Tự chọn lý 9 chủ đề 3

Ngày soạn 28/11/2005 Tuần 13

CHỦ ĐỀ III

NAM CHÂM – TỪ TRƯỜNG – LỰC ĐIỆN TỪ

Tiết 25-26 NAM CHÂM VĨNH CỮU TÁC DỤNG TỪ CỦA DÒNG ĐIỆN TỪ TRƯỜNG – ĐƯỜNG SỨC TỪ I Lý thuyết:

1 Nam châm vĩnh cữu:

Nam châm vĩnh cữu là nam châm mà từ tính nó không bị mất đi

Mỗi nam châm đều có hai cực , khi để nam châm tự do cực luôn luôn chỉ hướng bắc địa lí gọi là cực Bắc, còn cực luôn luôn chỉ hướng nam địa lí gọi là cực Nam

Kí hiệu : Cực Bắc là chữ N ; cực Nam là chữ S 2.Tương tác giữa hai nam châm:

Khi đặt hai nam châm gần nhau thì chúng tương tác với nhau : các cực cùng tên đẩy nhau , các cực khác tên thí hút nhau

3.Tác dụng từ của dòng điện:

Dòng điện chạy trong dây dẫn thẳng hay dây dẫn có hình dạng bất kì đều tác dụng lực ( gọi là lực từ) lên kim nam châm đặt gần nó Ta nói: D01ng điện có tác dụng từ.

4 Từ trường:

+ Không gian xung quanh nam châm , xung quanh dòng điện có khả năng tác dụng lực từ lên kim nam châm đặt trong nó Ta nói không gian đó có từ trường

+ Tại mỗi vị trí nhất định trong từ trường của thanh nam châm hay của dòng điện , kim nam châm đều chỉ một hướng xác định

+ Để nhận biết trong một vùng không gian có từ trưiờng hay không ngưới ta dùng kim nam châm thử

5.Từ phổ:

Từ phổ cho ta một hình ảnh trực quan về từ trường Có thể thu được từ phổ bằng cách rắc mạt sắt lên tấm bìa đặt trong từ trường rồi gõ nhẹ cho các mạt sắt tự sắp xếp trên tấm bìa

6 Đường sức từ:

+ Đường sức từ chính là hình ảnh cụ thể của từ trường

+ Các đường sức từ có chiều xác định Ở bên ngoài nam châm , chúng là những đường cong có chiều đi ra từ cực Bắc và đi vào cực Nam của nam châm

7 Từ phổ ,đường sức từ của ống dây có dòng điện chạy qua :

+ Phần từ ở ngoài ống dây có dòng điện chạy qua giống từ phổ bên ngoàicủa một thanh nam châm.

+ Đường sức từ của ống dây có dòng điện là những đường cong khép kín , bên trong lòng ống dây đường sức từ là những đoạn thẳng song song

+ Tại hai đầu ống dây , các đường sức từ có chiều cùng đi vào một đầu và cùng đi ra ở đầu kia Chính vì vậy , người ta coi hai đầu ống dây có dòng điện chạy qua cũng là hai cực từ : đầu có các đường sức từ đi ra là cực Bắc , đầu có các đường sức từ đi vào là cực Nam

8 Quy tắc nám tay phải:

Nắm ống dây bằng tay phải sao cho bốn ngón tay nắm lại chỉ chiều dòng điện qua ống dây thì ngón tay cái choãi ra chỉ chiều đường sức từ trong lòng ống dây

II Phương pháp giải bài tập:

1.Cách xác định một vật bằng kim loại có phải là một nam châm hay không Căn cứ vào một trong các đặc điểm sau:

+ Có khả năng hút sắt hay bị sắt hút

+ Khi để quay tự do , nó luôn luôn định hướng Bắc- Nam 2.Cách xác định các cực từ của một nam châm

Cách 1: căn cứ vào kí hiệu trên nam châm

Cách 2: Nếu nam châm bị mất cáckí hiệu có thể sử dụng một nam châm khác còn kí hiệu các cực từ , cho chúng tươnt tác với nhau

3.Cách nhận biết trong dây dẫn có dòng điện hay không Có thể căn cứ vào tác dụng từ của dòng điện

