Giáo án NLS Vật lí 12 kết nối Bài 15: Lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện. Cảm ứng từ

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu Hình 15.1 và giới thiệu bộ thí nghiệm

- GV lưu ý quy tắc an toàn: Cần hỏi GV trước khi cắm điện, đo xong tắt điện ngay, khi đo mới bật điện.

- GV chia lớp thành 6 nhóm và phát dụng cụ thí nghiệm cho các nhóm.

- GV yêu cầu các nhóm đọc nội dung Hoạt động (SGK – tr61) và trả lời các câu hỏi:

1. Quan sát và giải thích hiện tượng xảy ra với khung dây.

2. Quan sát đèn chỉ hướng từ trường trong lòng nam châm điện, các cực của nguồn điện nối với khung dây, chiều chuyển động của khung dây, từ đó xác định chiều của cảm ứng từ bên trong lòng nam châm điện, chiều dòng điện và chiều của lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện I trong từ trường.

3. Dự đoán hiện tượng xảy ra nếu đổi chiều dòng điện chạy qua nam châm điện hoặc khung dây.

4. Đề xuất cách xác định chiều của lực từ.

- GV chiếu hình ảnh 15.3, yêu cầu HS nghiên cứu SGK và nêu được nội dung quy tắc bàn tay trái.

- GV yêu cầu HS: Sử dụng mô phỏng PhET để hình dung quy tắc bàn tay trái trong không gian 3D. 

- GV yêu cầu HS trả lời nội dung Hoạt động (SGK – tr62)

Sử dụng quy tắc bàn tay trái để kiểm chứng chiều của lực từ tác dụng lên thanh kim loại M₁M₂ trong Hình 15.2.

- GV kết luận về nội dung lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện.

- Để củng cố kiến thức vừa học, GV yêu cầu HS trả lời nội dung Câu hỏi (SGK – tr62)

Ba dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường như Hình 15.4.

1. Hãy xác định phương và chiều của lực từ tác dụng lên dây dẫn ở Hình 15.4a, 15.4b.

2. Trong trường hợp Hình 15.4c, có lực từ tác dụng lên dây dẫn không? Dự đoán lực từ còn phụ thuộc vào yếu tố nào khác?

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, trao đổi, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện các nhóm báo cáo kết quả thảo luận:

*Trả lời Hoạt động (SGK – tr61)

1. Khung dây bị nâng lên hoặc hạ xuống do chịu tác dụng của lực từ do từ trường của nam châm điện gây ra.

2. Học sinh tự quan sát thí nghiệm và đưa ra kết luận.

3. Nếu đổi chiều dòng điện chạy qua nam châm điện hoặc khung dây thì khung dây sẽ chuyển động ngược lại so với ban đầu.

4. Cách xác định chiều của lực từ: Quy tắc bàn tay trái.

*Trả lời Hoạt động (SGK – tr62)

- Cực màu đỏ của nam châm là cực Bắc, cực màu xanh là cực Nam nên đường sức từ có hướng từ trái qua phải. Chiều dòng điện chạy qua thanh kim loại M₁M₂ có hướng từ bên trong trang giấy hướng ra ngoài. Áp dụng quy tắc bàn tay trái, ta xác định được lực từ có phương vuông góc với thanh và chiều từ dưới hướng lên trên.

*Trả lời Câu hỏi (SGK – tr62)

1. Hình 15.4a SGK: lực từ có phương vuông góc với tờ giấy, chiều từ ngoài vào trong.

Hình 15.4b SGK: lực từ có phương song song với tờ giấy, chiều từ trên xuống dưới.

2. Trong trường hợp Hình 15.4c, dòng điện song song với đường sức từ nên không có lực từ tác dụng lên dây dẫn.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung. 

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV kết luận về nội dung Thí nghiệm về lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện.

- GV chuyển sang nội dung Độ lớn cảm ứng từ.

I. THÍ NGHIỆM VỀ LỰC TỪ TÁC DỤNG LÊN ĐOẠN DÂY DẪN MANG DÒNG ĐIỆN

- Khi cho dòng điện có cường độ I chạy qua đoạn dây dẫn đặt trong từ trường thì xuất hiện lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện.

- Lực từ có phương vuông góc với đoạn dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường và vuông góc với đường sức từ.

- Chiều của lực từ được xác định theo quy tắc bàn tay trái: Đặt bàn tay trái sao cho vectơ cảm ứng từ hướng vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay trùng với chiều dòng điện, thì ngón tay cái choãi ra 90° chỉ chiều của lực từ tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện.

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV giới thiệu bộ thí nghiệm đo cảm ứng từ bằng cân "dòng điện", chức năng, cách sử dụng cho HS quan sát và nhận biết.

