Bài tập điện tích, điện trường

SKKN – BÀI TẬP ĐIỆN TÍCH, ĐIỆN TRƯỜNG NĂM HỌC BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Lời giới thiệu Mục tiêu trình dạy học nhằm giúp cho người học nắm kiến thức thực tiễn chắt lọc viết thành sách để truyền đạt đến người học Giúp người học hiểu thực tiễn, biết xử lý tình người học gặp đời sống hàng ngày Trong chương trình học, sống chia nhỏ góc nhìn khác nhau, viết theo lĩnh vực Tốn học, Vật lý, Hóa học, Sinh học, Văn học, Lịch sử, Địa lí… Người học tiếp cận sống thơng qua chương trình học cách nhanh chóng, bao quát, độ sâu rộng tùy thuộc vào cấp độ học Trong qúa trình giảng dạy trường THPT, nhận thấy em học sinh thường lúng túng gặp phải toán điện trường gây hệ điện tích điểm chuyển động hạt mang điện điện trường Nguyên nhân em hiểu chưa sâu phương pháp tọa độ nguyên lý chồng chất điện trường mà sách giáo khoa trình bày Mặt khác cịn có ngun nhân mang tính chất thói quen học sinh giải toán vật lí phần lớn em chưa định hình hướng (Như để đạt yêu cầu tốn đặt ta phải tìm đại lượng nào? phải sử dụng đến công thức liên quan nào? ) Vì tơi chọn đề tài “Bài tập điện tích, điện trường” nhằm mục đích cho học sinh hiểu sâu nội dung phương pháp tọa độ nguyên lý chồng chất điện trường mà sách giáo khoa trình bày, gây hứng thú học tập cho học sinh giúp học sinh hiểu sâu sắc chất, tượng vật lí tốn Đề tài lần đầu nghiên cứu áp dụng vào giảng dạy chắn nhiều điều chưa mong muốn, mong quý bạn đọc đồng nghiệp đóng góp ý kiến để tác giả tiếp tục hoàn thiện đề tài Tác giả xin chân thành cảm ơn đóng góp quý bạn đọc đồng nghiệp! Tên sáng kiến SKKN – BÀI TẬP ĐIỆN TÍCH, ĐIỆN TRƯỜNG NĂM HỌC Bài tập điện tích, điện trường Tác giả sáng kiến Chủ đầu tư tạo sáng kiến Lĩnh vực áp dụng sáng kiến Sáng kiến “Bài tập điện tích, điện trường” áp dụng giảng dạy chương Điện tích, điện trường, chương trình Vật lý 11, ban Cơ Sáng kiến giúp phân loại tập vận dụng chương Điện tích, điện trường nhằm mục đích cho học sinh dễ nhận biết phân loại nhanh chóng tìm hướng giải tốn, từ có ý thức tốt học tập rèn luyện để trở thành cơng dân có ích cho xã hội Ngày sáng kiến áp dụng lần đầu Ngày 6/09/2019 Mô tả chất sáng kiến 7.1 Về nội dung sáng kiến 7.1.1 Các bước thực đề tài Áp dụng vào thực tiễn dạy học chương điện tích – điện trường cho học sinh Sau giảng dạy thực đánh giá hiệu việc đưa kiến thức thực tiễn vào giảng dạy thông qua kiểm tra nhanh 15 phút câu hỏi trắc nghiệm khách quan Để đánh giá khả nắm vững kiến thức, mức độ khắc sâu kiến thức học sinh Từ so sánh đối chiếu kết với lớp dạy theo phương pháp khác Rút kinh nghiệm để hoàn thiện cho lần giảng dạy sau 7.1.2 Khả áp dụng sáng kiến Sáng kiến áp dụng trường THPT tỉnh mà không cần điều kiện đặc biệt 7.2 Mô tả nội dung sáng kiến 7.2.1 Cơ sở lý thuyết SKKN – BÀI TẬP ĐIỆN TÍCH, ĐIỆN TRƯỜNG NĂM HỌC a Khái niệm điện trường: - Một điện tích tác dụng lực điện lên điện tích khác gần Ta nói: Xung