Giải bài 46: Từ trường

A. Hoạt động khởi động

Đọc thông tin và trả lời câu hỏi

Thông tin: sgk trang 72

Câu hỏi:

Các em có biết nam châm không? Nếu biết thì hãy trình bày hiểu biết của mình về nam châm?

Nếu có hai thanh một là kim loại, một là nam châm được bọc kín. Làm thế nào để nhận biết được thanh nào là nam châm?

Tại sao loài chim di trú có thể bay một quãng đường rất xa từ cực Bắc đến cực Nam địa cầu mà không bị lạc trong mênh mông biển trời.

Trả lời:

Những hiểu biết về nam châm: Nam châm có thể hút sắt, một nam châm luôn có hai cực Bắc – Nam.

Để nhận biết thanh kim loại và thanh nam châm, ta đưa chúng vào vụn sắt, thanh nào hút các vụn sắt là thanh nam châm.

Loài chim di trú có thể đi được quãng được xa là không bị lạc vì chúng di chuyển nhờ từ trường của trái đất.

B. Hoạt động hình thành kiến thức

I. Từ tính của nam châm và tương tác giữa hai nam châm

1. Từ tính của nam châm

Có hai thanh, một là kim loại, một là nam châm được bọc kín. Làm thế nào để nhận biết được thanh nào là nam châm?

Hãy đề xuất phương án thí nghiệm để phát hiện xem thanh nào là nam châm.

Hãy tiến hành thí nghiệm để xác định thanh nam châm trong hai thanh kim loại bị bọc kín với các dụng cụ gồm: Thanh kim loại bọc kín, thanh nam châm bọc kín, một ít bội sắt trộn lẫn vụn gỗ, nhôm, đồng, nhựa, một giá thí nghiệm và sợi dây mảnh để treo thanh nam châm, ….

Hoàn thành kết luận sau: Thanh kim loại là nam châm nếu ….

Tiến hành thí nghiệm: sgk trang 73.

Hoàn thành kết luận: Khi ở trạng thái tự do, kim (hoặc thanh) nam châm luôn chỉ hướng $…$ Một cực của nam châm luôn chỉ về hướng $...$, cực còn lại luôn chỉ về hướng $...$

Trả lời:

Phương án thí nghiệm: Đưa cả hai thanh vào vụn sắt, thanh nào hút sắt là thanh nam châm.

Kết luận: Thanh kim loại là nam châm nếu nó có thể hút các kim loại khác như sắt, niken, coban, …

Khi ở trạng thái tự do, kim (hoặc thanh) nam châm luôn chỉ hướng Bắc – Nam. Một cực của nam châm luôn chỉ về hướng Bắc, cực còn lại luôn chỉ về hướng Nam.

2. Tương tác giữa hai thanh nam châm

Khi đưa các từ cực của hai nam châm lại gần nhau. Hãy dự đoán hiện tượng xảy ra và tiến hành thí nghiệm để rút ra kết luận.

Đổi đầu của một trong hai nam châm rồi đưa lại gần nhau. Hãy dự đoán hiện tượng sảy ra rồi kết luận.

Hoành thành kết luận: Khi đặt hai thanh nam châm gần nhau, các cực từ cùng tên thì $...$, các cực từ khác tên thì $...$. Tương tác giữa các nam châm gọi là tương tác từ. Lực tác dụng của nam châm này lê nam châm kia gọi là lực từ.

Trả lời

• Khi đưa hai cực của nam châm lại gần nhau, nếu hai cực cùng tên thì chúng đẩy nhau, nếu hai cực của nam châm khác tên thì chúng hút nhau.
• Kết luận: Khi đặt hai thanh nam châm gần nhau, các cực từ cùng tên thì đẩy nhau, các cực từ khác tên thì hút nhau. Tương tác giữa các nam châm gọi là tương tác từ. Lực tác dụng của nam châm này lê nam châm kia gọi là lực từ.

II. Tác dụng từ của dòng điện – Từ trường

Bố trí thí nghiệm như hình 46.2 trong sách giáo khoa và trả lời câu hỏi:

Khi khóa K mở, cuộn dây này có tác dụng lực từ không? Vì sao?

Nếu đóng khóa K cho dòng điện chạy qua cuộn dây thì cuộn dây có tác dụng lực từ hay không? Vì sao? Hãy tiến hành thí nghiệm để kiểm tra dự đoán của mình.

