CHƯƠNG I: ĐIỆN TÍCH - ĐIỆN TRƯỜNG pot

“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein) 19 CHƯƠNG I: ĐI ỆN TÍCH - ĐI ỆN TR ƯỜNG I. M ỤC TIÊU - Hi ểu sâu sắc những k i ến thức Vật lí đư ợc trình bày trong chương theo tinh th ần của v ật lí h ọc phổ thông - Có đư ợc những kỹ n ăng về thi ết kế bài dạy và tổ chức dạy học theo tinh th ần đổi m ới hi ện nay . II. GIỚI THIỆU CHUNG Đây là chương đ ầu tiên đ ề cập đến kiến thức và kỹ năng thiết kế bài dạy học cũng như t ổ chức dạy học theo tinh thần đổi mới hiện nay. Ở chương này, HV có đi ều kiện tìm hi ểu , phân tích và làm sâu s ắc thêm những kiến thức vật lí ph ổ thông đượ c trình bày trong sách giáo khoa (Đi ện tích và Điện trường ). Công vi ệc rất quan trọng là học viên thiết kế các bài dạy học cụ thể trong chương, cùng nhau th ảo luận, trao đổi để tìm được phương án thiết kế bài d ạy học tối ưu nh ất. Th ời gian cho chương này là 4 ti ết III. TÀI LIỆU VÀ THIẾT BỊ Sách V ật lí 11, Sách giáo viên V ật lí 11, Tài li ệu bồi d ưỡng thay sách giáo khoa Vật lí 11, Ph ụ lục 3 IV. HO ẠT ĐỘNG Ho ạt động 1: Phân tích ki ến thức có trong ch ương  Nhi ệm vụ: - GgV gi ới thiệu cấu trúc Phụ lục 3a - HV làm vi ệc theo nhóm bằng cách đọc tài liệu có trong phần phụ lục và thảo luận  Thông tin cho ho ạt động: Ph ụ lục 3 a Hoạtđộng 2: Thiết kế bài dạy học  Nhi ệm vụ: - GgV gi ới thiệu một ph ương án cụ thể về thiết kế bài dạy học trong chương đư ợc trình bày trong Ph ụ lục 3b. - M ỗi nhóm HV chọn một bài bất kỳ trong chương rồi cùng nhau thiết kế  Thông tin cho ho ạt động: - Sách V ật lí 11, Sách giáo viên V ật lí 11, Ph ụ lục 3b Ho ạt động 3: Các nhóm trình bày b ản thiết kế của nhóm mình  Nhi ệm vụ : - M ỗi nhóm cử đại diện lên trình bày bản thiết kế của nhóm mình - Các nhóm khác góp ý, b ổ sung  Thông tin cho ho ạt động: - B ản thiết kế có được từ các nhóm V. ĐÁNH GIÁ “ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein) 20 - GgV đánh giá tinh th ần và thái độ làm việc của các nhóm cũng như sản phẩm mà các nhóm có đư ợc. - Thông tin ph ản hồi của đánh giá môđun: Ý ki ến thảo luận và các bản thiết kế bài d ạy học. V. PH Ụ LỤC 3a: 3.1. Khái ni ệm điện tích (electric charge) T ừ thời cổ đại, con người đã biết đến điện ma sát . Nhi ều nhà lịch sử đó ch ỉ rằng nhà triết h ọc Hy lạp Thalet lần đầu tiên mô tả hiện tựợng khi c ọ xát hổ phách (amber) (hình bên) vào mi ếng dạ th ì nó có th ể hút các v ật nhẹ mà không cần phải tiếp xúc với các vật ấy (The word "electricity" is based on the Greek name for amber: "elektron."). Không ph ải chỉ có hổ phách m ới có tính chất như vậy. Nếu cọ xát một cái lược thông thường (hình dư ới) r ồi đưa lại gần những mẫu giấy nhỏ thì những mẫu giấy đó cũng bị hút. Năm 1600, m ột bác sĩ ng ười Anh U. Gi lbert đ ặt c ơ s ở cho việc nghiên cứu các hiện tượng tĩ nh đi ện. Ông nhận thấy sự khác nhau giữa các tác d ụng điện và từ và đưa ra thuật ngữ đi ện. Gi lbert đó g ọi lực hút của vật đó b ị cọ xát là điện lực. Sau đó, Benjamin Franklin đưa ra khái ni ệm điện tích dương và điện tích âm. Franklin gọi đi ện tích ở thanh t h ủy tinh (glass rod) c ọ xát với lụa (silk) là đi ện tích dương (+). Hơn m ột thế kỉ sau những thí nghi ệm của Gilbert, tri thức về điện không tiến thêm một bước nào. Khả năng th ực nghiệm ở thế kỉ XVII mới chỉ cho phép tạo ra những điện tích r ất nhỏ tồn tại t rong nh ững thời gian rất ngắn, và những vật tích điện chỉ có kh ả năng hút những vật rất nhỏ như giấy vụn, lông chim Đầu thế kỉ XVIII, điện ma sát lại được nhiều người