quanh có điện d Cường độđiện điệntích trường củatrường điện tích điểm: Cường độ điện củatrường điện tích tạiđiện điểmlênMđiện Tính chất bảntrường điện tácđiểm dụngQlực tíchchân đặt Q khơng là: E  9.109 , r khoảng cách từ điểm M tới Q Dưới ta rxét điện trường tĩnh, tồn xung quanh điện tích đứng yên Q b Nếu Cường điệncótrường: điệnđộmơi số điện mơi  : E  9.109  r - Định nghĩa: Cường độ điện trường điểm đại lượng đặc trưng cho ur ur - Nếu Q >0 E hướng xa Q, Q F chiều với E , q< F ngược Phươngurpháp chung: chiều với E Trong hệ SI, đơn vị cường độ điện trường Vôn/mét Bước 1: Xác định vectơ cường độ điện trường điện tích điểm c Điện trường đều: Là điện trường có véc tơ cường độ điện trường gây điểm cho trước điểm Bước 2: Tổng hợp vectơ cường độ điện trường điện tích điểm gây ur ur ur ur điểm cho trước theo quy tắc hình bình hành: E = E + E + + E ur ur n ur Lưu ý: - Ngồi tốn thuận ( biết E , E tìm E ), cịn có ur ur ur tốn ngược: biết E , tìm E , E , phải xác định vị trí, dấu, độ lớn ur ur điện tích gây E E SKKN – BÀI TẬP ĐIỆN TÍCH, ĐIỆN TRƯỜNG NĂM HỌC E Khi cần áp dụng thức xác định cường độ điện trường điện E cơng M M tích điểm tiến hành lập luận , tính tốn giải tốn - Nếu đề đòi hỏi xác định lại điện trường tác dụng lên điện tích áp ur ur dụng cơng thức: F  qE - Cần xác định xác phương chiều, độ lớn cường độ điện trường điện tích điểm gây Bài tập ví dụ: Hai điện tích điểm q1  4.108 C ; q2  q1 , đặt hai điểm cố định A, B khơng khí (AB = 50cm) Xác định cường độ điện trường C, biết CA = 30 cm, CB = 40 cm Xác định vị trí điểm M đoạn AB đặt M điệm tích q3 có giá trị thích hợp cường độ điện trường tổng hợp C Tính giá trị q3 Giải: ur ur 1, Hai điện tích q1 , q2 gây vectơ cường độ điện trường E , E ur C: + E có phương nằm theo AC, hướng theo chiều AC có độ lớn: E1  9.109 4.108 1 (3.10 )  4.103V / m , ur + E có phương nằm theo BC, hướng theo chiều BC có độ lớn: 16 8 10 E2  9.10  3.103V / m 1 (4.10 ) Chú ý tam giác ABC vuông C vì: AB  AC  CB SKKN – BÀI TẬP ĐIỆN TÍCH, ĐIỆN TRƯỜNG NĂM HỌC ur ur Vậy E vng góc E vectơ cường độ điện trường tổng hợp ur ur ur E= E + E có độ lớn E  E12  E2  5.103V / m ur 2, Phương E cắt đoạn AB M: vị trí phải đặt điện tích q3 để triệt ur tiêu cường độ điện trường E ur Trước hết ta xác định vị trí điểm M AB: Nhận xét thấy góc  E ur E2 CA  góc A tam giác vuông CAB cos A   từ E : cos   E AB ur dễ dàng suy : phương E vng góc với AB Vậy M chân đường cao CM tam giác CAB: CM vng góc với AB Độ dài đường cao CM cho bởi: CM AB = CA CB � CM  CA.CB  24cm AB E1 E ur ur E ur Muốn triệt tiêu cường độ điện trường E ( E + E2 = 0)Cđiện tích q3 đặt M ur  ur ur phải gây C vectơ cường độ điện trường E trực E , Eq3 có q  q3 A1 B q3 < 0, ur ur phải phương nằm theo CM, có chiều hướng từ C đến M, Vậy M E E3 có cường độ nhau: E3  k q3 E.CM  E � q   3, 2.10 8 C CM k Vậy q3 = - 3,2.10 8 C Dạng 2: Cân hạt điện ( điện tích điểm) điện trường đều: Phương pháp