Từ kết quả thí nghiệm, hãy hoàn thành kết luận sau:

Cuộn dây có dòng điện chạy qua hút sắt và có tác dụng từ lên kim $....$ giống như tác dụng của nam châm lên kim nam châm. Cuộn dây khi có dòng điện chạy qua trở thành $....$

Trả lời:

• Khi khóa K mở, cuộn dây không có tác dụng từ vì không làm kim nam châm lệch khỏi phương Bắc – Nam.
• Khi K đóng, cuộn dây có tác dụng từ vì làm lệch kim nam châm khỏi phương Bắc – Nam.
• Kết luận: Cuộn dây có dòng điện chạy qua hút sắt và có tác dụng từ lên kim nam châm giống như tác dụng của nam châm lên kim nam châm. Cuộn dây khi có dòng điện chạy qua trở thành một nam châm.

2. Tác dụng từ của dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua

Nếu dòng điện chạy qua dây dẫn thẳng hoặc dây dẫn có hình dạng bất kì thì nó có tác dụng từ lên kim nam châm hay không?

Thí nghiệm: sgk trang 74

Trả lời câu hỏi: Lúc đã nằm cân bằng, kim nam chân có còn song song với dây dân nữa hay không? Tại sao?

Hoàn thành kết luận: Nhiều thí nghiệm khác cũng đã chứng tỏ rằng không  chỉ dòng điện qua dây dẫn thằng mà dòng điện qua dây dẫn có hình dạng bất kì đều $....$ lên kim nam châm đặt gần nó.

Trả lời:

• Nếu dòng điện chạy qua dây dẫn thẳng hoặc dây dẫn có hình dạng bất kì thì nó có tác dụng từ lên kim nam châm.
• Lúc đã nằm cân bằng, kim nam châm vẫn song song với dây dẫn. Vì dây dẫn có tác dụng lực từ lê kim nam châm.
• Nhiều thí nghiệm khác cũng đã chứng tỏ rằng không chỉ dòng điện qua dây dẫn thằng mà dòng điện qua dây dẫn có hình dạng bất kì đều tác dụng lực lên kim nam châm đặt gần nó.

3. Từ trường

Thí nghiệm: sgk trang 75

Hoàn thành các kết luận:

• Tại mọi vị trí xung quanh dòng điện, xung quanh nam châm đều chịu $...$. Như vậy, không gian xung quanh nam châm, xung quanh dòng điện có khả năng $....$ lên kim nam châm đặt trong nó. Ta nói không gian có từ trường.
• Tại mỗi vị trí nhất định trong từ trường của $....$ hoặc của $....$, kim nam châm đều chỉ $...$ xác định.

Trả lời:

• Tại mọi vị trí xung quanh dòng điện, xung quanh nam châm đều chịu tác dụng từ. Như vậy, 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 có từ trường.
• Tại mỗi vị trí nhất định trong từ trường của kim nam châm hoặc của dòng điện, kim nam châm đều chỉ hướng xác định.

III. Từ phổ - Đường sức từ

1. Từ phổ

Làm thế nào để nhận biết được trong một không gian nào đó có từ trường hay không?

Thí nghiệm: sgk trang 75

Hoàn thành kết luận:

• Hình ảnh các đường mạt sắt xung quanh nam châm được gọi là từ phổ.
• Từ phổ cho ta hình ảnh trực quan về từ trường.
• Các mạt sắt được sắp xếp thành những đường $...$ đi từ $...$ đến $...$ của nam châm. Mật độ các đường mạt sắt ở xa nam châm thì $...$, ở gần nam chậm thì $....$
• Nơi nào từ trường mạnh thì mạt sắt $...$, từ trường yếu thì mạt sắt $...$

Trả lời:

• Các mạt sắt được sắp xếp thành những đường cong khép kín đi từ cực Nam đến cực Bắc của nam châm. Mật độ các đường mạt sắt ở càng xa nam châm thì càng thưa, ở càng gần nam châm thì càng dày.
• Nơi nào từ trường mạnh thì mạt sắt nhiều, từ trường yếu thì mạt sắt ít.

2. Đường sức từ

• Dựa vào các đường mạt sắt, hãy dùng bút chì tô dọc theo các đường mạt sắt nối từ cực nọ sang cực kia của nam châm trên tấm nhựa, hãy vẽ một vài đường sức từ của nam châm ngay trên tấm nhựa.
• Đặt các kim nam châm nhỏ nối tiếp nhau trên 1 trong các đường sức từ vừa vẽ. Hãy nhận xét về sự sắp xếp của các kim nam châm nằm dọc theo một đường sức từ.
• Dựa vào sự định hướng của nam châm, vẽ mũi tên chỉ chiều của các đường sức.
• Dựa vào kết quả thí nghiệm, hãy hoàn thành kết luận sau: Các $...$ nối đuôi nhau dọc theo một đường $...$. Cực Nam của kim nam châm này nối cực $...$ của kim nam châm kia.

