ĐỊNH LUẬT FA-RA-ĐÂY VÀ ĐỊNH LUẬT LEN-XƠ


SGK Vật lý 11 NC – Bài 38 – Trang 184

1. Mục tiêu

Khảo sát chiều của dòng điện cảm ứng

Hiểu biết sâu sắc hơn về định luật Len-xơ và định luật Fa-ra-đây qua khảo sát đồ thị cảm ứng từ khi nam châm rơi.

2. Chuẩn bị lý thuyết

Tham khảo lý thuyết bài thí nghiệm định luật Fa-ra-đây và định luật Len-xơ.

3. Thí nghiệm với thiết bị Addestation

Dụng cụ

1 aMixer MGA, 1 cảm biến điện thế, 1 cuộn dây 7 lớp ngắn, 1 cuộn dây dài, 1 cán cầm (đã gắn 1 nam châm), 2 nam châm.

v11 cuộn 3 lớp và 7 lớp

Chú ý: Cán cầm có 6 dấu chấm trắng, khoảng cách giữa các 2 chấm trắng là 1.5 cm.

4. Tiến hành

I. Chuẩn bị và thiết lập thí nghiệm

Bước 1: Mở MGA, kết nối cảm biến điện thế vào CH 1 của MGA. Khi màn hình “Tự động lựa chọn cảm biến” xuất hiện, nhấn vào biểu tượng btk1 chọn “C.biến điện thế(EMF)” rồi nhấn “Chạy”.

Chú ý: Bảo đảm rằng công tắc của cảm biến điện thế được bật ở thang ±1V.

v1 1 lựa chọn thang đov1 1 công tắc

Bước 2:. Kết nối 2 đầu kẹp cá sấu của cảm biến điện thế với nhau. Nhấn nút bt0 trên MGA để bắt đầu thu thập dữ liệu. Sau đó nhấn nút bt00 để dừng thu thập dữ liệu.

Chú ý: Ta tiến hành bước này để làm cho 2 đầu cảm trở về giá trị không về mặt thực tế mặc dù màn hình MGA không hiện giá trị không.

Bước 3: Đảm bảo rằng không có ngoại lực tác dụng lên móc của cảm biến lực. Nhấn vào biểu tượng bt21 và sau đó nhấn vào ô vuông bên cạnh “CH 1” sau đó nhấn “Chạy”. Khi đó, giá trị lực đọc được trên MGA sẽ đặt về không.

v1 3 chuẩn cảm biến

Bước 4: Nhấn vào nút bt0 để xác nhận điện thế vừa đọc được đặt về không. Rồi nhấn nút bt00.

Khảo sát 1: Dấu của điện thế cảm ứng

Bước 5: Dùng kẹp cá sấu của cảm biến điện thế kẹp 2 đầu của cuộn dây 7 lớp. Gắn 2 nam châm vào đầu của cán cầm (như vậy sẽ có tổng cộng 3 nam châm ở đầu cán cầm).

v1 5 kẹp cảm biến vào cuộn dây

II. Thu thập dữ liệu

Bước 6: Nhấn vào nút bt0 để bắt đầu thu thập dữ liệu. Đặt cuộn dây 7 lớp trên mặt bàn và giữa đầu trên của nó.

v3 6 đặt cuộn dây lên bàn

Bước 7: Giữ tay cầm nam châm với 3 nam châm hướng xuống sao cho từ trường của nó ở bên trên cuộn dây. Đẩy tay cầm nam châm vào cuộn dây và dừng ở đâu đó trên nửa trên của cuộn dây. Bỏ tay giữ cuộn dây ra và nhấn nút bt00 để dừng thu thập dữ liệu.

v3 7 giữ nam châm bên trên cuộn dây

Bước 8: Nhấn vào biểu tượng bt4 để mở rộng đồ thị và ghi chú về dấu (dương hoặc âm) của điện thế. Ghi lại vào Bảng 1.

Bước 9: Lặp lại các bước từ bước 6 đến 8 nhưng với trường hợp còn lại ghi trong Bảng 1. Cực Bắc của nam châm di chuyển ra xa đầu cuộn dây.

Khảo sát 2: Đồ thị cảm ứng từ thu được với cuộn dây ngắn

Bước 10: Nhấn vào nút bt0 trên MGA để bắt đầu thu thập dữ liệu. Giữ phần đầu trên của cuộn dây. Bảo đảm rằng khoảng cách giữa đầu dưới cuộn dây và bàn D > L (L là chiều dài của tay cầm).

v1 6 vị trí cuộn dây với mặt bàn

Bước 11: Giữ tay cầm nam châm sao cho chấm thứ 6 ở ngay bên trên cuộn dây. Điều chỉnh sao cho tay cầm nếu chuyển động qua cuộn dây sẽ không chạm vào cuộn dây. Thả tay cầm nam châm cho rơi qua cuộn dây.

v1 7 vị trí tay cầm nam châm

Bước 12: Nhấn vào nút bt00 để dừng thu thập dữ liệu. Nhấn vào biểu tượng bt5 rồi nhấn 5 lần vào vùng đồ thị nơi xuất hiện cảm ứng từ.