quan tâm, vì đ ã có nh ững dụng cụ cho phép tạo ra điện ma sát khá mạnh, đủ để phóng ra tia đi ện và làm cho cơ bắp người co giật. Đ ến gi ữa thế kỉ XVIII, b ằng những thí nghiệm nổi tiếng của mình, Benjamin Franklin ch ứng minh được rằng “điện thiên nhiên” phóng ra từ những đám mây (tia chớp, sét) và “điện nhân tạo” sinh ra bằng ma sát có cùng mộ t bản chất và hiện tượng như nhau. Nh ững hiện t ượng đó là biểu hiện của một lượng lớn điện tích được chứa trong các v ật. V ật chứa điện tích hay vật tích điện, vật mang điện đều gọi là vật nhiễm điện. Thu ật ngữ điện tích được dùng để chỉ một vật mang điện, m ột hạt mang điện hoặc một “lư ợng điện” của vật. Điện tích là một khái niệm cơ bản mà học sinh tiếp xúc đầu tiên khi nghiên cứu các hi ện tượng về điện. Điện tích là một đại lượng vô hướng, là một thuộc tính không thể tách r ời hạt vật chất và tồn tại dưới d ạng các hạt sơ cấp mang điện (có những hạt sơ cấp không mang đi ện) nh ưng không thể có điện tích không gắn liền với hạt sơ cấp. Vì v ậy nói điện tích ở ngoài hạt là không có nghĩa. Có hai lo ại điện tích: điện tích dương ( +) (đi ện tích của thanh thủy tinh kh i c ọ xát với lụa) và điện tích âm (-) ( điện tích của thanh nhựa (plastic) khi cọ xát với lông thú (fur)) Ngư ời ta thấy rằng nếu một hạt sơ cấp mang điện thì không có cách nào làm cho nó William Gilbert (1540 – 1603) Benjamin Franklin (1706 – 1790) “ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein) 21 m ất điện tích. Khi một vật mang điện, thì điện tích q của nó bao giờ c ũng là một số nguyên l ần điện tích nguyên tố (elementary) có đ ộ lớn e = 1,6.10 -19 C ngh ĩa là q= ne (n = 1, 2, 3 ). Khi m ột đại lượng vật lý nào đó chỉ nhận các giá trị gián đoạn mà không phải có một giá trị bất kỳ nào, ta nói đại lượng đó bị lượng tử hóa. Như vậy, điện tích là một đại lư ợng vật lý bổ sung vào các đại lượng b ị l ượng tử hóa như năng lượng, momen xung lư ợng (momen góc) Trong nh ững năm gần đây nhi ều công trình nghiên cứu lí thuyết và thực nghi ệm đ ã ch ứng tỏ khả năng tồn tại những hạt nh ỏ hơn các hạt sơ cấp đã biết gọi là những hạt quác (quark). M ặc dầu cho đến nay chưa hề phát hi ện được qu ark t ồn tại ở trạng thái tự do, nhưng có nhi ều cơ sở vững chắc để tin rằng chúng quả th ật tồn tại mang điện tích nhỏ hơn điện tích nguyên t ố (bằng e/3 ho ặc 2e/3). N ếu như vậy thì khái ni ệm điện tích nguyên tố sẽ phải được xây d ựng lại. Tuy nhiên, trong ch ương trình vật lí ph ổ thông hiện tại, chúng ta vẫn dựa vào quan niệm chung từ trước đến nay về hạt sơ cấp. S ự có mặt của điện tích ở các hạt cơ bản l àm cho các v ật hay các hạt mang điện tương tác v ới nhau theo định luật C oulomb. Vì th ế khi biết định luật này ta có thể chỉ ra phương pháp đo đi ện tích. Định luật C oulomb xác đ ịnh t ương tác của hai điện tích đứng yên và là m ột định luật cơ bản được rút ra t ừ thực nghiệm. Trong h ệ SI, đơn vị điện tích là culông (C); culông là một đơn vị dẫn xuất, được định ngh ĩa thông qua đơn vị ampe . Culông là đi ện lượng do dòng điện 1 ampe tải qua tiết diện th ẳng của dây dẫn trong 1 giây ”. Vì v ậy trong SGK không nêu ra đ ịn h ngh ĩa culông vì chưa đ ịnh nghĩa đơn vị cơ bản là ampe (p 156 SGKNC). Lưu ý về mặt chi ến lược dạy học  Đi ện tích là một đại lượng vô hướng, đặc trưng cho tính chất của một vật (property of matter) hay m ột hạt về mặt tương tác điện và gắn liền với hạt hay v ật đó. Nói “có một đi ện tích ” cũng vô nghĩa nh ư khi nói “có một khối lượng ” chúng ta nên hiểu đó là cách nói t ắt. Thực ra phải nói "một vật có điện tích ” cũng như "một vật có khối lư ợng ”. Khi nói tích điện cho một vật, phải hiểu là đã làm cho v ật đó có một tính ch ất mới và vật đó thu được hay mất đi một số hạt điện tích, do đó khối lượng của vật tăng lên hay gi ảm đi.  