 200 A/s. Suất điện động tự cảm xuất hiện trong cuộn cảm có độ lớn bao nhiêu?
A. 10 V. B. 20 V. C. 0,1 kV. D. 0,2 kV. 
Câu 8: Dòng điện trong một cuộn cảm giảm đều từ 16 A đến 0 trong 0.01 s, suất điện động tự cảm có độ lớn 64 V. Độ tự cảm của cuộn cảm đó là
A. 0,032 H.B. 0,04 H. C.0,25 H. D. 4 H.
Câu 9: Cuộn cảm có L= 2 mH, trong đó cường độ dòng điện 10 A. Năng lượng tích lũy trong cuộn cảm đó là bao nhiêu?
A. 0,05 J. B.0,2 J.C.0,1 J. D. 100 J. 
Câu 10: Một ống dây có cường độ 3 A chạy qua thì nó tích lũy một năng lượng từ trường là 10 mJ. Nếu có một dòng điện 9V chạy qua thì nó tích lũy một năng lượng là: 
A. 30 mJ. B. 60mJ.C. 90 mJ. D. 10/3 mJ.