Giáo án Bài 19. Từ trường

Huy động kinh nghiệm về la bàn và tạo tình huống để HS nhận ra có “một thứ gì đó” quanh nam châm làm kim quay, từ đó xác định vấn đề cần tìm hiểu.

HS quan sát mô phỏng trong trang bài học NeoEdu: lúc đầu chưa có nam châm, các kim la bàn đều chỉ hướng Bắc. Sau đó GV đặt nam châm thẳng vào bảng và HS quan sát sự thay đổi hướng của các kim.
Câu hỏi GV đặt ra: (1) Vì sao khi chưa có nam châm, các kim đều chỉ cùng một hướng? (2) Khi đặt nam châm vào, các kim quay theo nhiều hướng khác nhau. Điều gì đã tác động lên các kim? (3) Tác động đó có ở mọi vị trí quanh nam châm không?

HS nêu được vấn đề: quanh nam châm có một “vùng” làm kim la bàn quay theo nhiều hướng, và vùng đó chính là điều cần tìm hiểu. HS ghi vào vở câu hỏi định hướng bài học: Vùng đó là gì? Có thể mô tả hướng của nó bằng cách nào? Kim la bàn có thể dùng để làm gì?

Nêu được khái niệm từ trường là vùng có thể gây lực từ lên kim nam châm thử; nhận biết qua thí nghiệm mô phỏng rằng từ trường tồn tại quanh nam châm và quanh dây có dòng điện.

Nhóm 4 HS (kĩ thuật khăn trải bàn: mỗi HS ghi ý kiến cá nhân ở ô của mình, sau đó thống nhất ý kiến nhóm ở giữa bàn).
Nhiệm vụ 1: Quan sát mô phỏng với nam châm thẳng: đặt la bàn nhỏ ở nhiều vị trí quanh nam châm. Nhận xét hướng kim.
Nhiệm vụ 2: Rắc mạt sắt, gõ nhẹ, quan sát hình dạng mạt sắt xếp thành từ phổ.
Nhiệm vụ 3: Thay nam châm bằng dây có dòng điện, quan sát kim la bàn và mạt sắt.
Câu hỏi GV: Ở vị trí nào có lực từ tác dụng lên kim? Vì sao mạt sắt xếp thành đường cong? Tại sao kim lệch khi có dòng điện?

HS rút ra kết luận: Từ trường là vùng có thể gây lực từ lên kim nam châm thử. Từ trường tồn tại quanh nam châm và quanh dây dẫn có dòng điện. Ở những vị trí gần nam châm, kim la bàn quay mạnh; xa nam châm, kim quay ít hơn. Mạt sắt xếp thành từ phổ quanh nam châm và thành vòng tròn quanh dây có dòng điện, chứng tỏ có từ trường ở các vùng đó.

Nêu được đường sức từ có hướng ở ngoài nam châm đi từ cực Bắc tới cực Nam theo quy ước; phân biệt được đường sức là mô hình biểu diễn, không phải sợi vật chất có thể lấy ra.

Hoạt động theo cặp đôi kết hợp mô phỏng.
Nhiệm vụ: Đặt la bàn nhỏ cạnh cực N của nam châm trên mô phỏng, dịch chuyển theo hướng đầu kim để vẽ một đường sức. Lặp lại với nhiều điểm xuất phát khác nhau.
Câu hỏi GV: (1) Đường sức đi theo chiều nào ở ngoài nam châm? (2) Đường sức có phải là một sợi dây thật không? Vì sao? (3) Vì sao có thể vẽ được nhiều đường sức quanh một nam châm?

HS nêu được: Đường sức từ có hướng ở ngoài nam châm đi từ cực Bắc tới cực Nam theo quy ước (trên mô phỏng là đi ra từ cực N, vào cực S). Đường sức là mô hình biểu diễn hướng của từ trường, không phải sợi dây thật nối hai cực nam châm. Có thể vẽ nhiều đường sức vì ở mỗi điểm quanh nam châm đều có từ trường với một hướng xác định.

Nêu được la bàn là dụng cụ có kim định hướng gần Bắc–Nam khi không có nhiễu từ mạnh; giải thích được vì sao kim la bàn có thể lệch khi gần dây dẫn có dòng điện hoặc vật liệu từ.

Hoạt động trạm (2 trạm, mỗi nhóm luân phiên).
Trạm 1 (mô phỏng): Đặt la bàn trong mô phỏng khi không có nam châm; khi có nam châm đặt gần; khi có dây có dòng điện đặt gần. Ghi nhận hướng kim trong từng trường hợp.
Trạm 2 (thảo luận, Phiếu học tập số 2): Đọc tình huống “Đặt la bàn gần dây dẫn có dòng điện, kim lệch. Có thể kết luận điều gì?” và trả lời các câu hỏi gợi ý trong phiếu.
Câu hỏi GV: Kim la bàn lệch có chứng tỏ gì? Muốn xác định nguyên nhân cần làm gì?

