A. Hoạt động khởi động

Hãy trả lời câu hỏi sau: Từ trường tác dụng lực từ lên nam châm đặt trong nó, vậy từ trường có tác dụng lực từ lên dòng điện đặt trong nó không ? Nếu có thì nó có ứng dụng gì trong đời sống và trong kĩ thuật ?

Trả lời:

Từ trường có tác dụng lực từ lên dòng điện đặt trong nó.

Ứng dụng: trong các động cơ điện

B. Hoạt động hình thành kiến thức

I. Lực tác dụng của từ trường lên dây dẫn có dòng điện

1. Lực điện từ

Thiết kế và bố trí thí nghiệm: sgk trang 90

Từ các quan sát thu được, hoàn thành các nhận xét sau:

Khi đóng công tắc, ta thấy đoạn dây dẫn AB $...$. Điều đó chứng tỏ từ trường đã $...$ lên đoạn dây dẫn AB.

Từ trường $...$ lên dòng điện đặt trong nó. Lực đó gọi là lực điện từ.

Trả lời:

Khi đóng công tắc, ta thấy đoạn dây dẫn AB chuyển động. Điều đó chứng tỏ từ trường đã tác dụng lực lên đoạn dây dẫn AB.

Từ trường tác dụng lên dòng điện đặt trong nó. Lực đó gọi là lực điện từ.

2. Chiều của lực từ

Dự đoán xem chiều của lực từ có thể phụ thuộc vào các yếu tố nào? Làm thế nào để khảo sát sự phụ thuộc của lực điện từ vào mỗi yếu tố đã dự đoán?

Bố trí và tiến hành thí nghiệm: sgk trang 90

Từ các quan sát thu được, hoàn thành các nhận xét sau:

Khi đổi chiều dòng điện qua dây dẫn AB thì $...$.

Khi đổi chiều đường sức từ thì $...$.

Chiều của lực điện từ tác dụng lên dây dẫn AB phụ thuộc vào chiều $...$ và chiều $...$. Nếu đồng thời đổi cả chiều dòng điện và chiều của đường sức từ thì chiều của lực điện từ $...$.

Trả lời:

Dự đoán: Chiều của lực điện từ có thể phụ thuộc vào chiều dòng điện trong dây dẫn, chiều của từ trường. Muốn khảo sát sự phụ thuộc đó thì ta thay đổi lần lượt các yếu tố đó giữ nguyên các yếu tố còn lại trong một thí nghiệm.

Khi đổi chiều dòng điện qua dây dẫn AB thì lực điện từ đổi chiều.

Khi đổi chiều đường sức từ thì lực điện từ đổi chiều.

Chiều của lực điện từ tác dụng lên dây dẫn AB phụ thuộc vào chiều của dòng điện và chiều của đường sức từ. Nếu đồng thời đổi cả chiều dòng điện và chiều của đường sức từ thì chiều của lực điện từ không thay đổi

II. Quy tắc bàn tay trái

Thông tin: sgk trang 91

Câu hỏi:
Làm thế nào để xác định được chiều của lực điện từ khi biết chiều của dòng điện chạy qua dây dẫn và chiều của đường sức từ?

Hãy tiến hành thí nghiệm và áp dụng quy tắc bàn tay trái để tìm chiều của lực điện từ tác dụng lên đoạn dây dẫn AB trong thí nghiệm hình 48.4 (sách giáo khoa trang 91) để xem lí thuyết có phù hợp với kết quả thí nghiệm không?

Hoàn thành các kết luận sau:

Biết chiều dòng điện và chiều đường sức từ ta tìm được chiều $...$

Biết chiều dòng điện và chiều của lực điện từ ta tìm được chiều $...$

Biết chiều của lực điện từ và chiều đường sức từ ta tìm được chiều $...$

Trả lời:

Để xác định chiều của lực điện từ, ta dùng quy tắc bàn tay trái.

Sau khi tiến hành thí nghiệm, ta thấy, lí thuyết hoàn toàn phù hợp với thí nghiệm.

Biết chiều dòng điện và chiều đường sức từ ta tìm được chiều của lực điện từ.

Biết chiều dòng điện và chiều của lực điện từ ta tìm được chiều của đường sức từ.

Biết chiều của lực điện từ và chiều đường sức từ ta tìm được chiều dòng điện.

III. Động cơ điện một chiều

1. Cấu tạo

Thiết bị hoạt động dựa trên tác dụng làm quay của lực điện từ gọi là động cơ điện một chiều. Hãy quan sát mô hình động cơ điện một chiều ở hình 48.5 (sgk trang 92) để chỉ ra:

Các bộ phận chính của động cơ điện một chiều.

Bộ phận nào đứng yên (gọi là stato)? Bộ phận nào quay (gọi là roto)?

Bộ phận nào giúp cho dây điện không bị xoắn khi khung dây quay liên tục?

Trả lời:

Các bộ phận chính của động cơ điện một chiều: Nam châm và khung dây.

Bộ phận đứng yên là: Nam châm (stato); bộ phận chuyển động là: Khung dây (roto). 

Bộ phận giúp cho dây điện không bị xoắn khi khung dây quay liên tục là: Bán khuyên.

2. Nguyên tắc hoạt động

Hãy biểu diễn lực điện từ tác dụng lên cạnh AB và CD của khung dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường như hình 48.6 trong ba trường hợp. Các lực này có tác dụng gì đối với khung dây?

Giả sử khung quay liên tục thì điều gì sẽ xảy ra đối với các dây dẫn nối khung dây với nguồn điện một chiều bên ngoài? Và người ta có thể khắc phục điều này như thế nào để thiết bị hoạt động được dễ dàng?

Quan sát mô hình động cơ điện một chiều (Hình 48.7 sgk trang 92)

Hãy dự đoán chiều của động cơ

Cho mô hình động cơ điện một chiều hoạt động để kiểm tra dự đoán.

Khi hoạt động, động cơ điện chuyển hóa năng lượng từ dạng nào sang dạng nào?

Hoàn thành kết luận sau:

Động cơ điện một chiều có hai bộ phận chính là nam châm tạo ra từ trường (bộ phận $...$) và khung dây dẫn cho dòng điện chạy qua (bộ phận $...$). Bộ phận đứng yên gọi là $...$, bộ phận quay gọi là $...$. Khi đặt khung dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong $...$ thì dưới tác dụng của lực điện từ, khung dây sẽ $...$. Khi hoạt động, động cơ điện chuyển hoá năng lượng từ $...$ sang $...$.

Trả lời:

Hình 48.6:

+ Hình thứ nhất: AB: Lực hướng lên trên; CD: Lực hướng xuống dưới.

Hình thứ hai: AB: Lực hướng lên trên; CD: Lực hướng xuống dưới.

Hình thứ ba: AB: Lực hướng lên trên; CD: Lực hướng xuống dưới.

Chiều quay của động cơ: từ ngoài trang giấy vào trong trang giấy.

Năng lượng được chuyển hóa từ dạng điện năng thành cơ năng.

Kết luận:

Động cơ điện một chiều có hai bộ phận chính là nam châm tạo ra từ trường (bộ phận đứng yên) và khung dây dẫn cho dòng điện chạy qua (bộ phận quay). Bộ phận đứng yên gọi là stato, bộ phận quay gọi là rôto. Khi đặt khung dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường thì dưới tác dụng của lực điện từ, khung dây sẽ quay. Khi hoạt động, động cơ điện chuyển hoá năng lượng từ điện năng sang cơ năng.