Giải KHTN 9 Bài 14 (Kết nối tri thức): Cảm ứng điện từ. Nguyên tắc tạo ra dòng diện xoay chiều

Giải KHTN 9 Bài 14: Cảm ứng điện từ. Nguyên tắc tạo ra dòng diện xoay chiều

Mở đầu trang 67 Bài 14 KHTN 9: Chúng ta đã biết ở lớp 7, dòng điện chạy qua cuộn dây quấn quanh lõi thép thì sinh ra từ trường. Vậy, từ trường có thể sinh ra dòng điện không?

Trả lời:

Từ trường có thể sinh ra dòng điện.

Hoạt động trang 67 KHTN 9: Thí nghiệm 1: Thí nghiệm về dòng điện cảm ứng dùng thanh nam châm vĩnh cửu

Chuẩn bị: Thanh nam châm vĩnh cửu; cuộn dây dẫn; điện kế và các dây nối.

Tiến hành:

- Nối hai đầu cuộn dây dẫn với điện kế.

- Quan sát sự thay đổi của kim điện kế khi đưa cực Bắc của thanh nam châm vĩnh cửu lại gần hoặc ra xa cuộn dây dẫn (Hình 14.1a và Hình 14.1b).

Trả lời câu hỏi sau: Sự thay đổi của kim điện kế chứng tỏ điều gì?

Trả lời:

Sự thay đổi của kim điện kế chứng tỏ có dòng điên chạy trong mạch điện.

Câu hỏi trang 68 KHTN 9:

1. Quan sát Hình 14.2 và cho biết số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn biến thiên như thế nào (tăng hay giảm) khi đưa cực Bắc của nam châm lại gần cuộn dây dẫn theo phương vuông góc với tiết diện của cuộn dây.

2. Trong trường hợp thí nghiệm như Hình 14.1b thì số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn biến thiên như thế nào?

Trả lời:

1. Số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn tăng khi đưa cực Bắc của nam châm lại gần cuộn dây dẫn theo phương vuông góc với tiết diện của cuộn dây.

2. Trong trường hợp thí nghiệm như Hình 14.1b thì số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn giảm.

Hoạt động trang 68 KHTN 9: Thí nghiệm 2: Thí nghiệm về dòng điện cảm ứng dùng nam châm điện

Chuẩn bị: Cuộn dây dẫn (1); nam châm điện (2); nguồn điện (3); điện kế (4); công tắc (5) và các dây nối.

Tiến hành:

- Lắp mạch điện như Hình 14.3.

- Quan sát kim điện kế khi đóng, mở công tắc.

Trả lời câu hỏi và thực hiện yêu cầu sau:

1. Khi đóng hoặc mở công tắc thì số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây dẫn biến thiên như thế nào?

2. Từ hai thí nghiệm dùng thanh nam châm vĩnh cửu dịch chuyển và nam châm điện ở trên, hãy nêu giả thuyết về nguyên nhân xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây.

Trả lời:

1. Khi đóng công tắc, cường độ dòng điện tăng từ không đến giá trị khác không, từ trường của nam châm điện mạnh lên thì số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây cũng tăng lên.

Khi mở công tắc, cường độ dòng điện giảm về không, từ trường của nam châm điện giảm theo nên số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây dẫn sẽ giảm đi.

2. Giả thuyết về nguyên nhân xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây: Khi số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây biến thiên (tăng hay giảm) thì xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây.

Hoạt động trang 68 KHTN 9:

1. Đề xuất một số cách làm biến thiên số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây dẫn.

2. Đề xuất một số phương án thí nghiệm làm xuất hiện dòng điện cảm ứng.

Trả lời:

1. Một số cách làm biến thiên số đường sức từ qua tiết diện cuộn dây dẫn:

+ Có thể đưa thanh nam châm lại gần hoặc ra xa cuộn dây.

+ Cho thanh nam châm quay quanh trục cố định trước cuộn dây.

+ Thay đổi tiết diện cuộn dây.

+ Thay đổi số vòng của cuộn dây.