Khái niệm điện tích âm, điện tích dương khác với khái niệm số âm, số dương trong toán học. Chẳng hạn, số âm luôn luôn nhỏ hơn số dương, nhưng ngược lại không thể nói điện tích âm luôn luôn nhỏ hơn điện tích dương  Nhi ều học sinh nghĩ rằng vật cách điện thì không th ể nhiễm điện (!)  Nhi ều học sinh nghĩ rằng một vật nhiễm điện dương là vật đó thừa proton. Prot on có th ể chuyển đ ộng như electron (!) “ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein) 22  H ọc sinh không thể “thấy” điện tích vì vậy GV cần tiến hành các thí nghiệm biểu diễn (ảo)  Nhi ều học sinh không hiểu rằng khi giải thích vật trung hòa hay vật nhiễm điện là đang s ử dụng quan điểm nhận thức hiện đại: qu an đi ểm cấu trúc (quan điểm cơ chế vi mô) trong vi ệc trình bày và giải thích các hiện tượng vật lí.  GV ch ỉ thông báo đơn vị điện tích là culông mà không nêu định nghĩa.  N ội dung của phần 1 học sinh đã học tương đối đầy đủ ở THCS. GV có thể cho học sinh t ự đ ọc, tự tìm hiểu trong SGK rồi trả lời các câu hỏi 3.2. L ực tương tác giữa các điện tích 3.2.1. Vài nét l ịch sử Đ ể nghiên cứu điện về mặt định lượng, Franklin đã làm thí nghiệm tích điện cho một cái bình s ắt. Ông quan sát thấy rằng bên trong cái bình đó, các v ật thử không phát hiện đư ợc một t ương tác nào, nghĩa là bên trong bình không có điện tích mặc dù bình đã được tích đi ện. Prixli đ ã đánh giá đúng tầm quan trọng của thí nghiệm đó. Năm 1767, v ới các phép tính lí thuyết, ông chứng tỏ rằng nếu lực điện t ỉ lệ ngh ịch với n r 1 (r là kho ảng cách giữa các điện tích) thì chỉ trong trư ờng hợp r = 2 các điện tích mới dàn hết ra ngoài vật dẫn như trong thí nghi ệm của Franklin. Năm 1771, Henry Cavendish đ ã làm thí nghiệm để xác định giá tr ị cụ th ể của n. Ông đặt một quả cầu thứ nhất vào trong một quả cầu thứ hai rỗng và nối hai qu ả cầu với nhau bằng một dây dẫn điện. Sau đó nhi ễm điện cho quả cầu rỗng, Cavendish nhận thấy r ằng điện tích không truyền vào quả cầu bên trong mà chỉ phân bố m ặt ngoài c ủa quả cầu rỗng. Dựa vào cấp chính xác của dụng cụ đo trong thí nghi ệm của mình, Cavendish đã kết luận rằng 05,02n  . Nh ững thí nghiệm và lập luận đó đã mở đường dẫn tới những đ ịnh luật định tính về các hiện tượng điện. Nhưng muốn khẳng định các định luật đó một cách chắc chắn cần thực hiện những phép đo chính xác v ề các lực điện. 3.2.2. L ực t ương tác giữa các điện tích điểm trong không khí – Đ ịnh luật Coulomb Không th ể tìm được định luật tổng quát cho sự tương tác gi ữa hai vật mang điện b ất kỳ, vì lực này phụ thuộc vào nhi ều yếu tố, trong đó có hình dạng, vị trí tương đối giữa hai v ật và môi trường bao quanh các vật. Ta chỉ có thể tìm đư ợc định luật tổng quát cho lực tương tác giữa các điện tích đi ểm. Năm 1785, Charles Augustin de Coulomb (Pháp), b ằng thực nghiệm đã tìm ra định luật về sự tương tác l ực giữa hai điện tích điểm đứng yên. Henry Cavendish (1731 – 1810) Charles Augustin de Coulomb (1736 – 1806) “ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein) 23 Coulomb dùng th ực nghiệm bằng một cân xoắn, gồm hai quả cầu nhỏ bằng kim loại A và B. A là qu ả cầu cố định gắn ở đầu một thanh thẳng đứng. B là quả cầu linh đ ộng gắn ở đầu một thanh nằm ngang. Đầu kia của thanh có một quả