Giáo án môn Vật lí Lớp 11 - Chương 4: Từ trường - Bài 25: Tự cảm - Mai Thị Loan

Thực tập sinh giảng dạy: Mai Thị Loan
Lớp dạy: 11A2
Giáo viên hướng dẫn: Vũ Thị Thanh
Ngày dạy: 01/02/2021
Ngày soạn: 30/01/2021
BÀI 25: TỰ CẢM
Mục tiêu
Kiến thức
Định nghĩa từ thông riêng: Một mạch kín (C) có dòng điện i. Dòng điện i gây ra một từ trường, từ trường này gây ra một từ thông Փ qua (C) gọi là từ thông riêng của mạch: Փ= Li
Trong đó: L là độ tự cảm ( phụ thuộc vào cấu tạo và kích thước của mạch kín): đơn vị Henry (H)
Công thức tính độ tự cảm của ống dây hình trụ: L=4π.10-7N2lS
Trong đó: l là chiều dài dây, S là tiết diện, N là số vòng dây)
Định nghĩa hiện tượng tự cảm: Hiện tượng tự cảm 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 sự biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch
Giải thích được hoạt động tự cảm lúc đóng và ngắt mạch
Khi đóng khóa K, dòng điện qua ống dây và đèn 2 tăng lên đột ngột, khi đó trong ống dây xuất hiện suất điện động tự cảm có tác dụng cản trở sự tăng của dòng điện qua L. Do đó, dòng điện qua L và đèn 2 tăng lên từ từ.
Khi ngắt khóa K, dòng điện iL giảm đột ngột xuống 0. Trong ống dây xuất hiện dòng điện cảm ứng cùng chiều với iL ban đầu, dòng điện này chạy qua đèn Neon làm đèn Neon bừng sáng trước khi tắt.
Công thức tính suất điện động tự cảm: Suất điện động cảm ứng trong mạch xuất hiện do hiện tượng tự cảm gọi là suất điện động tự cảm. Biểu thức suất điện động tự cảm:
etc=-LΔiΔt
Công thức tính năng lượng của ống dây tự cảm
W=12Li2
Kỹ năng
Tính được độ tự cảm của một ống dây hình trụ
Giải thích được hiện tượng xảy ra trong các thí nghiệm
Tính được suất điện động tự cảm khi từ thông biến thiên hoặc khi dòng điện qua cuộn dây có cường độ biến đổi theo thời gian.
Giải thích được một số hiện tượng liên quan đến tự cảm
Thái độ
Hào hứng học tập, tìm hiều các hiện tượng tự cảm và các hiện tượng liên quan
Có tác phong của nhà khoa học
Năng lực
Năng lực tự học: đọc và nghiên cứu tài liệu
Năng lực nêu vấn đề, giải quyết vấn đề: tìm hiểu nguyên nhân của hiện tượng tự cảm.
Năng lực hợp tác nhóm: trao đổi, thảo luận, trình bày kết quả thí nghiệm
Năng lực tính toán, trình bày và trao đổi thông tin
Thiết bị dạy học
Giáo viên. Các thí nghiệm về hiện tượng tự cảm
Học sinh. SGK, vở ghi, giấy nháp
Nghiên cứu, xem lại hiện tượng cảm ứng điện từ, suất điện động cảm ứng.
Tiến trình dạy học
Hướng dẫn chung
Các hoạt động và thời gian dự kiến
Các bước
Hoạt động
Tên hoạt động
Thời lượng dự kiến
Mở đầu
Hoạt động 1
Kiểm tra bài cũ: 
Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì? Viết biểu thức của suất điện động cảm ứng?
Phát biểu và viết biểu thức định luật Lenxo? Xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong trường hợp sau:
 phút
Hình thành kiến thức
Hoạt động 2
Tìm hiểu về từ thông riêng của một mạch kín
 phút
Hoạt động 3
Tìm hiểu về hiện tượng tự cảm
 phút
Hoạt động 4
Tìm hiểu về suất điện động tự cảm 
 phút
Luyện tập
Hoạt động 5
Vận dụng kiến thức vừa học để làm một số câu trắc nghiệm
phút
Các hoạt động chi tiết
Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ
Hiện tượng cảm ứng điện từ là gì? Viết biểu thức của suất điện động cảm ứng?
Phát biểu và viết biểu thức định luật Lenxo? Xác định chiều của dòng điện cảm ứng trong trường hợp sau:
Hoạt động 2: Tìm hiểu về từ thông riêng của một mạch kín
 Mục đích
Tìm hiểu về khái niệm từ thông riêng của mạch kín
Tìm hiểu độ tự cảm của ống dây hình trụ
 Tổ chức hoạt động
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Giả sử có một mạch kín (C) và dòng điện chạy trong mạch kín gây ra từ trường. Từ trường này gây ra từ thông F qua mạch đó. Từ thông tỉ lệ với cường độ i. 
F= Li
Trong đó L là hệ số tỉ lệ gọi là độ tự cảm, chỉ phụ thuộc vào cấu tạo và kích thước của mạch.