+ Đặt dây dẫn lại gần một kim nam châm có thể quay tự do trên một mũi nhọn +Nếu thấy kim nam châm bị lệch khỏi hứơng Bắc- Nam ban đầu thì kết

luận trong dây dẫn có dòng điện

+ Nếu tháy kim nam châm không bị lệch khỏi hướnh Bắc- Nam ban đầu thì kết luận trong dây dẫn không có dòng điện chạy qua

4.Cacùh nhận biết trong vùng không gian đó có từ trường hay không Căn cứ vào tác dụng từ trường lên kim nam châm thử

+Đưa nam châm thử vào vùng không gian cần kiểm tra

+ Nếu thấy kim nam châm bị lệch khỏi hướng Bắc- Nam ban đầu thì kết luận trong vùng không gian đó có từ trường

+ Nếu kim nam châm không lệch khỏi hướng Bắc – Nam ban đầu thì kết luận trong vùng không gian đó không có từ trường

5 Cách xác định chiều dòng điện ( hoặc chiều đường sức từ) của một ống dây có dòng điện chạy qua

Aùp dụng quy tắc nắm tay phải

6 Cách xác định vị trí ( sự định hướng) của kim nam châm khi đặt gần một nam châm khác hoặc đặt gần một ống dây có dòng điện chạy qua

+ Vẽ dạng đường sức từ của nam châm hoặc ống dây có dòng điện chạy qua + Xác định chiều của đường sức từ

+ Xác định sự định hướng của nam châm theo quy tắc: Trục của kim nam châm nằm dọc theo phương tiếp tuyến của đường sức từ tại điểm đặt kim nam châm, chiều sao cho các đường sức từ đi ra từ cực bắc và đi vào cực nam

Ngày soạn 05/12/05 Tuần 14

Tiết 27-28 BÀI TẬP

Bài 1: Đưa thanh kim loại đến gần một cái đinh ghim , hiện tượng nào cho phép ta kết luận thanh kim loại là một nam châm?

Giải: Khi đưa thanh kim loại đến gần một đinh ghim , nếu thanh kim loại hút đinh ghim thì thanh kim loại là nam kim loại là nam châm , nếu không hút thì đó không phải là nam châm

Bài 2: Có hai thanh kim loại luôn hút nhau bất kể đưa đầu nàocủa chúng lại gần Có thể kết luận gì về từ tính của hai thanh kim loại này ?

Giải:

+ Một trong hai thanh là nam châm , thanh còn lại không phải là nam châm

+ Nếu cả hai thanh là nam châm thì giả sử ban đầu chúng hút nhau , sau đó nếu đổi đầu của một thanh thì chúng sẽ đẩy nhau

Bài 3: Hãy nêu cách khác nhau để xác định tên cực của một thanh nam châm khi hai đầu của nam châm mất dấu

Giải:

Cách 1: Dựa vào một kim nam châm đã biết cực Đưa đầu thanh nam châm lại gần cực bắc của kim nam châm đã được gắn tự do trên mũi nhọn , nếu thấy nó hút thì đầu đưa lại gần nó là cực nam, đầu còn lại là cực bắc

Cách 2: Đặt thanh nam châm trên một miếng xốp mỏng rồi thả nổi trên mặt nước trong một chậu , chò cho chúng cân bằng , đầu thanh nam châm hướng về phía bắc chính là cực bắc , đầu còn lại là cực nam

Bài 4: Bố trí thí nghiệm như hình vẽ, sao cho lúc công tắc mở , dây dẫn song song với kim nam châm ( đứng yên) Hỏi khi đóng công tắc K , hiện tưởng gì xảy ra với kim nam châm? Lúc trở lại cân bằng , kim nam châm còn nằm song song với dây dẫn nữa không ?