Chú ý: Nếu khi phóng to đồ thị bạn không ấn vào giữa vùng trũng thì đồ thị sẽ bị lệch. Khi đó, ấn vào biểu tượng bt7 rồi ấn vào vùng rìa (màu vàng) để dịch chuyển đồ thị về vị trí mong muốn. Nếu ấn quá nhiều lần phóng to ta có thể nhấn vào biểu tượng bt6 rồi thu nhỏ đồ thị.

v3 12 dịch chuyển đồ thị

Bước 13: Phác lại dạng đồ thị xuất hiện trên màn hình MGA vào một tờ giấy trắng với chú thích là đồ thị cảm ứng từ với cuộn dây ngắn.

Khảo sát 3: Đồ thị cảm ứng từ thu được với cuộn dây dài

Bước 14: Ngắt kết nối 2 đầu của kẹp cá sấu của cảm biến điện thế khỏi cuộn 7 lớp và kết nối chúng với cuộn dây dài.

Bước 15: Lặp lại bước 10 đến 12. Nhấn vào biểu tượng bt5 rồi nhấn 4 lần vào cùng đồ thị mà xuất hiện cảm ứng từ.

Bảng 16: Phác lại đồ thị thu được vào tờ giấy trắng với chú thích là đồ thị cảm ứng từ với cuộn dây dài.

Bảng 1

Dịch chuyển

Dấu của điện thế

Cực Bắc của nam châm di chuyển vào đầu trên cuộn dây
Cực Bắc của nam châm di chuyển khỏi đầu trên của cuộn dây
Di chuyển cuộn dây khỏi cực Bắc của nam châm
Di chuyển cuộn dây đến cực Bắc của nam châm

5. Kết luận

Như vậy, các khảo sát trong thí nghiệm vừa rồi cho ta hiểu thêm về cường độ và dấu của dòng điện cảm ứng. Khảo sát 1 cho ta kết luận về dấu của dòng điện cảm ứng, khảo sát 2 và 3 cho ta biết cường độ của dòng điện cảm ứng.

Các câu hỏi thảo luận:

1. Dựa vào qui tắc bàn tay phải hãy rút ra chiều của dòng điện cảm ứng xuất hiện trong khảo sát 1.

2. So sánh 2 đồ thị phác họa thu được trong khảo sát 2 và 3 và đưa ra nhận xét về điểm giống và khác nhau trong 2 đồ thị này.

ĐỊNH LUẬT LEN-XƠ


SGK Vật lý 11 NC – Bài 38 – Trang 184

1. Mục tiêu

Khảo sát chiều của dòng điện cảm ứng

Hiểu sâu hơn về định luật Len-xơ

2. Chuẩn bị lý thuyết

 

Năm 1831, Fa-ra-đây đã chứng tỏ bằng thực nghiệm rằng từ trường có thể sinh ra dòng điện. Thực vậy, khi cho từ thông gửi qua một mạch kín thay đổi thì trong mạch xuất hiện một dòng điện. Dòng điện đó được gọi là dòng điện cảm ứng. Hiện tượng đó được gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ.

v10 sơ đồ thí nghiệm faraday

Như ta đã nói, khi có sự biến thiên của từ thông qua mặt giới hạn bởi một mạch kín thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng.

Định luật Len-xơ phát biểu rằng: Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường do nó sinh ra có tác dụng chống lại nguyên nhân đã sinh ra nó.

{{e}_{c}}=-\frac{\Delta \Phi }{\Delta t}

Trong đó: ec là suất điện động của mạch,   \Delta \Phi  là độ biến thiên từ thông, \Delta t là khoảng thời gian. Dấu trừ (-) biểu thị định luật Len-xơ.

3. Thí nghiệm với thiết bị Addestation

Dụng cụ

1 aMixer MGA, 1 cảm biến điện thế, 1 cuộn dây 7 lớp, 1 cán cầm (đã gắn 1 nam châm), 2 nam châm.

v11 cuộn 3 lớp và 7 lớp

Chú ý: Cán cầm có 6 dấu chấm trắng, khoảng cách giữa các 2 chấm trắng là 1.5 cm.

4. Tiến hành

I. Chuẩn bị và thiết lập thí nghiệm

Bước 1: Mở MGA, kết nối cảm biến điện thế vào CH 1 của MGA. Khi màn hình “Tự động lựa chọn cảm biến” xuất hiện, nhấn vào biểu tượng btk1 chọn “C.biến điện thế(EMF)” rồi nhấn “Chạy”.

