Bài 3: Điện trường

Bài 3 : ĐIỆN TRƯỜNG I. MỤC TIÊU: 1. Kiến thức: Học sinh nắm được khái niệm và tính chất cơ bản về điện trường, khái niệm từ phổ; Định nghĩa cường độ điện trường, đường sức điện trường, điện trường đều; Tính chất của đường sức điện trường; nguyên lí chồng chất điện trường. 2. Kĩ năng: Vận dụng thành thạo các công thức E = q F , n21M E EEE +++= , F = q E , E = 9.10 9 2 r Q để giải một số bài tập định lượng liên quan; 3. Giáo dục thái độ: II. CHUẨN BỊ CỦA GIÁO VIÊN VÀ HỌC SINH: 1. Giáo viên: Những kiến thức về đường sức từ, từ phổ đã học ở lớp 9; dụng cụ để làm thí nghiệm về từ phổ. 2. Học sinh: Xem lại kiến thức đã học ở lớp 9 về đường sức từ trường. từ phổ. III. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ, điều kiện xuất phát - Đề xuất vấn đề. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH * Trình bày những nội dung cơ bản của thuyết electron; * Giải thích hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng. * Trong bài 1, chúng ta biết được rằng hai các điện tích điểm tương tác với nhau. Vậy nguyên nhân nào gây ra hiện tương tác đó? * Trong bài này chúng ta nghiên cứu nguyên nhân gây ra hiện tượng trên. *Học sinh tái hiện lại kiến thức để trả lời các câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên. *Học sinh chú ý lắng nghe, nhận thức nọi dung và vấn đề cần nghiên cứu. Hoạt động 2: Nghiên cứu khái niệm điện trường. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Chúng ta biểt răng các vật có khối lượng tương tác hấp dẫn với nhau, vì xung quanh nó tồn tại trường hấp dẫn. * Vậy xung quanh điện tích có tồn tại trường nào để các điện tích tương tác với nhau? * Giáo viên thông báo: Vật lí học hiện đại đã chứng minh được rằng xung quanh hạt mang điện (đứng yên) tồn tại một dạng vật chất, gọi là điện trường. * Vậy điện trường là gì? *Vậy có phải khi nào thì các điện tích cũng tương tác với nhau hay không? * Giáo viên dẫn dắt học sinh nắm được tính chất cơ bản của điện trường: Tác dụng lực điện lên *Học sinh tái hiện lại kiến thức; *Học sinh thảo luận để tìm câu trả lời theo yêu cầu của giáo viên; *Học sinh tiếp thu và ghi nhận thông tin; *Dựa trên cơ sở phân tích và dẫn dắt của giáo viên, học sinh có thể trình bày đựoc khái niệm điện trường: Là dạng vật chất tồn tại khách quan xung quanh hạt mang điện (đứng yên); *Học sinh thảo luận và trả lời câu hỏi theo hạt mang điện đặt trong nó. * Vậy dựa trên cơ sở khoa học nào để khẳng định điện trường là một dạng vật chất? * Giáo viên thông báo sơ lược là điện trường có năng lượng => điện trường là một dạng của vật chất (phần này sẽ nghiên cứu sâu ở bài 8). *Đến đây, giáo viên phân tích để chứng tỏ rằng tương tác điện là tương tác gần. *Giáo viên thông báo khái niệm điện tích thử. yêu cầu của giáo viên; Câu trả lời có thể là: - Các điện tích luôn tương tác với nhau; - Các điện tích chỉ tương tác với nhau khi khoảng giữa chúng không lớn lắm. *Học sinh nắm được tính chất cơ bản của điện trường. * Vậy, các điện tích chỉ tương tác với nhau khi điện tích này nằm trong điện trường do điện tích kia gây ra và ngược lại. *Học sinh tiếp thu và ghi nhận kiến thức. Hoạt động 3: Nghiên cứu khái niệm cường độ điện trường. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH * Như trên ta biết răng xung quanh điện tích tồn tại điện trường, chính điện trường gây ra tác dụng lực điện lên điện tích khác đặt trong nó. Vậy tại một điểm M trong điện trường, lực điện tác dụng lên các điện tích khác nhau đặt tại M có giống nhau không? *Giả sử tại M trong điện trường đặt các điện tích q 1 , q 2 ,….,q n thì lực điện tác dụng lên các điện tích tương ứng là n21 F, .F,F có độ lớn cũng khác nhau. Thực nghiệm chứng tỏ rằng thương số q F thì luôn luôn bằng nhau tại một điểm xác định trong điện trường xác định.Nếu xét cả phương, chiều thì thương số q F không đổi. + Nếu tiến hành thí nghiệm tại các điểm khác nhau thì thương số trên cũng khác nhau. * Giáo viên nhấn manh: Thương số q F đặc trưng cho điện