chung: Bước 1: Xác định lực tác dụng lên hạt điện, tất nhiên có lực uu r ur Fe  q0 E Bước 2: Viết tổng hợp lực tác dụng lên hạt điện Bài tập ví dụ: Một cầu nhỏ tích điện, có khối lượng m= 0,1 g, treo đầu sợi SKKN – BÀI TẬP ĐIỆN TÍCH, ĐIỆN TRƯỜNG NĂM HỌC mảnh điện trường đều, có phương nằm ngang có cường độ điện trường E =1 10 V/m Dây hợp với phương thẳng đứng góc 10 Tính điện tích qủa cầu Lấy g = 10 m/s Giải: ur uu r ur Hạt mang điện chịu tác dụng lực: Trọng lực P , Lực điện Fe  qE , sức ur uu r ur ur căng dây treo T Khi cân bằng: P  Fe  T Từ hình vẽ ta có: Tan  Vậy q  F với F = q E P =m.g P m.g tan   1, 76.107 C Hay q  �1, 76.107 C E Dạng 3: Chuyển động hạt điện điện trường đều: Phương pháp chung: Bước 1: Xác định lực tác dụng lên hạt điện, tất nhiên có lực uu r ur ur Fe  q0 E , ngồi cịn có trọng lực P , số trường hợp khối lượng nhỏ bỏ qua trọng lực so với lực điện ur r F r ur Bước 2: Xác định gia tốc a hạt điện theo phương trình : a  F m tổng hợp lực tác dụng lên lực điện r Lưu ý: Trong tốn thơng thường, a có phương khơng đổi , ta phân tích chuyển động hạt điện thành hai chuyển động thẳng : r 1) Chuyển động theo phương vng góc với a : Đây chuyển động thẳng r 2) Chuyển động theo phương a : Đây chuyển động thẳng có gia tốc a Hai kim loại phẳng đặt song song, cách khoảng d = cm, Bài tập ví dụ: SKKN – BÀI TẬP ĐIỆN TÍCH, ĐIỆN TRƯỜNG NĂM HỌC nối với nguồn điện khơng đổi có hiệu điện U = 228 V Hạt electron có vận tốc ban đầu v = 4.10 m/s, bay vào khoảng không gian hai qua lỗ nhỏ O dương, theo phương hợp với dương góc   600 a, Tìm quỹ đạo electron sau O b, Tính khoảng cách h gần âm mà electron đạt tới, bỏ qua tác T dụng trọng lực hiệu ứng bờ F P Giải: a, Chọn hệ trục tọa độ Oxy, trục Oy hướng thẳng đứng lên Vì bỏ qua hiệu ứng bờ nên điện trường hai xem điện trường với E  U d Vì bỏ qua tác dụng trọng lực nên electron chịu tác dụng lực điện ur hướng ngược chiều với E ( electron mang điện âm, q 0, đặt hai điện tích cách 4q khoảng r/4 B Q < 0, đặt hai điện tích cách 4q khoảng 3r/4 C Q > 0, đặt hai điện tích cách q khoảng r/3 D Q tùy ý đặt hai điện tích cách q khoảng r/3 Câu 2: Hai điện tích điểm q 4q đặt cách khoảng r Cần đặt điện tích thứ Q có điện tích dương hay âm đâu để hệ điện tích cân bằng: A Q > 0, đặt hai điện tích cách 4q khoảng r/3 B Q < 0, đặt hai điện tích cách 4q khoảng 2r/3 C.Q trái dấu với q đặt điện tích cách q khoảng r/3 D.Q tùy ý đặt điện tích cách q khoảng r/3 Câu 3: Tại bốn đỉnh hình vng đặt điện tích điểm giống q = + 1μC tâm hình vng đặt điện tích q 0, hệ năm điện tích cân Tìm dấu độ lớn điện tích điểm q0? A q0 = + 0,96 μC B q0 = - 0,76 μC C q0 = + 0,36 μC D q0 = - 0,96 μC Câu 4: Một cầu khối lượng 10g mang điện tích q1 = + 0,1μC treo vào sợi cách điện, người ta đưa cầu mang điện tích q lại gần cầu thứ lệch khỏi vị trí ban đầu góc 30 0, hai cầu mặt phẳng nằm ngang cách 3cm Tìm dấu, độ lớn điện tích q sức căng sợi dây: A q2 = + 