Chú ý: Bảo đảm rằng công tắc của cảm biến điện thế được bật ở thang ±1V.

v1 1 lựa chọn thang đov1 1 công tắc

Bước 2:. Kết nối 2 đầu kẹp cá sấu của cảm biến điện thế với nhau. Nhấn nút bt0 trên MGA để bắt đầu thu thập dữ liệu. Sau đó nhấn nút bt00 để dừng thu thập dữ liệu.

Chú ý: Ta tiến hành bước này để làm cho 2 đầu cảm trở về giá trị không về mặt thực tế mặc dù màn hình MGA không hiện giá trị không.

Bước 3: Đảm bảo rằng không có ngoại lực tác dụng lên móc của cảm biến lực. Nhấn vào biểu tượng bt21 và sau đó nhấn vào ô vuông bên cạnh “CH 1” sau đó nhấn “Chạy”. Khi đó, giá trị lực đọc được trên MGA sẽ đặt về không.

v1 3 chuẩn cảm biến

Bước 4: Nhấn vào nút bt0 để xác nhận điện thế vừa đọc được đặt về không. Rồi nhấn nút bt00.

Bước 5: Nhấn vào biểu tượng bt3 và trong mục “Thời gian hiển thị”, chọn “5 giây”. Mục “Chế độ kiểm tra”, chọn “Dừng sau 5 giây” rồi nhấn “Chạy”.

v2 5 chọn thời gian và mẫu

Bước 6: Dùng kẹp cá sấu của cảm biến điện thế kẹp 2 đầu của cuộn dây 7 lớp. Gắn 2 nam châm vào đầu của cán cầm (như vậy sẽ có tổng cộng 3 nam châm ở đầu cán cầm).

v1 5 kẹp cảm biến vào cuộn dây

II. Thu thập dữ liệu

Bước 7: Giữ tay cầm với 3 nam châm sao cho cực Bắc ở đầu bên trên của cuộn dây.

v2 8 cực bắc gần đầu trên

Bước 8: Nhờ người bạn nhấn vào nút bt0 trên MGA để bắt đầu thu thập dữ liệu. Đẩy nam châm xuống dưới và dừng khi nó đến đầu kia của cuộn dây. Giữ nguyên đến khi quá trình thu thập dữ liệu tự động dừng lại.

Bước 9: Nhấn vào biểu tượng bt4 để mở rộng đồ thị và ghi chú về dấu (dương hoặc âm) của điện thế. Ghi lại vào Bảng 1.

Bước 10: Giữ tay cầm nam châm sao cho cực Bắc của nam châm ở đầu dưới của cuộn dây.

v2 10 cực bắc gần đầu dưới

Bước 11: Nhờ người bạn nhấn vào nút bt0 trên MGA để bắt đầu thu thập dữ liệu. Kéo nam châm lên trên và dừng khi nó đến đầu trên của cuộn dây. Giữ nguyên đến khi quá trình thu thập dữ liệu tự động dừng lại.

Bước 12: Lặp lại bước 9 và ghi lại giá trị dấu thu được vào Bảng 1.

Bước 13: Giữ tay cầm nam châm sao cho cực Nam của nam châm ở gần đầu dưới của cuộn dây.

v2 13 đầu dưới gần cực nam

Bước 14: Nhờ người bạn nhấn vào nút bt0 trên MGA để bắt đầu thu thập dữ liệu. Đẩy nam châm xuống dưới và dừng khi nó cách đầu dưới cuộn dây một khoảng cách phù hợp. Giữ nguyên đến khi quá trình thu thập dữ liệu tự động dừng lại.

Bước 15: Lặp lại bước 9 và ghi lại giá trị dấu thu được vào Bảng 1.

Bước 16: Giữ tay cầm nam châm sao cho cực Nam của nam châm ở bên dưới của đầu dưới của cuộn dây.

v2 16 cực nam dưới đầu dưới

Bước 17: Nhờ người bạn nhấn vào nút bt0 trên MGA để bắt đầu thu thập dữ liệu. Kéo nam châm lên trên và dừng khi nó cực Nam gần đầu dưới cuộn dây. Giữ nguyên đến khi quá trình thu thập dữ liệu tự động dừng lại.

Bước 18: Lặp lại bước 9 và ghi lại giá trị dấu thu được vào Bảng 1.

Bảng 1

Vị trí của nam châm

Dấu của điện thế

Cực Bắc gần đầu trên  
Cực Bắc gần đầu dưới  
Cực Nam gần đầu dưới  
Cực Nam dưới đầu dưới  

5. Kết luận

Như vậy, thí nghiệm trên cho ta hiểu rõ ràng hơn về chiều của điện thế cảm ứng. Từ đó suy ra mối quan hệ giữa chiều của dòng điện cảm ứng.

Các câu hỏi thảo luận:

1. Đưa ra kết luận về chiều của dòng điện cảm ứng trong các trường hợp thí nghiệm bên trên?

2. So sánh chiều của từ trường do dòng điện cảm ứng sinh ra và từ trường của nam châm?