2. Đề xuất một số phương án thí nghiệm làm xuất hiện dòng điện cảm ứng:

Bố trí thí nghiệm như hình: Mắc cuộn dây dẫn kín có hai đèn LED đỏ và vàng mắc song song, ngược cực, thanh nam châm vĩnh cửu có trục quay ở giữa. Khi thanh nam châm vĩnh cữu quay quanh trục của nó thì trong ống dây xuất hiện dòng điện cảm ứng, hai đèn LED sáng/tối và liên tục.

Hoạt động trang 69 KHTN 9: Thí nghiệm 3: Thí nghiệm về dòng điện cảm ứng dùng nam châm quay

Chuẩn bị: Cuộn dây dẫn kín có hai đèn LED đỏ và vàng mắc song song, ngược cực (1); thanh nam châm vĩnh cửu có trục quay ở giữa (2).

Tiến hành:

- Bố trí thí nghiệm như Hình 14.4.

- Quan sát sự sáng của hai đèn LED khi quay nam châm.

Thực hiện yêu cầu và trả lời câu hỏi sau:

1. Mô tả sự sáng của hai đèn LED khi nam châm quay.

2. Khi cực nam châm quay lại gần hoặc ra xa cuộn dây dẫn thì số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây dẫn biến thiên như thế nào?

3. Chứng tỏ khi nam châm quay, dòng điện xuất hiện trong cuộn dây dẫn gắn hai đèn LED có mối liên hệ với sự biến thiên của số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn.

Trả lời:

1. Hai bóng đèn thay phiên nhau sáng lên.

2. Khi cực nam châm quay lại gần cuộn dây dẫn thì số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây dẫn tăng lên.

Khi cực nam châm quay ra xa cuộn dây dẫn thì số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây dẫn giảm đi.

3. Khi làm châm quay, có lúc cực nam châm lại gần cuộn dây làm số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây dẫn tăng lên, có lúc cực nam châm ra xa cuộn dây dẫn thì số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây dẫn giảm đi. Nam châm cứ quay như vậy, thì số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn liên tục biến thiên (tăng giảm luân phiên) làm xuất hiện dòng điện trong cuộn dây dẫn gắn hai đèn LED có chiều ngược nhau, sinh ra hiện tượng hai bóng đèn thay phiên nhau sáng lên.

Hoạt động trang 69 KHTN 9: Thí nghiệm 4: Thí nghiệm về dòng điện cảm ứng bằng cách thay đổi tiết diện của cuộn dây

Chuẩn bị: Một cuộn dây dẫn mềm có tiết diện dễ dàng thay đổi khi bị bóp mạnh (1); thanh nam châm vĩnh cửu (2); điện kế (3); kẹp giữ (4) và các dây nối.

Tiến hành

- Bố trí thí nghiệm như Hình 14.6.

- Bóp mạnh cuộn dây dẫn, quan sát kim điện kế khi cuộn dây dẫn bị giảm tiết diện.

Trả lời câu hỏi và thực hiện yêu cầu sau:

1. Khi tiết diện của cuộn dây giảm thì số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây dẫn biến thiên như thế nào?

2. Từ kết quả thí nghiệm, chứng tỏ số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây dẫn biến thiên thì trong cuộn dây dẫn xuất hiện dòng điện cảm ứng.

Trả lời:

1. Khi tiết diện của cuộn dây giảm thì số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây dẫn giảm.

2. Khi tiết diện của cuộn dây giảm thì số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây dẫn giảm nên xuất hiện dòng điện cảm ứng trong mạch.

Câu hỏi trang 69 KHTN 9:

1. Khi làm biến thiên số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn, thí nghiệm 3 và 4 đã chứng tỏ điều gì?

2. Nêu điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dẫn kín.

Trả lời:

1. Khi làm biến thiên số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn, thí nghiệm 3 và 4 đã chứng tỏ xuất hiện dòng điện chạy trong mạch.

2. Dòng điện cảm ứng xuất hiện trong cuộn dây dẫn kín khi có sự biến thiên số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn đó.