Giải:

+ Đóng công tắc K ta thấy kim nam châm bị quay lệch đi một góc nhỏ

+ Khi trở lại cân bằng , kim nam châm không con ø nằm song song với dây nữa Bài 5: Hãy vẽ thêm kim nam châm tại các vị trí trong hình

A NN B C

Bài 6: Trên hình vẽ là dạng đường sức từ của một ống dây có dòng điện chạy qua

a) Dùng quy tắc nắm tay phải hãy xác định chiều của đường sức từ của ống dây b) Nếu đặt một kim nam châm ( có thể quay tự do) tại điểm A thì kim nam châm

sẽ định hướng như thế nào? Vẽ hình minh hoạ Giải:

a) Chiều đường sức từ như hình vẽ

b) Sự định hướng của kim nam châm theo quy luật các đường sức từ đi ra từ cực bắc và đi vào cực nam , nên tại A cực bắc của kim nam châm hướng vào trong lòng ống dây

Bài 7 Hãy vẽ thêm chiều dòng điện trong các hình vẽ sau:

N S

Ngày soạn 12/12/05 Tuần 15

Tiết 29 – 30 NAM CHÂM ĐIỆN

LỰC ĐIỆN TỪ – ĐỘNG CƠ ĐIỆN MỘT CHIỀU

I Lý thuyết

1 Sự nhiễm từ của sắt thép

+Khi đặt sắt và thép trong từ trường chúng đều bị nhiễm từ Trong những điều kiện như nhau , sắt non nhiễm từ mạnh hơn thép, nhưng thép duy trì từ tính tốt hơn

+ Những nguyên tố nhiễm từ mạnh : Sắt (thép) , kền, côban, gađôlini ( gọi chung là nhóm sắt từ

2 Nam châm điện

+ Nam châm điện: Khi có dòng điện chạy qua ống dây có lõi sắt , lõi sắt trở thành một nam châm

+ Có thề làm tăng lực từ của nam châm điện tác dụng lên một vật bằng cách tăng cường độ dòng điện qua ống dây hoặc tăng số vòng của ống dây

3 Lực từ tác dụng lên dây dẫn có dòng điện

Một đoạn dây dẫn có dòng điện đặt trong từ trường và không song song với đường sức từ thì có lực từ tác dụng lên nó

4 Chiều của lực điện từ Quy tắc bàn tay trái

Quy tắc bàn tay trái : Đặt bàn tay trái sao cho các đường sức từ đi xuyên vào lòng bàn tay , chiều từ cổ tay đến ngón tay giữa chỉ chiều dòng điện thì ngón cái choãi ra 90o

chỉ chiều của lực điện từ

5 Lực điện từ tác dụng lên khung dây dẫn có dòng điện

+ Khung dây có dòng điện đặt trong từ trường thì có lực từ tác dụng lên nó

+ Lực tác dụng lên khung dây có dòng điệnlàm cho khung quay quanh trục OO’, trừ một vị trí duy nhất lực điện từ không làm khung quay đó là khi mặt phẳng khung vuông góc với đường cảm ứng từ

6 Động cơ điện một chiều

+ Động cơ điện một chiều là thiết bị biến điện năng của dòng điện một chiều thành cơ năng Động cơ hoạt động dựa trên cơ sở lực điện từ của từ trường tác dụng lên khung dây có dòng điện chạy qua

+ Cấu tạo của động cơ điện một chiều gồm hai bộ phận chính là nam châm tạo ra từ trường và khung dây dẫn có dòng điện chạy qua

+ Trong động cơmđiện một chiều bộ phận quay gọi là rôto, bộ phận đứng yên là stato Bộ phận đổi chiều dòng điện khi khung đi qua mặt phẳng trung hoà gọi là cổ góp điện

II Phương pháp giải :

1.Cách giải thích sự nhiễm từ của sắt, thép

Vật được cấu tạo từ các phân tử Trong mỗi phân tử đều có dòng điện và được xem như một thanh nam châm rất nhỏ Khi không đặt trong từ trường, các “thanh nam châm nhỏ” sắp xếp hỗn độn vật không bị nhiễm từ Khi đặt trong từ trường các “thanh nam châm nhỏ” sắp xếp có trật tự: Vật bị nhiễm từ

2.Cách so sánh sự nhiễm từ của sắt , thép , từ đó suy ra ứng dụng của chúng Sắt nhiễm từ manh hơn thép , nhưng không duy trì được từ tính lâu như thép Dùng sắt để làm nam châm điện và dùng thép để chế tạo nam châm vĩnh cữu

3 So sánh nam châm điện và nam châm vĩnh cữu

+ Nam châm điện chỉ hoạt động khi có dòng điện chạy qua cuộn dây có lõi sắt , từ tính của nam châm điện sẽ mất ngay sau khi dòng điện bị ngắt