đối trọng. A và B đư ợc tích điện cùng dấu. Thanh nằm ngang được treo bằng sợi dây kim loại m ảnh có hằng số xoắn đã biết. Khi hai qu ả cầu đẩy nhau thì nó làm cho thanh ngang quay. Khi mômen củ a l ực đẩy t ĩnh điện cân bằng với mômen xoắn của dây treo thì thanh ngừng quay. Biết góc quay và chi ều dài của thanh ngang ta sẽ tính được lực đẩy tĩnh điện giữa hai quả cầu A và B. D ựa vào thí nghiệm trên, Coulomb thấy rằng lực t ương tác giữa hai điện tích có phương trùng v ới đường thẳng nối hai điện tích. Lực đẩy nếu hai điện tích cùng dấu, lực hút khi hai đi ện tích trái dấu V ới cân xoắn , Coulomb đ ã thực hiện nhiều phép đo khác nhau khi giữ các điện tích cùng d ấu không đổi. Ông cho khoảng cách giữa chúng thay đ ổi theo tỉ lệ 36 : 18 : 8,5 thì l ực đẩy giữa chúng thay đổi theo tỉ lệ 36 : 144 : 575, tức là lực đẩy gần đúng tỉ lệ nghịch v ới bình ph ương khoảng cách. Coulomb đã giải thích có sự sai số là do trong khi tiến hành thí nghi ệm, một phần điện tích đã bị rò đi mất. Sau đó Coulomb ti ến hành đo lực hút. Phép đo này khó hơn nhiều vì khi cho hai hòn bi nh ỏ tích điện, rất khó ngăn sao cho chúng khỏi chạm nhau. Nhưng sau nhiều lần thí nghi ệm, ông đã đi đến kết quả là lực hút của các điện tích cũng tỉ lệ nghịch v ới bình phương kho ảng cách giữa chúng. 2 1 ~ r F Đ ể biết lực tác dụng phụ thuộc vào độ lớn của các điện tích như thế nào cần so sánh các đi ện tích. Lấy vật A và vật B có kích th ước nhỏ so với khoảng cách của chúng. Truyền cho v ật A điện t ích q 0 và truy ền cho vật B lần lượt các điện tích q 1 r ồi q 2 . Gi ữ khoảng cách gi ữa A và B không đổi. G ọi F 1 là l ực tác dụng giữa A và B khi điện tích tương ứng của chúng là q 0 và q 1 . F 2 là l ực tác dụng giữa A và B khi điện tích tương ứng của chúng là q 0 và q 2 . Thí nghi ệm chứng tỏ rằng tỉ số 2 1 F F không ph ụ thuộc vào q 0 và r, như v ậy tỉ số ấy chỉ đư ợc xác định bởi chính q 1 và q 2 . Ta có th ể đặt tỉ lực 2 1 F F b ằng tỉ số điện tích 2 1 2 1 q q F F  K ết quả trên đây cho th ấy rằng lực tác dụng giữa hai điện tích A và B tỉ lệ với độ lớn c ủa các điện tích. Vì lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm tuân theo định luật 3 Newton. V ậy suy ra rằng lực tương tác tỉ lệ với độ lớn của từng điện tích, do đó tỉ lệ với tích đ ộ lớn của các điện tích A và B. 21 .~ qqF T ừ hai kết quả trên ta có định luật sau gọi là định luật Coulomb. http://www.youtube.com/watch?v=Y-5LxwZCfW4 Interaction between electric charges http://www.youtube.com/watch?v=3HjtT2Sa7hE&feature=related Phát bi ểu “ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein) 24 Đ ộ lớn của lực t ương tác gi ữa hai điện tích đi ểm đ ặt trong chân không có độ l ớn t ỉ l ệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích đó và t ỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách gi ữa chúng. Phương của lực tương tác giữa hai điện tích điểm là đường thẳng nối hai điện tích đi ểm đó. Hai điện tích cùng dấu th ì đ ẩy nhau, hai điện tích khác dấu thì hút nhau. Bi ểu thức độ lớn của lực tương tác giữa hai điện tích điểm 2 21 . r qq kF  (3.1) q 1 , q 2 là đ ộ lớn của hai điện tích điểm. r là kho ảng cách giữa hai điện tích điểm. k là h ệ số tỉ lệ ph ụ thuộc h ệ đơn v ị, Trong h ệ SI,k = 9.10 9 (N.m 2 /C 2 ) Ngoài ra ta c ũng có thể viết: Bi ểu thức dư ới dạng vectơ c ủa lực tương tác gi ữa hai đi ện tích điểm 12 12 2 12 21 12 r r r qq kF  (3.2) 12 F là vectơ l ực t ác d ụng của điện tích 1 lên điện tích 2 12 r là bán kính vectơ hư ớng từ điện tích 1 đến