Bài 4. Công của lực điện. Hiệu điện thế

Trần Thị Hải Bài 4: CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN TRƯỜNG. HIỆU ĐIỆN THẾ I. MỤC TIÊU BÀI DẠY: 1. Kiến thức: Học sinh hiểu được cách xây dựng khái niệm về công của lực điện trường trong dịch chuyển điện tích trong điện trường đều; Viết được công thức tính công của lực điện trường trong sự dịch chuyển điện tích trong điện trường của điện tích điểm; Nêu được đặc điểm của công của lực điện trường; Hiểu được khái niệm điện thế, hiệu điện thế; Xác định được mối liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế. 2. Kĩ năng: Vận dụng được các công thức trong bài học để giải một số bài tập định lượng cơ bản liên quan. 3. Giáo dục thái độ: II. CHUẨN BỊ CỦA GIÁO VIÊN VÀ HỌC SINH 1. Giáo viên: Hình vẽ các đường sức điện trường, hình ảnh để xác định công của lực điện trường trên khổ giấy lớn, mô hình thí nghiệm ảo (phần mềm, máy tính, máy chiếu); Các phiếu học tập. 2. Học sinh: Ôn lại các kiến thức về công cơ học, đặc điểm của lực thế (hay lực bảo toàn); Định luật tương tác tĩnh điện Coulomb về tương tác tĩnh điện; Phương pháp tổng hợp lực; Cách tính công của trọng lực; 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 khái niệm điện trường, tính chất cơ bản của điện trường; * Nêu đặc điểm của vector cường độ điện trường tại một điểm nằm trong điện trường do điện tích điểm gây ra; *Tương tác tĩnh điện có nều điểm tương đồng với tương tác hấp dẫn. Ta sẽ thấy ngay cả công của lực điện điện và thế năng của một trong trường. Công của trọng lực được biểu diễn qua hiệu thế năng. Còn công của lực điện trường có thể được biểu diễn qua đại lượng nào? Ta có thể thông qua cách xây dựng về công trong trường trọng lực để xây dựng khái niệm này trong trường tĩnh điện được không? *Giáo viên yêu cầu học sinh thảo luận theo nhóm, phán đoán phương án hình thành kiến thức; * Giáo viên yêu cầu học sinh viết biểu thức tính công của trọng lực trong trọng trường. *Học sinh tái hiện lại kiến thức một cách có hệ thống để trả lời câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên; *Học sinh tiếp thu và ghi nhận kiến thức, hình thành ý tưởng nghiên cứu; *Học sinh thảo luận theo nhóm, hình thành ý tưởng nghiên cứu nội dung; Hoạt động 2: Công của lực điện. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên yêu cầu học sinh viết biểu thức *Học sinh tái hiện lại kiến thức để trả lời câu xác định công cơ học; * Trong trường hợp trọng lực thì công của nó được xác định bằng biểu thức toán học nào? *Giáo viên yêu cầu học sinh nhận xét về đặc điểm công của trọng lực trong trọng trường? *Giáo viên giới thiệu hình vẽ 4.1/sgk. Từ hình vẽ, xác định lực tác dụng lên điện tích q o khi q o dịch chuyển trong điện trường đều, nêu đặc điểm của lực này? * Giáo viên yêu cầu học sinh làm việc theo nhóm, thảo luận để tìm câu trả lời. * Giáo viên gợi ý: + Xác định biểu vector cường độ điện trường trong điện trường đều đã cho; + Xác định vector lực điện trường tác dụng lên điện tích q o > 0; *Giáo viên phát vấn: Vì trên quỹ đạo MN là đường cong, vậy làm thế nào để xác định công của lực điện trường khi nó dịch chuyễn trên quỹ đạo MN? * Giáo viên hướng dẫn học sinh chia quỹ đạo MN thành những đoạn rất nhỏ sao cho ta có thể coi nó là đoạn thẳng; *Xác định công của lực điện trường trên đoạn đường nhỏ đó? * Giáo viên dẫn dắt học sinh : A = ∑ ∆ A =? * Giáo viên yêu cầu học sinh rút ra nhận xét đặc điểm công của lực điện trường làm dịch chuyển điện tích q o từ điểm M đến N trong điện trường? * Giáo viên nhấn mạnh: Vì công của lực điện trường không phụ thuộc vào dạng quỹ đạo mà chỉ phụ thuộc vào hai đầu quỹ đạo nên lực điện trường gọi là lực thế (lực bảo toàn). Điều này có thể nói rằng, trường tĩnh điện là một trường thế. hỏi theo yêu cầu của giáo viên; * Câu trả lời đúng: + Biểu thức tính công tổng quát: A = F.scosα + Biểu thức tính công trọng lực: A P = mg(Z B – Z C ) *Học sinh nhận xét đặc điểm công của trọng lực: Công của trọng lực không phụ thuộc vào hình dạng quỹ đạo, chỉ phụ thuộc vào độ cao vị trí điểm đầu và điểm cuối của quỹ đạo và khối lượng của vật. *Học sinh quan sát hình vẽ giáo viên giới thiệu: + Vector cường độ điện trường có chiều theo trục Ox (hình 4.2); + Vì điện tích q o > 0 nên vector lực điện trường cùng chiều với vector cường độ điện trường, tức là có chiều từ bản dương sang bản âm của tụ điện và có độ lớn F = q o E không đổi vì điện trường giữa hai bản tụ điện là điện trường đều (E= const) *Học sinh xác định được: ∆A = q o Ecosα i = q o E i d ; *A = ∑ ∆ A = ''. NMEqdEqdEq oioio == ∑∑ ; Với d là hình chiếu của quỹ đạo MN lên trục Ox là chiều của vector cường độ điện trường. *Học sinh thảo luận và rút ra nhận xét về công của lực điện trường: Công của lực điện trường tác dụng lên một điện tích không phụ thuộc vào dạng đường đi của điện tích mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối của đường đi trong điện trường. * Học sinh nắm được trường tĩnh điện là trường thế; và lực điện là lực thế. Hoạt động 3: Nghiên cứu khái niệm hiệu điện thế HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH * Hãy so sánh sự giống nhau giữa công của lực điện trường và công của trọng lực? *Giáo viên nhận xét: Công của trọng lực được biểu diễn qua hiệu thế năng tại hai vị trí điểm đầu và điểm cuối của đường đi đó. Vậy để xây dựng biểu thức tính công của lực điện trường thông qua hiệu thế năng của điện tích q tại hai điểm đầu và điểm cuối của quỹ đạo chuyển động của điện tích được không? *Giáo viên hình thành khái niệm hiệu thế năng: A MN = W M – W N ; Giáo viên nhấn mạnh: Hiệu thế năng trong trọng trường tỉ lệ với khối lượng m của vật, ở đây ta cũng coi hiệu điện thế của điện tích q trong điện trường tỉ lệ với điện tích q, nghĩa là có thể biểu diễn A MN dưới dạng sau: A MN = q(V M – V N ) Với (V M – V N ) được gọi là hiệu điện thế (hay điện áp giữa hai điểm M và N. Kí hiệu U MN . *Giáo viên yêu cầu học sinh làm việc cá nhân để rút ra định nghĩa hiệu điện thế. * Giáo viên nhấn mạnh: V M , V N được gọi là điện thế tại M và N tương ứng. * Giáo viên lưu ý: + Điện thế và hiệu điện thế là một đại lượng vô hướng, có giá trị dương hoặc âm; + Hiệu điện thế U MN tại hai điểm M,N là xác định, còn điện thế V M , V M không có giá trị xác định mà nó phụ thuộc vào vị trí ta chọn làm gốc điện thế; *Giáo viên nhấn mạnh: + Mốc điện thế người ta thường chọn ở vô cực, do vậy khi nói điện thế tại điểm A thì thực chất là hiệu điện thế V A – V B với B là vị trí ở vô cực. + Người ta quy ước điện thế ở vô cực bằng không. *Giáo viên yêu cầu học sinh rút ra đơn vị hiệu điện thế, điện thế từ công thức của định nghĩa; * Giáo viện giới thiệu đơn vị của điện thế và hiệu điện thế; *Học sinh nhận xét được sự giống nhau giữa công của lực điện trường và công của trọng lực là không phụ thuộc vào dạng quỹ đạo mà chỉ phụ thuộc vào điểm đầu và điểm cuối của quỹ đạo; * Học sinh thảo luận theo nhóm và trả lời câu hỏi của giáo viên. *Câu trả lời đúng: Có thể biểu diễn công của lực điện trường thông qua thế năng tĩnh điện giữa điểm đầu và điểm cuối của quỹ đạo vì lực điện trường là lực thế (lực bảo toàn). *Học sinh tiếp thu và ghi nhận kiến thức. *Học sinh tiếp thu và ghi nhận biểu thức: A MN = q(V M – V N ) *Học sinh làm việc cá nhân rút ra được: U MN = V M – V N = q A MN Học sinh rút ra được định nghĩa hiệu điện thế: Hiệu điện thế tại hai điểm trong điện trường là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của điện trường khi có một điện tích di chuyển giữa hai điểm đó. *Học sinh ghi nhận khái niệm điện thế tại một điểm là một đại lượng đặc trưng cho khả năng dự trữ năng lượng điện trường tại điểm đó. *Học sinh nắm được: + Vì sao điện thế, hiệu điện thế là một