Từ công thức từ thông riêng và từ thông qua ống dây N vòng ta có biểu thức tính độ tự cảm của ống dây (có thể cho học sinh lên bảng chứng minh tìm ra công thức của L)
Từ thông riêng : F= Li
Từ thông qua ống dây N vòng (xét TH cảm ứng từ vuông góc với ống dây) 
F= N.B.S
B= 4π.10-7NlI
Từ đó suy ra L=4π.10-7N2lS (không lõi sắt)
Nếu có lõi sắt : L = 4p.10-7μ..S
μ là độ từ thẩm ( cỡ 104, đặc trưng cho từ tính của lõi sắt)
L chỉ phụ thuộc vào cấu tạo và kích thước của mạch kín
Giới thiệu đơn vị độ tự cảm.
Học sinh tiếp thu, ghi nhớ.
Một học sinh lên bảng chứng minh
Ghi nhận biểu thức tính độ tự cảm của ống dây.
Ghi nhận đơn vị của độ tự cảm.
Sản phẩm học tập
Vở ghi của học sinh
	I. Từ thông riêng qua một mạch kín
 Từ thông riêng của một mạch kín có dòng điện chạy qua: 
Փ= Li
Độ tự cảm của một ống dây ( không có lõi sắt): L = 4p.10-7..S
Nếu có lõi sắt : L = 4p.10-7μ..S
μ là độ từ thẩm ( cỡ 104, đặc trưng cho từ tính của lõi sắt)
Đơn vị của độ tự cảm là henry (H)
L chỉ phụ thuộc vào cấu tạo và kích thước của mạch kín
Hoạt động 3: Tìm hiểu về hiện tượng tự cảm
 Mục đích
Tìm hiểu hiện tượng tự cảm là gì?
Hiện tượng tự cảm xảy ra ở các trường hợp nào?
 Tổ chức hoạt động
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
GV hỏi: Điều kiện để có hiện tượng cảm ứng điện từ?
GV hỏi: Ta đã biết khi có dòng điện chạy qua mạch kín thì bản thân nó có xuất hiện từ thông riêng. Vậy nếu cô cho từ thông riêng ấy biến thiên có sinh ra dòng điện cảm ứng hay không?
GV nêu giả thuyết là Có. Vậy cần kiểm chứng xem có dòng điện cảm ứng đó hay không?
GV thông báo: Từ công thức của từ thông riêng 
Փ= Li
Người ta khảo sát thời điểm đóng mạch ( I tăng) và ngắt mạch (I giảm)
GV nêu các dụng cụ thí nghiệm và chức năng
mạch in về thí nghiệm tự cảm 
hai bóng đèn D1, D2 6V – 3W 
biến trở R 
cuộn dây L có lõi sắt từ 
đèn khí kém Ne có công suất nhỏ, chỉ phát sáng ở điện áp trên 75V 
hai dây nối có phích cắm ở đầu, bốn công tắc K, K1, K2, K3
+ TN1:
GV yêu cầu HS quan sát độ sáng hai bóng đèn và giải thích hiện tượng xảy ra.
+ TN2:
GV yêu cầu HS quan sát độ sáng 2 bóng đèn và giải thích hiện tượng xảy ra.
Giả thuyết ban đầu đúng
Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch có dòng điện mà sự biến thiên của từ thông qua mạch được gây ra bởi sự biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.
HS trả lời: Từ thông qua mạch kín phải biến thiên
HS trả lời: Có
HS lắng nghe
HS quan sát thí nghiệm
Hiện tượng: Đèn 1 sáng lên ngay còn đèn 2 sáng lên từ từ.
Giải thích: Khi đóng khóa K, dòng điện qua ống dây và đèn 2 tăng lên đột ngột, khi đó trong ống dây xuất hiện suất điện động tự cảm có tác dụng cản trở sự tăng của dòng điện qua L. Do đó dòng điện qua L và đèn 2 tăng lên từ từ.
HS quan sát thí nghiệm
Hiện tượng: Đèn sáng bừng lên trước khi tắt
Giải thích: Khi ngắt K, dòng điện iL giảm đột ngột xuống 0. Trong ống dây xuất hiện dòng điện cảm ứng cùng chiều với iL ban đầu, dòng điện này chạy qua đèn và vì K ngắt đột ngột nên cường độ dòng cảm ứng khá lớn, làm cho đén sáng bừng lên trước khi tắt. 
HS ghi nhận khái niệm
 Sản phẩm học tập
Vở ghi của học sinh
II. Hiện tượng tự cảm
1. Một số ví dụ về hiện tượng tự cảm
Thí nghiệm
+ TH1: khi đóng mạch
Kết quả: Đèn 1 sáng lên ngay còn đèn 2 sáng lên từ từ.
Giải thích: Khi đóng mạch, dòng điện qua ống dây tăng đột ngột, xuất hiện dòng điện cảm ứng chống lại sự tăng của dòng điện qua nó => đèn 2 tăng từ từ
+ TH2: khi ngắt mạch
Kết quả: Đèn sáng bừng lên trước khi tắt
Giải thích: Khi ngắt mạch, dòng điện qua ống dây giảm đột ngột, xuất hiện dòng điện cảm ứng chống lại sự giảm của dòng điện qua nó => chiều dòng điện cảm ứng cùng chiều với I ban đầu => I cảm ứng lớn làm cho bóng neon vụt sáng trc khi tắt.