điện tích 2, có độ lớn là r. Ta qui ư ớc điện tích dương nhận giá trị dương, điện tích âm nhận giá trị âm . Như v ậy q 1 và q 2 là nh ững giá t r ị đại số . V ậy công thức tính lực tác dụng giữa hai điện tích đi ểm sẽ là một công thức đại số. 2 21 . r qq kF  (3.3) N ếu q 1 và q 2 cùng d ấu thì q 1 .q 2 > 0 và 12 F cùng chi ều với 12 r thì l ực điệ n là l ực đẩy. N ếu q 1 và q 2 trái d ấu thì q 1 .q 2 < 0 và 12 F ngư ợc chiều với 12 r thì l ực điện là lực hút Ð ịnh luật Coulomb là một định luật cơ bản của tĩnh điện học, nó giúp ta hiểu rõ thêm khái ni ệm điện tích. Ta th ấy r ằng công thức 2 1 2 1 q q F F  rút ra t ừ thực nghiệm như đã nói ở trên là một điều h ợp lí, vì dựa vào lực tương tác điện ta có thể nhận biết được sự có mặt của điện tích. Như v ậy, ta đã có cách để so sánh độ lớn của các điện tích. Từ đó, nếu chọn m ột điện tích làm đơn v ị, ta có thể xác định độ lớn của mọi điện tích khác. http://www.upscale.utoronto.ca/GeneralInterest/Harrison/Flash/EM/Coulomb/Coulomb.html Ph ạm vi áp dụng Cho đ ến nay, định luật Coulomb đã vượt qua mọi sự kiểm tra b ằng thực nghi ệm , không th ấy một ngoại lệ nào . “ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein) 25 -Năm 1936, Plimpton và Lauton (ngư ời Mĩ) thực hiện nhiều thí nghiệm với độ chính xác cao, đ ã xác định số mũ của r, nếu 2 1 ~ r F thì δ < 10 -9 . G ần đây năm 1971 Williams Faller và Hill cho r ằng δ < 10 -16 . Như v ậy định luật Coulomb đã được thực nghiệm xác nh ận với độ chính xác cao.Thực nghiệm còn cho thấy định luật này được thoả mãn với độ chính xác cao ở những kho ảng cách rất lớn cũng nh ư rất nhỏ. -Đ ịnh luật Coulomb đúng cả trong phạm vi tương tác giữa các hạt của nguyên tử để t ạo thành phân tử, thậm chí nó cũng đúng trong cả phạm vi tương tác giữa các hạt trong m ột nguyên tử. Nó mô tả đúng lực giữa hạt nhân mang đi ện dương và mỗi electron mang đi ện âm trong nguyên tử mặc dù ở đó cơ học sổ điển của Newton không còn đúng nữa mà ph ải thay bằng vật lí l ượng tử. -Đ ịnh luật đó cũng đúng cho phép tính đúng lực liên kết các nguyên tử nhau để tạo thành phân t ử, các lực li ên k ết của các nguyên tử và phân tử với nhau để tạo thành chất rắn và ch ất lỏng. Vì v ậy hiện nay khi nói đến tương tác giữa hai điện tích điểm, người ta coi định luật Coulomb đư ợc áp dụng trong phạm vi vi mô cũng như trong phạm vi vĩ mô. Tuy nhiên nó ch ỉ đư ợc áp dụng trong điều kiện các điện tích điểm đó đứng yên . 3.3. L ực t ương tác giữa các điện tích điểm trong điện môi Đi ện môi là một môi trường cách điện. Khi đ ặt các điện tích trong một điện môi (ch ẳng hạn trong dầu cách điện) thì lực tương tác s ẽ y ếu đi so v ới chân không. 2 21 r qq kF   (3.5) Đ ại lượng ε chỉ phụ thuộc vào tính chất của điện môi mà không phụ thuộc vào độ lớn c ủa các điện tích và khoảng cách giữa các điện tích. ε được gọi là h ằng số điện môi. Hằng s ố điện môi là một đại lượng đặc trưng cho tính chất điện của một chất cách điện. Nó cho bi ết khi đặt các điện tích trong chất đó thì lực tác dụng giữa chúng sẽ nhỏ đi bao nhiêu lần so v ới khi chúng đặt trong chân không. Tuy nhiên nó ch ỉ đúng trong một số trường hợp là đi ện môi đồng tính, đẳng hướng và chiếm toàn bộ không gian. Khái ni ệm hằng số điện môi không liên quan gì đến tính dẫn điện tốt hay kém của m ột chất. Các chất dẫn điện không có hằng số điện môi. H ằng số điện môi của một ch ất cách đi ện liên quan đến độ phân cực điện của điện môi trong điện trường   EP 0 1   và chiết suất của môi trường mà không liên quan gì đến điện trở suất của môi trường. H ằng số điện môi của không khí gần bằng 1, nên thí nghiệm Coulomb được ti ến hành trong không khí nhưng k ết quả của nó cũng đúng trong cả chân không. Khác v ới lực hấp d ẫn, lực t ương tác giữa các điện tích phụ thuộc vào môi trường mà tương tác xẩy ra trong đó. Th ật là kỳ lạ dạng của biểu thức định luật mà Coulomb tìm ra (1) lạ i gi ống hệt dạng c ủa biểu thức mà Newton tìm ra cho độ lớn của lực hấp dẫn giữa hai hạt có khối lượng m 1 và m 2 ở cách nhau một khoảng r (2). 