trường về phương diện tác dụng lực và được gọi là cường độ điện trường. Kí hiệu là E . *Vậy cường độ điện trường là gì? * Giáo viên yêu cầu học sinh rút ra định nghĩa cường độ điện trường. *Như vậy, cường độ điện trường là một đại lượng hữu hướng. Vậy làm thế nào để xác định được hướng của vector cường độ điện trường tại một điểm bất kì trong điện trường khi biết hướng của lực điện tác dụng lên điện tích đặt tại điểm đó? * Giáo viên yêu cầu học sinh xác định hướng của *Học sinh thảo luận và trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên; * Câu trả lời có thể là khác nhau vì theo định luật về tương tác tĩnh điện Coulomb. *Học sinh tiếp thu và ghi nhận kiến thức; *Học sinh làm việc cá nhân, hình thành định nghĩa cường độ điện trường: Cường độ điện trường tại một điểm trong điện trường là một đại lượng đặc trưng cho điện trường về phương diện tác dụng lực điện của điện trường và được xác định bằng thương số giữa lực tác dụng và điện tích đặt tại điểm đó. Kí hiệu là E . E = q F Từ biểu thức định nghĩa về cường độ điện vector cường độ điện trường. *Làm thế nào để xác định được đặc điểm của vector cường độ điện trường do một điện tích điểm gây ra. * Giáo viên trình tự phân tích và dẫn dắt học sinh xây dựng đặc điểm của vector cường độ điện trường tại một điểm trong điện trường do điện tích điểm Q gây ra. *Giáo viên yêu cầu học sinh rút ra đơn vị từ định nghĩa; * Giáo viên thông báo: Trong hệ SI, đơn vị của cường độ điện trường là V/m , đơn vị này được rút ra từ biểu thức E = d U (học ở bài 3). trường ta suy ra: F = q E + Nếu q > 0: Thì F ↑↑ E ; + Nếu q < 0: Thì F ↑↓ E ; * Học sinh thảo luận theo nhóm dựa vào định nghĩa về cường độ điện trường và định luật tương tác tĩnh điện Coulomb để xác định được đặc điểm của vector cường độ điện trường E tại điểm M trong điện trường do điện tích điểm Q gây ra: + Điểm đặt: Tại điểm M; + Phương: Trùng với đường thẳng nối điểm M với điện tích đang xét; + Chiều: - Hướng ra xa điện tích Q nếu Q>0; - Hướng vào điện tích Q nếu Q < 0 *Học sinh ghi nhận đơn vị của cường độ điện trường là V/m (vôn trên mét). Hoạt động 4: Nghiên cứu đường sức điện HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên yêu cầu học sinh nhắc lại khái niệm đường sưc từ đã học ở lớp 9; *Giáo viên thông báo khái niệm đường sức điện: Đường sức điện là đường do ta vạch ra trong điện trường sao cho tại mọi điểm trên đường sức điện thì vector cường độ điện trường tại điểm đó có phương trùng với phương của đường sức tại điểm đó. * Giáo viên nhấn mạnh: Định nghĩa đường sức điện trường xây dựng như trên chưa được chặt chẽ, tuy nhiên ta xây dựng như thế để xây dựng các tính chất của đường sức điện trường. Để nắm định nghĩa đường sức điện trường một cách chặt chẽ thì ta sẽ nghiên cứu ở bài 4. Vậy làm thế nào để xác định đường sức điện trường của hệ hai điện tích điểm, điện trường do điện tích điểm gây ra. *Giáo viên yêu cầu học sinh làm việc theo nhóm để trả lời theo yêu cầu của giáo viên; *Giáo viên trình tự dẫn dắt học sinh các tính chất của đường sức điện trường: +Tính chất 1: Tính duy nhất của đường sức điện trường tại một điểm *Học sinh tái hiện lại kiến thức để trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên; *Học sinh ghi nhận định nghĩa của đường sức điện trường. *Học sinh ghi nhận định nghĩa đường sức điện trường; *Học sinh tiếp thu và ghi nhận thông tin; *Học sinh làm việc theo nhóm để trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên: + Đối với điện trường do điện tích Q > 0 gây ra thì các đường sức xuất phát từ điện tích ra xa vô cùng; nếu Q < 0 thì đường xxức từ vô cùng kết thúc ở điện tích âm; *Học sinh ghi nhận các tính chất của đường sức điện trường. + Tính chất 1: Tại mỗi điểm trong điện trường, ta có thể vẽ được duy nhất một Giáo viên dùng phương pháp phản chứng để chứng minh. Giả sử tại M trong điện trường có thể vẽ được hai đường sức khác nhau, khi đó theo định nghĩa của đường sức điện trường ta cũng có thể xác định