đại lượng vô hướng? + Vì sao điện thế, hiệu điện thế lại có giá trị âm hoặc dương? + Vì sao hiệu điện thế tại hai điểm có giá trị xác định còn điện thế tại một điểm lại có giá trị không xác định. *Học sinh ghi nhận kiến thức; *Học sinh làm việc theo nhóm tìm đơn vị của điện thế, hiệu điện thế thông qua biểu thức định nghĩa; *Học sinh ghi nhận đơn vị điện thế, hiệu điện thế theo hệ SI: volte (V). *Học sinh nắm được nguyên tắc xác định *Giáo viên nhấn mạnh: Để đo hiệu điện thế giữa hai vật, người ta dùng tĩnh điện kế. hiệu điện thế tại hai điểm. *Học sinh nắm được nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của tĩnh điện kế. Hoạt động 4: Tìm hiểu mối liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên yêu cầu học sinh nhắc lại biểu thức tính công của lực điện trường; *Giáo viên yêu cầu học sinh liên hệ với công thức: U MN = V M – V N = q A MN Làm việc cá nhân để xây dựng mối liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế: E = ''NM U MN *Giáo viên nhấn mạnh: Vì hai điểm M và N là hai điểm bất kì nên ta có thể viết lại: E = d U , với d là khoảng cách giữa hai điểm M’ và N’. * Giáo viên tìm và khẳng định đơn vị cường độ điện trường. *Giáo viên nhấn mạnh: Biểu thức trên vẫn nghiệm đúng trong ttrường hợp điện trường không đều. *Giáo viên thông báo khái niệm mặt đẳng thế: Mặt đẳng thế là mặt mà điện thế trên mọi điểm của mặt đều bằng nhau. * Từ khái niệm mặt đẳng thế, giáo viên yêu cầu học sinh tìm hình dạng của mặt đẳng thế? * Hãy xác định công của lực điện trường làm dịch chuyển điện tích q từ vị trí M đến vị trí N trên mặt đẳng thế. * Hãy xác định đặc điểm của các đường sức điện như thế nào đối với mặt đẳng thế? * Giáo viên tiến hành thí nghiệm đối với mặt đẳng thế. *Học sinh nhăc lại biểu thức: + A MN = ∑ ∆ A = ''. NMEqdEqdEq oioio == ∑∑ ; + U MN = V M – V N = q A MN *Học sinh làm việc cá nhân để rút ra được biểu thức: E = ''NM U MN *Học sinh lập luận để đi đến biểu thức: E = d U , *Học sinh tìm được đơn vị của cường độ điện trường là vôn trên mét (V/m) *Học sinh tiếp thu và ghi nhận kiến thức; *Học sinh nắm được khái niệm mặt đẳng thế. * Học sinh làm việc theo nhóm, thảo luận để tìm ta hình dạng của mặt đẳng thế: + Điện trường do điện tích điểm Q gây ra có mặt đẳng thể là những mặt cầu đồng tâm; + Trong điện trường đều, mặt đẳng thế là những mặt phẳng song song cách đều; *Vì mọi điểm trên mặt đẳng thế có cùng điện thế nên độ giảm thế bằng không, do vậy công của lực điện trường làm dịch chuyển điện tích q trên mặt đẳng thế bằng 0. *Các đường sức của điện trường luôn vuông góc với mặt đẳng thế tại điểm đó. Hoạt động 5: Củng cố bài học - Định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Khắc sâu những kiến thức trọng tâm của bài học như khái niệm điện thế, hiệu điện thế, liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế; *Học sinh làm việc theo yêu cầu của giáo viên; * Chứng minh công của lực điện trường làm dịch chuyển điện tích q trên mặt đẳng thế bằng 0; * Về nhà làm bài tập 1 -> 8/sgk- 22,23. * Chuẩn bị nội dung tiết học sau: Bài tập về lực Coulomb và điện trường. *Học sinh ghi nhận nhiệm vụ học tập. IV. RÚT KINH NGHIỆM ……………………………………………………………………………………… …………. ………………………………………………………………………………………………… . ………………………………………………………………………………………………… . ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………… ……… …… ………… V. BỔ SUNG ……………………………………………………………………………………… ………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… … ………………………………………………………………………………………………… ……… . Thị Hải Bài 4: CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN TRƯỜNG. HIỆU ĐIỆN THẾ I. MỤC TIÊU BÀI DẠY: 1. Kiến thức: Học sinh hiểu được cách xây dựng khái niệm về công của lực điện. điểm của công của lực điện trường; Hiểu được khái niệm điện thế, hiệu điện thế; Xác định được mối liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế. 2.