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

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

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

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

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

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

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

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



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 ?

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:

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

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

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