2 21 r qq kF dt  (1) 2 21 r mm GF hd  (2) Tuy nhiên, khác v ới lực hấp dẫn bao giờ c ũng là lực hút và không phụ thộc vào môi trư ờng, lực t ương tác giữa hai điện tích điểm có thể là lực hút hoặc là lực đẩy tùy thuộc dấu c ủa điện tích và môi trường mà tương tác xẩy ra trong đó. Sự khác nhau đó là do chỉ có “ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein) 26 m ột loại khối l ượng nhưng lại có h ai lo ại điện tích (dương hoặc âm) Lưu ý về mặt chiến lược dạy học  Trư ớc khi trình bày định luật C oulomb, chúng ta c ần đưa ra khái niệm điện tích điểm . Điện tích điểm là một vật tích điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách tương tác. Khi nêu ra định luật Coulomb cần chú ý cho học sinh biểu thức đó chỉ xác định đ ộ lớn của lực t ương tác của các điện tích điểm và chỉ được áp dụng khi các điện tích điểm đứng yên trong môi trường chân không.  Đ ịnh luật Cul ông đư ợc rút ra từ thực nghiệm. Tuy nhiên, ph ương án hai b ộ SGK đ ều trình bày định luật này như một thông báo, vì vậy G V có có th ể dùng phương pháp thuy ết trình để giảng dạy định luật này. Vì trong thực tế khó có thể thiết kế một thí nghi ệm để rút ra định luật Coulomb. Mặc dầu, n ếu có đi ều kiện để tiến hành thí nghi ệm, nhưng ta cần phải cho học sinh nắm được nguyên tắc và kết quả thí nghiệm.  V ề sự phụ thuộc của lực t ương tác vào q 1 và q 2 ta có th ể h ướng dẫn học sinh lập luận t ại sao lực tương tác phải phụ thuộc vào tích q 1 q 2 mà không ph ụ thuộc tổng q 1 +q 2 ?  C ần chú ý m ột sai lầm th ường hay mắc phải của học sinh là xem lực hút giữa hai điện tích thì mang d ấu âm, còn lực đẩy giữa hai điện tích thì mang dấu dương. GV cần chỉ ra cho h ọc sinh thấy dấu dương hay dấu âm là tùy thuộc vào chiều dương được quy ư ớc. L ực t ương tác giữa hai điện tích là hai lực ngược chiều nhau. Vì vậy, với một chi ều dương quy uớc tùy í thì trong hai lực đẩy (hay hút) giữa hai điện tích, một lực có giá tr ị dương lực kia có giá trị âm.  Khi nói v ề hằng số điện môi GV cần làm rõ cho học s inh là khi đ ặt các điện tích trong đi ện môi thì lực tương tác giữa chúng sẽ yếu đi, hằng số điện môi  c ủa chất đó cho bi ết lực t ương tác bị yếu đi  l ần so với khi đặt trong chân không. Một chất có hằng s ố điện môi lớ n chưa ch ắc đã là chất cách điện tốt hơn so với một chất có hằng số điện môi nh ỏ. Không có khái ni ệm hằng số điện môi của môi trường d ẫn điện. 3.4. Thuyết electron cổ điển 3.4.1. S ự ra đời của thuyết electron Thuyết electron, mà người ta gọi là thuyết electron cổ điển, ra đ ời vào cuối thế kỉ XIX, sau khi ng ười ta phát hiện ra electron, nhờ các công trình c ủa Stoney, Plucker, Crookes, Schuster và đặc biệt là c ủa Thomson và Millikan. 