Quy ước: sgk trang 76

• Hãy dùng mũi tên đáng dấu chiều của các đường sức từ vừa vẽ được và hoàn thành kết luận dưới đây:
• Mỗi đường sức có $...$ xác định.
• Bên ngoài nam châm, trường sức có chiều đi ra từ cực $...$ và đi vào từ cực $...$ của nam châm.
• Nơi nào từ trường $...$ thì đường sức thưa, nơi nào từ trường $...$ thì đường sức dày.

Trả lời: 

• Các kim nam châm nối đuôi nhau dọc theo một đường sức từ. Cực Nam của kim nam châm này nối cực Bắc của kim nam châm kia.
• Mỗi đường sức có hướng xác định.
• Bên ngoài nam châm, đường sức có chiều đi ra từ cực Bắc và đi vào từ cực Nam của nam châm.
• Nơi nào từ trường yếu thì đường sức thưa, nơi nào từ trường mạnh thì đường sức dày.

IV. Từ trường của ống dây có dòng điện chạy qua

Sơ đồ thí nghiệm: sgk trang 76

Thí nghiệm: sgk trang 76

• Quan sát hình ảnh sắp xếp của mạt sắt vừa được tạo thành trên tấm nhựa và trả lời câu hỏi: Các mạt sắt bên ngoài và bên trong ống dây được sắp xếp như nào?
• Hãy so sánh hình ảnh từ phổ của ống dây có dòng điện chạy qua với hình ảnh từ phổ của thanh nam châm.

Hoàn thành các kết luận sau:

• Nơi nào mạt sắt dày thì từ trường $...$ Nơi nào mạt sắt thưa thì từ trường $...$
• Từ phổ bên trong ống dây có dạng $...$ Từ phổ bên ngoài ống dây có dạng $...$ giống như từ phổ của $...$
• Dựa vào các đường mạt sắt, hãy vẽ một vài đường sức từ của ống dây ngay trên tấm nhựa và nhận xét hình dạng các đường sức từ vừa vẽ được.
• Hãy vẽ mũi tên chỉ chiều đường sức từ. Hãy nhận xét về chiều đường sức từ ở hai đầu ống dây so với chiều đường sức từ ở hai cực của nam châm.
• Đổi chiều dòng điện chạy qua ống dây. Đặt một vài kim nam châm nối tiếp nhau trên một trong các đường sức từ vừa vẽ được, vẽ mũi tên chỉ chiều đường sức từ. So sánh với chiều đường sức từ trước khi đổi chiều dòng điện qua ống dây. Từ đó em nhận xét xem chiều của đường sức từ của ống dây có dòng điện chạy qua phụ thuộc vào yếu tố nào?

Trả lời

• Sự sắp xếp các mạt sắt bên ngoài và bên trong ống dây và so sánh với từ phổ của nam châm:
• Giống nhau : Phần từ phổ ở bên ngoài ống dây có dòng điện chạy qua và bên ngoài nam châm giống nhau.
• Khác nhau : Trong lòng ống dây, các đường mạt sắt sắp xếp gần như song song với nhau.

Kết luận:

• Nơi nào mạt sắt dày thì từ trường mạnh. Nơi nào mạt sắt thưa thì từ trường yếu.
• Từ phổ bên trong ống dây có dạng các đường thẳng gần như song song với nhau. Từ phổ bên ngoài ống dây có dạng đường cong khép kín giống như từ phổ của thanh nam châm.
• Chiều đường sức từ ở hai đầu ống dây: Giống như nam châm, tại hai đầu ống dây, các đường sức từ cùng đi vào một đầu và đi ra ở đầu kia.
• Chiều đường sức từ của ống dây phụ thuộc vào chiều của dòng điện chạy qua các vòng dây.

V. Quy tắc nắm tay phải

Đọc thông tin: sgk trang 77

Xác định tên của các từ cực của ống dây: sgk trang 77

Vận dụng quy tắc nắm tay phải để xác định tên các từ cực của ống dây.

Có hiện tượng gì xảy ra với thanh nam châm.

Đổi chiều dòng điện chạy qua ống dây, hiện tượng sẽ xảy ra như nào?

Tiến hành thí nghiệm để kiểm tra.