được tại có hai vector cường độ điện trường khác nhau. Điều này mâu thuẫn với định nghĩa với cường độ điện trường; + Tính chất 2: Giáo viên thông báo; + Tính chất 3: Giáo viên yêu cầu học sinh sử dụng phương pháp chúng minh phản chứng để chứng minh; + Tính chất 4: Giáo viên thông báo, phân tích để làm rõ. *Giáo viên tiến hành thí nghiệm, yêu cầu học sinh quan sát và rút ra nhận xét. * Giáo viên nhấn mạnh: Hình ảnh các đường hạt bột thu được gọi là điện phổ. *Giáo viên nhấn mạnh: Hình ảnh điện phổ cho ta xác định được hình dạng và sự phân bố các đường sức điện. đường sức đi qua; + Học sinh theo dõi và nắm được phương pháp chứng minh; + Tính chất 2: Các đường sức điện (trường tĩnh điện) là những đường cong không kín. Nó xuất phát từ điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm; + Tính chất 3: Các đường sức không bao giờ cắt nhau; * Học sinh dùng phương pháp phản chứng để chứng minh. Giả sử tồn tại hai đường sức cắt nhau tại M, vậy tại M có hai đường sức đi qua, điều này vô lý (từ tính chất 1); + Tính chất 4: Nơi nào cường độ điện trường lớn hơn thì các đường sức điện ở đó được vẽ dày hơn và ngược lại. +Học sinh quan sát và nhận xét kết quả thu được. *Học sinh ghi nhận khái niệm điện phổ. *Học sinh ghi nhận vấn đề. Hoạt động 5: Điện trường đều. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH * Giáo viên yêu cầu học sinh nhận xét về hình dạng các đường bột (hay các đường sức điện) tại miền trong hai bản kim loại trong thí nghiệm đã trình bày ở phần trên; * Giáo viên nhấn mạnh: Điện trường mà có các đường sức điện là những đường thẳng song song cách đều được gọi là điện trương đều; * Vậy điện trường đều là gì? *Giáo viên gợi ý học sinh so sánh cảm ứng từ tại mọi điểm bên trong điện trường đều để rút ra định nghĩa. * Giáo viên yêu cầu học sinh rút ra được định nghĩa về điện trường đều. *Giáo viên nhấn mạnh: Khi nói đến điện trường *Học sinh nhận xét được: Tại miền giữa hai bản kim loại thì các đường bột là những đường thẳng song song cách đều hay các đường sức là những đường thẳng song song cách đều. *Học sinh làm việc cá nhân, rút ra định nghĩa điện trường đều: Điện trường đều là điện trường có vector cường độ điện trường tại mọi điểm bằng nhau (cùng phương, cùng chiều, cùng độ lớn). *Học sinh tiếp thu và ghi nhận thông tin đều E ta hiểu rằng đó là điện trường đều có vector cường độ điện trường E . Hoạt động 6: Điện trường của một điện tích điểm. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Từ kết quả trên, giáo viên yêu cầu học sinh xác định độ lớn của cường độ điện trường tại điểm M trong điện trường do điện tích Q gây ra; * Giáo viên yêu cầu học sinh nhăc lại đặc điểm của vector cường độ điện trường do điện tích điểm gây ra tại một điểm M trong điện trường; *Từ biểu thức về độ lớn của cường độ điện trường và định luật tương tác tĩnh điện Coulomb, học sinh làm việc theo nhóm xây dựng biểu thức xác định độ lớn của vector cường độ điện trường tại một điểm trong điện trường do điện tích điểm Q gây ra: E = 9.10 9 2 r Q * Học sinh tái hiện kiến thức để trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên; Câu trả lời đúng: + Điểm đặt: Tại điểm M đang xét; + Phương: Trùng với đường thẳng nối điểm đang xét và điện tích Q; + Chiều: - Hướng ra xa điện tích Q nếu Q > 0; - Hướng về điện tích Q nếu Q < 0 + Độ lớn: E = 9.10 9 2 r Q IV. RÚT KINH NGHIỆM ……………………………………………………………………………………… …………. ………………………………………………………………………………………………… . ………………………………………………………………………………………………… . ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………… ……… …… ………… V. BỔ SUNG ……………………………………………………………………………………… ………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… . nghĩa cường độ điện trường, đường sức điện trường, điện trường đều; Tính chất của đường sức điện trường; nguyên lí chồng chất điện trường. 2. Kĩ năng:. điện trường, chính điện trường gây ra tác dụng lực điện lên điện tích khác đặt trong nó. Vậy tại một điểm M trong điện trường, lực điện tác dụng lên các điện