3.4.2. Cơ s ở của thuyết Cơ s ở đầu tiên của thuyết là quan niệm về cấu tạo hạ t c ủa vật ch ất đã được hình thành trong thuyết động học phân tử. Đó là vật chất được tạo nên từ nh ững hạt rất nhỏ không thể phân chia được thành những hạt nhỏ hơn. Những hạt này đư ợc gọi là những hạt sơ cấp. Ti ếp đến là các công trình nghiên cứu lí thuyết và th ực nghiệm về điện và từ: định lu ật Coulomb v ề tương tác điện và khái niệm điện tích; khái niệm về dòng điện, hiệu điện John Joseph Thomson “ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein) 27 th ế và định luật Ohm; khái niệm về điện trường, điện từ trường Cu ối cùng và có mối liên hệ mật thiết nhất là sự phát hiện ra elec tron v ới các công trình nghiên c ứu về “nguyên tử điện”: Từ các công trình nghiên cứu về điện phân, người ta đ ã rút ra kết luận là “một nguyên tử vật chất bao giờ cũng ứng với “một nguyên tử điện”. Năm 1874, Stoney d ựa vào hiện tượng điện phân đã xác định đ ư ợc độ lớn của điện tích nguyên t ố (e = 1,602023.10 -19 C). Năm 1891, ngư ời ta đã đặt tên cho điện tích nguyên t ố là electron theo đề nghị của Stoney. Năm 1894, Thomson đo đư ợc tỉ số m e c ủa electron. Năm 1900, Millikan m ới đo được điệ n tích c ủa eletron b ằng thí nghiệm sau: S ử dụng một máy phun h ương thơm, Millikan đã phun các gi ọt dầu vào một cái hộp trong suốt. Đáy và đỉnh của hộp làm b ằng kim loại được nối với nguồn pin với một đầu âm ( -), m ột d ầu dương (+). Trong thí nghiệm này, Mil likan đ ã đặt một hiệu đi ện thế cực lớn (khoảng 10.000V) giữa hai điện cực kim loại đó. Millikan quan sát t ừng giọt r ơi một và sự thay đổi điện áp rồi ghi chú l ại tất cả những hiệu ứng. Khi các gi ọt dầu nhỏ được phun vào buồng A, do cọ xát với mi ệng vòi phu n nên chúng đư ợc nhiễm điện. Qua một lỗ nhỏ có m ột số hạt dầu r ơi vào bên trong khoảng không gian giữa hai tấm kim loại. Khi hai t ấm kim loại này chưa nối với nguồn thì các hạt dầu rơi xuống với vận tốc l ớn dần. Sau đó vận tốc của chúng không đổi khi lực ma sát cân b ằng với lực hấp dẫn. Khi n ối tấm kim loại 1 với cực d ương, tấm 2 với cực âm thì lúc đó có những hạt không rơi xu ống mà lại chuyển động lên trên, đó là những hạt nhiễm điện âm. Khi hạt này đ ạt đến vận tốc không đổi ta có 1 kvmg d U q  (4.1) q: đi ện tích của hạt dầu ; U: hi ệu điện thế giữa hai tấm kim loại ; d: kho ảng cách giữa hai t ấm kim loại Khi nh ững hạt nhận thêm điện tích này đạt đến vận tốc không đổi v 2 ta có Robert Andrews Millikan (1868 – 1953) Đèn chi ếu sáng tấm kim lo ại tích đi ện (+) tấm kim lo ại tích đi ện (-) Kính quan sát Máy phun gi ọt dầu gi ọt dầu đ ã tích đi ện Ion hoá b ằng tia phóng x ạ “ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein) 28 2 )( kvmg d U qq n  (4.2) q n : đi ện tích h ạt dầu nhận thêm được T ừ (4.1) và (4.2) ta được )( 12 vvkq d U n  d và U là đ ại l ượng đo được, v 1 và v 2 có th ể xác định được bằng kính quan sát, k xác đ ịnh bằng phương pháp riêng. Từ đó tìm được q n . T ừ rất nhiều thí nghiệm, Millikan đo đư ợc điện tích nhỏ nhất là 1,6.10 -19 C và đi ện tích c ủa các hạt đều bằng số nguyên lần 1,6.10 -19 C. T ừ đó ông rút ra kết luận là tồn tại một đi ện tích nguyên tố (1,6.10 -19 C). 4.3. H ạt nhân của thuyết Tư tư ởng cơ bản của thuyết electron là quan niệm về tí nh gián đo ạn của điện. Định lu ật c ơ bản của thuyết electron là định luật Coulomb với mô hình toán học là các công thức của định luật. Trong thuyết có hằng số cơ bản là điện tích của electron. 