HS nêu được: La bàn là dụng cụ có kim định hướng gần Bắc–Nam khi không có nhiễu từ mạnh. Khi đặt gần dây dẫn có dòng điện, kim lệch vì dòng điện tạo từ trường tác dụng lên kim. Để không nhầm nguyên nhân, cần kiểm tra khi ngắt dòng điện và tránh đặt nam châm khác gần la bàn.

Củng cố khái niệm từ trường, đường sức từ, la bàn; phân biệt được mô hình đường sức với vật thật; vận dụng kiến thức để chọn đáp án đúng.

HS làm việc cá nhân 5 phút, sau đó đổi chéo đáp án với bạn cùng bàn và thảo luận 5 phút. Nội dung gồm các bài tập 1–5 của bài học.
Bài 1: Trong bài này, từ trường có đặc điểm nào? A. chỉ tồn tại bên trong sắt; B. vùng có thể gây lực từ lên kim nam châm thử; C. chỉ là các đường mực vẽ trên giấy.
Bài 2: Trong bài này, đường sức có đặc điểm nào? A. đi từ Nam tới Bắc ở ngoài trong mọi hình; B. là sợi vật chất nhìn thấy thật; C. hướng ở ngoài nam châm đi từ cực Bắc tới cực Nam theo quy ước.
Bài 3: Ghép khái niệm với đặc điểm tương ứng: Từ trường; Đường sức; La bàn; (a) vùng có thể gây lực từ lên kim nam châm thử; (b) hướng ở ngoài nam châm đi từ cực Bắc tới cực Nam theo quy ước; (c) kim định hướng gần Bắc–Nam khi không có nhiễu từ mạnh.
Bài 4: Đường sức từ là sợi dây thật nối hai cực nam châm. Nhận định đúng hay sai?
Bài 5: Chọn thuật ngữ phù hợp: “kim định hướng gần Bắc–Nam khi không có nhiễu từ mạnh” mô tả {{1}}.

Đáp án:

• Bài 1: B. Từ trường là vùng có thể gây lực từ lên kim nam châm thử. Đường sức là mô hình biểu diễn hướng từ trường, không phải sợi vật chất có thể lấy ra.
• Bài 2: C. Đường sức hướng ở ngoài nam châm đi từ cực Bắc tới cực Nam theo quy ước; đường sức không phải sợi vật chất có thể lấy ra.
• Bài 3: Từ trường – (a); Đường sức – (b); La bàn – (c).
• Bài 4: Sai. Đường sức là mô hình biểu diễn hướng từ trường, không phải sợi vật chất có thể lấy ra.
• Bài 5: La bàn (cần phân biệt với từ trường và đường sức).

Vận dụng kiến thức về từ trường và nhiễu từ để giải thích tình huống thực tế; đề xuất cách kiểm tra và hạn chế khi sử dụng la bàn.

Cá nhân hoàn thành Phiếu học tập số 2 (phần B), sau đó chia sẻ theo nhóm 4 (kĩ thuật mảnh ghép hoặc chia sẻ nhanh).
Tình huống 1: Đặt la bàn gần dây dẫn có dòng điện, kim lệch. Có thể kết luận điều gì? Cần kiểm tra gì để xác nhận?
Tình huống 2: Vì sao la bàn gần cột sắt lớn có thể chỉ sai? Khi sử dụng la bàn ở nơi có vật liệu từ hoặc dây điện, em nên làm gì?
Tình huống 3: Một bạn khẳng định: “Đường sức từ là sợi dây thật nối hai cực nam châm.” Hãy bác bỏ bằng một lí do khoa học, chỉ ra một hệ quả của cách hiểu sai và viết lại kết luận đúng.

Tình huống 1: Dòng điện tạo từ trường tác dụng lên kim la bàn nên kim lệch. Cần ngắt dòng điện và xem kim có trở về hướng cũ không; tránh đặt nam châm khác gần la bàn để không nhầm nguyên nhân.
Tình huống 2: Vật liệu từ (như sắt lớn) hoặc dòng điện gần đó làm thay đổi từ trường địa phương nên kim có thể chỉ sai. Khi sử dụng, nên di chuyển ra xa nguồn gây nhiễu và đối chiếu kết quả; không coi kim luôn chỉ Bắc địa lí chính xác.
Tình huống 3: Lí do: đường sức là mô hình biểu diễn hướng từ trường, không phải sợi vật chất có thể lấy ra. Hệ quả: người nhầm hình vẽ với vật thật sẽ dự đoán sai từ trường giữa các nét vẽ. Phát biểu đúng: Đường sức từ là đường biểu diễn hướng từ trường, có chiều từ cực Bắc tới cực Nam ở ngoài nam châm.