+ Nam châm vĩnh cữu duy trì từ túnh lâu dài , từ tính của nam châm vĩnh cữu tồn tại không phụ thuộc vào việc có hay không có dòng điện

4.Cách giải thích hoạt động của một số thiết bị tự động có sử dụng nam châm điện

+ Xác định công dụng của thiết bị

+ Xác định vị trí của nam châm điện và tiếp điểm của nó khi hoạt động + Nêu hoạt động của thiết bị khi không có dòng điện chạy qua nam châm điện( tiếp điểm đóng hay mở)

+ Nêu hoạt động của thiết bị khi có dòng điện chạy qua nam châm điện ( tiếp điểm hoạt động như thế nào)

+ Nêu nhận xét và kết luận

5 Cacùh xác định chiều lực điện từ ( hoặc chiều dòng điện trong dây dẫn hoặc chiều đường sức từ)

Aùp dụng quy tắc bàn tay trái

6 Cách xác định lực điện từ tác dụng lên khung dây dẫn có dòng điện

Aùp dụng quy tắc bàn tay trái

7 Cách giải thích tại sao động cơ điện một chiều lại có thể quay liên tục + Bất kì động cơ điện nào cũng có một bộ phận gọi là cổ góp điện , bộ phận này có tác dụng làm thay đổi chiều dòng điện trong khung mỗi khi khung quay đên vị trí mặt phẳng trung hoà

+ Xác định chiều lực từ tác dụng lên khung dây khinó quay nữa vòng đầu tiên + Xác định chiều lực từ tác dụng lên khung dây khi nó quay nữa vòng tiếp theo

Ngày soạn 19/12/05 Tuần 16

Tiết 31- 32 BÀI TẬP

Bài 1:Trong thí nhiệm về từ phổ , tại sao người ta không dùng mạt đồng hoặc mạt kẽm mà lại dùng mạt sắt ?

Đồng và kẽm là những chất có từ tính yếu Sắt có từ tính rất mạnh nên khi dùng mạt sắt đặt trong từ trường , chúng sẽ bị nhiễm từ rất mạnh Chính vì lí do này mà người ta dùng mạt sắt để làm thí nghiệm về từ phổ chứ không dùng mạt đồng hay kẽm

Bài 2: Người ta thường dùng nam châm điện trong các thiết bị tự động Vậy nam châm có những đặc điểm nào lợi thế hơn nam châm vĩnh cữu ?

Giải

Những lợi thế của nam châm điện:

+ Có thể chế tạo nam châm điện rất mạnh bằng cách tăng số vòng dây hoặc tăng cường độ dòng điện qua ống dây

+Chỉ cần ngắt điện đi qua ống dây là nam châm điện mất hết từ tính

+ Có thể thay đổi tên cực từ của nam châm điện bằng cách đổi chiều dòng điện chạy qua ống dây

Bài 3: Có hai nam châm chữ U giống nhau Cần phải sắp xếp và bảo quản chúng như thế nào để có thể giử các nam châm được bền nhất ?

Giải

Các nam châm được sắp xếp sao cho các cực Nam và Bắc của hai nam châm hút chặt với nhau Khi bảo quản không được để chúng va chạm với các vật khác hay nung nóng các nam châm

Chú ý: Các kí hiệu:

a) chỉ chiều dòng điệncó phương vuông góc với mặt phẳng giấy và có chiều đi

từ ngoài vào trong

b) chỉ dòng điện có phương vuông góc với mặt phẳng giấy và có chiều đi từ trong ra ngoài

Giải:

a) Khi dòng điện đặt trong từ trường có hai trường hợp xảy ra :

+ Nếu dây dẫn không song song với đường sức từ thì lực điện từ tác dụng lên dây dẫn Chiều lực điện từ được xác định bằng quy tắc bàn tay trái

+Nếu dây dẫn song song với đường sức từ thì không có lực điện từ tác dụng

Bieuã diễn lực điện từ tác dụng vào các cạnh của khung dây dẫn có mặt khung dây song song với các đường sức từ được mô tả trong hình vẽ sau ? Tác dụng của lực điện từ làm cho khung dây có xu hướng chuyển động như thế nào ?