 2. Định nghĩa 
Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ xảy ra trong một mạch có dòng điện mà sự biến thiên của từ thông qua mạch được gây ra bởi sự biến thiên của cường độ dòng điện trong mạch.
Hoạt động 4: Tìm hiểu về suất điện động tự cảm
Mục đích
Nêu định nghĩa suất điện động tự cảm và biểu thức tính
Công thức tính năng lượng của ống dây tự cảm (đọc thêm, chỉ nêu công thức)
Một số ứng dụng của hiện tượng tự cảm ( đọc thêm)
Tổ chức hoạt động
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
GV thông báo: Suất điện động cảm ứng trong mạch xuất hiện do hiện tượng tự cảm gọi là suất điện động tự cảm. 
Bản chất của hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng từ nên ta có thể dựa vào biểu thức 
etc = - L
Từ biểu thức này em nào cho cô biết suất điện động tự cảm có độ lớn là gì?
etc = L
Biểu thức của năng lượng từ trường của ống dây tự cảm, chính là năng lượng đã được tích lũy trong ống dây tự cảm khi có dòng điện chạy qua.
W = Li2
*Ứng dụng một số hiện tượng tự cảm (nói thêm)
Khi mở cầu dao của một mạch điện có chứa động cơ điện, ta thường thấy hồ quang điện xuất hiện giữa hai cực của cầu dao. 
Nguyên nhân do khi ngắt mạch, dòng điện giảm đột ngột về giá trị không, do đó các cuộn dây của máy điện có xuất hiện một dòng điện tự cảm khá lớn. Dòng điện này phóng ra lớp không khí giữa hai cực của cầu dao và có thể gây nguy hiểm cho hệ thống điện. 
Ðể khử hồ quang điện khi ngắt mạch, người ta đặt cầu dao trong dầu, hoặc dùng khí phụt mạnh v.v... dập tắt hồ quang
Ghi nhận khái niệm.
Ghi nhận biểu thức tính suất điện động tự cảm.
Phát biểu độ lớn Suất điện động tự cảm
Ghi nhận công thức
Học sinh lắng nghe
Sản phẩm học tập 
III. Suất điện động tự cảm
1. Suất điện động tự cảm
 Suất điện động cảm ứng trong mạch xuất hiện do hiện tượng tự cảm gọi là suất điện động tự cảm.
Biểu thức suất điện động tự cảm:
etc = - L
 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 = Li2
Hoạt động 5: Vận dụng kiến thức vừa học để làm một số câu trắc nghiệm
5.1. Mục đích
- Vận dụng được các kiến thức đã học giải quyết một số bài tập
5.2. Tổ chức hoạt động
- Cho học sinh trả lời các câu trắc nghiệm
PHIẾU HỌC TẬP
Câu 1: Từ thông riêng của một mạch kín phụ thuộc vào:
Cường độ dòng điện qua mạch
Điện trở của mạch
Chiều dài dây dẫn
Tiết diện dây dẫn
Câu 2: Điều nào sau đây không đúng khi nói về hệ số tự cảm của ống dây?
Phụ thuộc vào số vòng dây của ống
Phụ thuộc vào tiết diện của ống
Không phụ thuộc vào môi trường xung quanh
Có đơn vị là Henry (H)
Câu 3: Hiện tượng tự cảm là hiện tượng cảm ứng điện từ do sự biến thiên từ thông qua mạch gây ra bởi
Sự biến thiên của chính cường độ điện trường trong mạch
Sự chuyển động nam châm với mạch
Sự chuyển động của mạch với nam châm
Sự biến thiên từ trường của trái đất
Câu 4: Suất điện động tự cảm của mạch điện tỉ lệ với
Điện trở của mạch
Từ thông cực đại qua mạch
Từ thông cực tiểu qua mạch
Tốc độ biến thiên cường độ dòng điện qua mạch
Câu 5: Năng lượng của ống dây tự cảm tỉ lệ với
Cường độ dòng điện qua ống dây
Bình phương cường độ dòng điện trong ống dây
Căn bậc hai lần cường độ dòng điện trong ống dây
Một trên căn bình phương dòng điện trong ống dây
Câu 6: Một ống dây có tiết diện 10cm2, chiều dài 20cm và 1000 vòng dây. Hệ số tự cảm của ống dây ( không lõi, đặt trong không khí) là:
0.2π H
0,2π mH
2 mH
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?
10 V
20 V
0,1 kV
0,2 kV
Câu 8: Dòng điện trong một cuộn cảm giảm đều từ 16 A đến 0 A trong 0,01s, suất điện động tự cảm có độ lớn 64 V. Độ tự cảm của cuộn cảm đó là:
0,032 H
0,04 H
0,25 H
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:
0,05 J
0,2 J
0,1 J
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 9 V chạy qua thì nó tích lũy một năng lượng là:
30 mJ
60 mJ
90 mJ
10/3 mJ