Câu hỏi trang 70 KHTN 9: Dòng điện xoay chiều có đặc điểm gì?

Trả lời:

Dòng điện xoay chiều có cường độ và chiều luân phiên thay đổi theo thời gian.

Hoạt động trang 70 KHTN 9: Thí nghiệm tạo dòng điện xoay chiều

Chuẩn bị: Bộ thí nghiệm mô hình máy phát điện xoay chiều có hai đèn LED như Hình 14.8.

Tiến hành: Quan sát sự thay đổi sáng, tối luân phiên của hai đèn LED khi quay chậm và quay nhanh cuộn dây dẫn trong từ trường.

Trả lời các câu hỏi và thực hiện các yêu cầu sau:

1. Khi quay chậm cuộn dây dẫn thì hai đèn LED thay đổi sáng, tối luân phiên như thế nào? Khi quay nhanh cuộn dây dẫn, có phân biệt được sự thay đổi này không?

2. Số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây dẫn biến thiên (tăng giảm luân phiên) theo thời gian như thế nào?

3. Dòng điện xuất hiện trong cuộn dây dẫn đi qua đèn LED có đặc điểm gì?

4. Nêu nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều.

Trả lời:

1.

- Khi quay chậm cuộn dây thì sự biến thiên của đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây cũng diễn ra chậm do đó dòng điện cảm ứng trong cuộn dây cũng biến thiên chậm và sự biến thiên này tạo ra sự sáng tối luân phiên nhau của hai đèn LED (một đèn LED sáng, đèn LED còn lại tối và ngược lại).

- Khi quay nhanh, sự biến thiên của số đường sức từ diễn ra nhanh hơn. Do đó dòng điện cảm ứng tạo ra trong cuộn dây cũng biến thiên nhanh và làm cho sự sáng/tối của hai đèn khó phân biệt được.

2. Thời gian càng dài, từ trường tăng dần theo thời gian thì số đường sức từ xuyên qua tiết diện cuộn dây dẫn càng tăng và ngược lại, thời gian càng ít, từ trường giảm dần thì số đường sức xuyên qua tiết diện cuộn dây giảm.

3. Dòng điện xuất hiện trong cuộn dây dẫn đi qua đèn LED có đặc điểm là thay đổi chiều liên tục.

4. Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều là dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ: Khi số đường sức từ qua tiết diện của cuộn dây dẫn kín biến thiên (tăng, giảm luân phiên) theo thời gian, trong cuộn dây xuất hiện dòng điện xoay chiều.

Câu hỏi trang 71 KHTN 9: Hình 14.9 minh họa trường hợp khung dây quay trong từ trường đều để tạo ra dòng điện xoay chiều. Vành khuyên là vòng tròn bằng đồng, chổi quét là lá đồng.

Quan sát Hình 14.9 và cho biết cách dẫn dòng điện xoay chiều xuất hiện trong khung dây quay trong từ trường đều ra mạch ngoài như thế nào?

Trả lời:

Khi khung dây dẫn quay trong từ trường, dòng điện cảm ứng sẽ xuất hiện trong khung dây. Dòng điện này sẽ đi qua chổi quét và vành khuyên, tạo thành mạch kín. Do đó, dòng điện sẽ được dẫn ra mạch ngoài.

Em có thể trang 71 KHTN 9: Nêu được tên các thiết bị sử dụng dòng điện xoay chiều trong đời sống như máy giặt, tủ lạnh, bếp điện, bếp từ, …

Trả lời:

Thiết bị sử dụng dòng điện xoay chiều trong đời sống như ti vi, quạt điện, lò vi sóng, …

Em có thể trang 71 KHTN 9: Giải thích được cách tạo ra dòng điện xoay chiều trong cuộn dây dẫn kín.

Trả lời:

Để tạo ra dòng điện xoay chiều trong cuộn dây dẫn kín ta cần làm số đường sức từ xuyên qua tiết diện của cuộn dây dẫn biến thiên (tăng giảm luân phiên) theo thời gian thì trong cuộn dây dẫn đó sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng luân phiên đổi chiều gọi là dòng điện xoay chiều.