- GV tổ chức cho HS thử vận hành bộ thí nghiệm, khám phá cấu tạo, chức năng, từ đó thiết kế phương án đo cảm ứng từ theo nội dung Hoạt động (SGK – tr63)

a) Từ công thức (15.1), hãy cho biết để xác định cảm ứng từ thì cần đo các đại lượng nào.

b) Nên đặt góc α bằng bao nhiêu? Tại sao?

c) Mô tả các bước tiến hành thí nghiệm để đo được cảm ứng từ của nam châm điện.

- GV yêu cầu HS: Thực hiện phương án thí nghiệm, ghi kết quả vào bảng số liệu trên Excel/ Google Sheets trên điện thoại/ máy tính, vẽ đồ thị và xác định cảm ứng từ của nam châm điện, tính toán sai số và trả lời các câu hỏi Hoạt động (SGK – tr64)

- Tính và điền vào bảng như ví dụ minh hoạ ở Bảng 15.1.

- Tính giá trị trung bình, sai số phép đo độ lớn cảm ứng từ B của từ trường nam châm. Nhận xét và đánh giá kết quả thí nghiệm:

Nhận xét về nguyên nhân gây ra sai số của phép đo và đề ra giải pháp để giảm sai số đó.

- GV yêu cầu HS viết báo cáo thí nghiệm.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, trao đổi, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện các nhóm báo cáo kết quả thảo luận:

*Trả lời Hoạt động (SGK – tr63)

a) Từ hệ thức (15.1 SGK) cho thấy để xác định cảm ứng từ cần đo lực từ F chiều dài dây dẫn L đặt trong từ trường, cường độ dòng điện I và góc α.

b) Nên đặt góc α = 90° thì sinα = 1, khi đó chỉ cần đo F, L và I.

c) Các bước tiến hành thí nghiệm để đo được cảm ứng từ của nam châm điện:

- Treo khung dây vào đầu đòn cân.

- Điều chỉnh khung dây vuông góc với vectơ cảm ứng từ của nam châm điện (α = 90°).

- Điều chỉnh gia trọng và dây căng lực kế để lực kế đo được lực từ.

- Bật công tắc nguồn điện. Điều chỉnh cường độ dòng điện qua nam châm điện ở mức ban đầu 0,1 A. Xác định độ lớn của lực từ qua lực kế.

- Thay đổi giá trị cường độ dòng điện qua khung dây mỗi lần tăng lên 0,1 A. Đọc giá trị cường độ dòng điện I qua khung dây và xác định độ lớn lực từ qua lực kế, ghi kết quả vào vở như ví dụ ở Bảng 15.1.

- Đánh dấu các điểm thực nghiệm lên hệ trục toạ độ và vẽ đường thẳng đi gần nhất các điểm thực nghiệm.

*Trả lời Hoạt động (SGK – tr64)

Ví dụ kết quả thí nghiệm

- Chiều dài dây dẫn đặt trong từ trường nam châm L_n­ = 0,1.200 = 20 m

- GV hướng dẫn HS vẽ thêm hai đường thẳng gần điểm thực nghiệm và xác định sai số phép đo tương tự thí nghiệm đo nhiệt dung riêng của nước. Sai số khoảng 0,02 T.

B = 0,10 ± 0,02 T

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung. 

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV kết luận về nội dung Thực hành đo độ lớn cảm ứng từ.

- GV chuyển sang nội dung Luyện tập.

III. THỰC HÀNH ĐO ĐỘ LỚN CẢM ỨNG TỪ

1. Mục đích thí nghiệm

- Xác định độ lớn cảm ứng từ của từ trường đều.

2. Dụng cụ thí nghiệm

3. Thiết kế phương án thí nghiệm

Như nội dung trả lời câu hỏi.

4. Tiến hành thí nghiệm

a) Treo khung dây vào đầu đòn cân.

b) Điều chỉnh khung dây vuông góc với vectơ cảm ứng từ của nam châm điện (α = 90°).

c) Điều chỉnh gia trọng và dây căng lực kế để lực kế đo được lực từ.

d) Bật công tắc nguồn điện. Điều chỉnh cường độ dòng điện qua nam châm điện ở mức ban đầu 0,1 A. Xác định độ lớn của lực từ F qua lực kế.

e) Thay đổi giá trị cường độ dòng điện qua khung dây mỗi lần tăng lên 0,1 A. Đọc giá trị cường độ dòng điện I qua khung dây và xác định độ lớn lực từ F qua lực kế, ghi kết quả vào vở như ví dụ ở Bảng 15.1.

g) Đánh dấu các điểm thực nghiệm lên hệ trục toạ độ và vẽ đường thẳng đi gần nhất các điểm thực nghiệm.

5. Kết quả thí nghiệm

Như nội dung trả lời câu hỏi.