Giải :

Aùp dụng quy tắc bàn tay trái , các lực điện từ được biễu diễn như sau:

Dưới tác dụng của lực điện từ , khung dây có xu hướng quay theo chiều mũi tên

Ngày soạn: 26/12/05 Tuần 17

Tiết 33 - 34 BÀI TẬP

Bài 1: Nam châm hút sắt rất mạnh , nhưng tại sao khi làm thí nghiệm từ phổ nam châm không hút mạt sắt mà “ sắp xếp” chúng theo đường nhất định ? Hãy giải thích tại sao ?

Giải: Mạt sắt đặt trong từ trường , chúng bị từ hoá mạnh , mỗi hạt mạt sắt trở thành một nam châm nhỏ, khi gõ vào tấm bìa những nam châm nhỏ đó bị hắt lên và rơi xuống , trong quá trình được “tự do” trong không khí , từ trường đã làm cho chúng được định hướng trở lại Kết quả là tạo được sự sắp xếp định hướng trên tấm bìa mà ta gọi là từ phổ

Bài 2: Mỗi học sinh cho rằng , mỗi nam châm có hai cực và có thể tách rời hai cực đó ra bằng cách cưa đôi nam châm Làm như vậy có được không ? Vì sao ?

Giải: Cưa đôi nam châm không thể tách rời các cực của nam châm được Lúc đó ta có hai nam châm mới, mỗi nam châm lại có hai cực riêng biệt

Giải thích: Khi vật bị nhiễm từ và trở thành nam châm , bên trong vật các “ thanh nam châm nhỏ “ đã được sắp xếp có trật tự Người ta có thể cưa vật làm hai nhưng không thể cưa các “ thanh nam châm nhỏ” này làm hai được do đó không thể tách rời các cực của nam châm

Bài 3 : Hình vẽ sau vẽ không đầy đủ về tên các cực từ , chiều dòng điện và chiều của đường sức từ

Hãy vẽ các cực của thanh nam châm treo trên sợi dây

S I

Giải:

N

Bài 5: Làm thế nào có thể tạo được một nam châm điện mạnh với một dòng điện có cường độ cho trước Hãy nêu một phương án đơn giản để thực hiện việc đó

Độ mạnh của nam châm điện sẽ càng gia tăng nếu ống dây có nhiều vòng dây và cường độ qua ống dây lớn Nếu trong điều kiện có cường độ dòng điện là như nhau thì nên dùng dây dẫn mảnh để quấn nhiều vòng , như thế sẽ tạo được một nam châm điện mạnh

Bài 6:

a) Kể một số ứng dụng của động cơ điện

b) Tại sao khi chế tạo động cơ điện có công suất lớn người ta không dùng nam châm vĩnh cữu để tạo ra từ trường ?

Giải

a) Trong đời sống , các động cơ điện ở gia đình thường dùng là các động cơ điện xoay chiều , ví dụ như quạt điện , máy bơm nước , động cơ trong máy giặt, máy xay sinh tố, máy lạnh…

b) Khi chế tạo động cơ điện có công suất lớn thì cần phải có từ trường mạnh Nếu dùng nam châm vĩnh cữu thì không thể tạo ra từ trường mạnh , nam châm điện có thể tạo ra từ trường rất mạnh bằng cách tăng số vòng dây va 2tăng cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây , đáp ứng được những yêu cầu về kĩ

+ Từ trường , tác dụng từ của dòng điện + Quy tắc nắm tay phải

+ Sự nhiễm từ của sắt , thép

+ Chiều lực điện từ Quy tắc bàn tay trái

+ Lực từ tác dụng lên khung dây có dòng điện chạy qua II BÀI TẬP

Bài 1: Đặt ống dây và thanh nam châm như hình vẽ: P Q

A B

Đóng mạch điện ta thấy nam châm bị hút về phía ống dây Hãy xác định các cực từ của thanh nam châm

Giải:

Khi đóng mạch điện , ống dây có tác dụng như một thanh nam châm Theo quy tắc nắm tay phải , dòng điện có chiều đi ra từ cực dương của nguồn điện nên đầu P của ống dây là cực từ Nam, đầu Q là cực từ Bắc Vì nam châm bị hút về phía ống dây nên đầu A của thanh nam châm là cực từ Nam , đầu B là cực từ Bắc

Bài 2 Hãy xác định chiều của lực điện từ , chiều của dòng điện , chiều của đường sức từ trong các trường hợp được biễu diễn trên hình vẽ sau:

S N 