4.4. M ột số nội dung chính của thuyết electron cổ điển V ật chất đư ợc cấu tạo từ những hạt rất nhỏ không thể phân chia được nữa gọi là hạt cơ bản. Nguyên t ử của mọi nguyên tố đều gồm một hạt nhân mang điện dương và những electron mang đi ện âm chuyển động xung quanh hạt nhân. Hạt nhân nguyên tử gồm những proton mang đi ện dương và nh ững n ơtron không mang điện. Electron có điện tích là -1,6.10 -19 C và khối lượng m e = 9,1.10 -31 kg. Proton có điện tích là +1,6.10 -19 C và kh ối lượng m p = 1,67.10 -27 kg S ố proton trong hạt nhân bằng số electron quay xung quanh h ạt nhân nên độ l ớn của điện tích dương của hạt nhân bằng độ lớn của điện tích âm của các electron và nguyên tử ở trạng thái trung hòa điện. Electron có th ể rời khỏi nguyên tử để di chuyển từ nơi này đ ến nơi khác. Nếu nguyên tử mất một hay vài electron, nó sẽ mang đi ện dư ơng và tr ở thành ion dương. Nếu nguyên tử thu thêm electron, nó s ẽ tích điện âm và trở thành ion âm. Quá trình nhiễm đi ện của các vật thể chính là quá trình các vật thể ấy thu thêm hay m ất đi m ột số electron. Động thái cư trú hay di chuyển của các electron t ạo nên các hiện tượng điện và các tính chất điện của tự nhiên. Thuy ết giải thích tính ch ất khác nhau của các vật thể dựa trên việc nghiên cứu electron và chuyển động c ủa chúng gọi là thuyết electron. 4.5. H ệ quả của thuyết Thuy ết electron cổ điển giúp ta gi ải thích được một loạt các hiện tượng điện và tính ch ất điện của các vật. Thuyết electron cổ điển là tiền đề để cho ra đời một số thuyết mới như: thuy ết electron về tính dẫn điện của kim loại, thuyết electron về tán sắc ánh sáng, thuy ết eletron về sự ph át x ạ 4.6. H ạn chế của thuyết [...]... trái dấu Đáp án Câu 1- C Câu 2- A Câu 3-D Câu 4-A + Dự kiến ghi bảng Phần I Điện học - Điện từ học Chương I Điện tích Điện trường Bài 1 Điện tích Định luật Cu -lông 1 Hai loại điện tích Sự nhiễm điện của các 2 Định luật Cu-lông vật a Phát biểu: xem SGK a Hai loại điện tích: q1 q 2 b.Biểu thức F  k 2 ; k=9.109Nm2/C2 - iện tích dương r - iện tích âm điện c Chú ý: Lực tĩnh -Các điện tích cùng tên đẩy nhau,... điện chạy qua điện trở Điện tích trên các bản tụ điện giảm dần đi Ta nói tụ điện đã phóng điện Do có khả năng tích và phóng điện như vậy, nên tụ điện có nhiều ứng dụng trong kĩ thuật điện và điện tử 8.1 Điện dung của tụ điện Điện dung của một tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ấy: điện dung phụ thuộc vào cấu tạo, hình dạng, kích thước của hai bản và môi trường cách điện. .. giữa hai điện tích trở nên đáng kể Điện trường q1 ở chỗ q2 mạnh lên đáng kể còn điện trường của q2 ở chỗ q1 vẫn rất yếu Điện tích q2 tác dụng l ực lên điện tích q1 không thể thông qua điện trường của chính nó mà phải thông qua điện trường của q1 Như vậy, mỗi điện trường đều truyền lực tương tác giữa hai điện tích 6.4 Cường độ điện trường 6.4.1 Vectơ cường độ điện trường Ðể đặc trưng cho điện tr ường... điện và không phụ thuộc vào các vật dẫn bên ngoài Nối hai bản của tụ điện với một nguồn điện có hiệu điện thế U thì tụ điện có điện Q tích Q Thay đổi U thì Q cũng thay đổi Thương số đặc trưng cho khả năng tích điện U của tụ điện và được gọi là điện dung của tụ điện Ký hiệu là C C  Q U Hai tụ điện được nạp điện bằng cùng một nguồn điện có hiệu điện thế U, tụ điện nào có điện dung lớn hơn thì điện tích. .. một điện tích điểm q đặt tại điểm đó F  qE (6.2) Từ đó ta thấy lực điện F tác dụng lên điện tích q>0 có xu hướng làm cho nó đi thuận chiều điện trường E Còn lực điện F tác dụng l ên điện tích q . lượng lớn điện tích được chứa trong các v ật. V ật chứa điện tích hay vật tích điện, vật mang điện đều gọi là vật nhiễm điện. Thu ật ngữ điện tích được. mang điện. Electron có điện tích là -1 ,6.10 -1 9 C và khối lượng m e = 9,1.10 -3 1 kg. Proton có điện tích là +1,6.10 -1 9 C và kh ối lượng m p = 1,67.10 -2 7 kg S ố