0,087 μC B q2 = - 0,087 μC C q2 = + 0,17 μC D q2 = - 0,17 μC SKKN – BÀI TẬP ĐIỆN TÍCH, ĐIỆN TRƯỜNG NĂM HỌC Câu 5: Người ta treo hai cầu nhỏ khối lượng m = 0,01g hai sợi dây có độ dài l = 50cm( khối lượng không đáng kể) Cho chúng nhiễm điện chúng đẩy cách 6cm Tính điện tích cầu: A q = 12,7pC B q = 19,5pC C q = 15,5nC D.q = 15,5.10-10C Câu 6: Treo hai cầu nhỏ khối lượng m sợi dây độ dài l( khối lượng không đáng kể) Cho chúng nhiễm điện chúng đẩy cách khoảng r = 6cm Nhúng hệ thống vào rượu có ε = 27, bỏ qua lực đẩy Acsimet, tính khoảng cách chúng tương tác dầu: A 2cm B 4cm C 6cm D 1,6cm Câu 7: Người ta treo hai cầu nhỏ khối lượng m = 0,1g hai sợi dây có độ dài l ( khối lượng không đáng kể) Cho chúng nhiễm điện chúng đẩy cân dây treo hợp với phương thẳng đứng góc 150 Tính lực tương tác điện hai cầu: A 26.10-5N B 52.10-5N C 2,6.10-5N D 5,2.10-5N Câu 8: Người ta treo hai cầu nhỏ khối lượng m = 0,1g hai sợi dây có độ dài l = 10cm( khối lượng không đáng kể) Truyền điện tích Q cho hai cầu chúng đẩy cân dây treo hợp với phương thẳng đứng góc 150, lấy g = 10m/s2 Tính điện tích Q: A 7,7nC B 17,7nC C 21nC D 27nC Câu 9: Ba điện tích q dương đặt đỉnh tam giác ABC cạnh a Hỏi phải đặt điện tích q đâu để lực điện tác dụng lên điện tích cân nhau: A q0 = +q/ , AB B q0 = - q/ , trọng tâm tam giác C q0 = - q/ , trọng tâm tam giác D q0 = +q/ , đỉnh A tam giác Câu 10: Hai cầu nhỏ kim loại giống hệt tích điện dương treo hai sợi dây mảnh chiều dài vào điểm Khi hệ cân góc hợp hai dây treo 2α Sau cho chúng tiếp xúc với bng ra, để chúng cân góc lệch α' So sánh α α': A α > α' B α < α' C α = α' D α lớn nhỏ α' D C D B D A A B C 10 B Câu Đáp án SKKN – BÀI TẬP ĐIỆN TÍCH, ĐIỆN TRƯỜNG NĂM HỌC Những thông tin cần bảo mật: Không Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến Sáng kiến áp dụng dạy học cho học sinh lớp 11 – THPT Sáng kiến áp dụng trường THPT tỉnh 10 Đánh giá lợi ích thu (kết thực hiện) Trong trình dạy học sinh khối 11 phần kiến thức thử nghiệm với hai nhóm học sinh đánh giá tương đương nhiều mặt trước dạy kiến thức, tư duy, điều kiện học tập, số lượng… Nhóm nhóm đối chứng tơi dạy kiến thức khơng phân dạng bài, khơng hệ thống hóa Nhóm nhóm thực nghiệm tơi dạy theo phương pháp Kết điểm kiểm tra kiến thức phần Điện tích – Điện trường sau: Nhóm – Nhóm đối chứng ( Tổng số HS: 15) Giỏi SL % Khá SL % 26,7 TB SL % 53,3 Yếu SL % 20 Kém SL % % Kém SL % Nhóm 2- Nhóm thực nghiệm ( Tổng số HS :15) Giỏi SL % 20 Khá SL % 40 TB SL % 40 Yếu SL Qua thời gian giảng dạy tơi thấy với việc hệ thống hóa kiến thức phân loại tập phần Điện tích – Điện trường giúp học sinh có nhìn đắn gặp toán liên quan Các em khơng cịn túng túng bỡ ngỡ gặp tập Sự tự tin nâng lên đáng kể em tham dự kỳ thi Chính mà kết thi khảo sát theo đề chung Sở GD&ĐT Vĩnh Phúc, thi THPT Quốc gia thi học sinh giỏi cấp tỉnh có hiệu định Trong thực tế giảng dạy thấy cịn có nhiều câu hỏi liền với tốn tìm vị trí có cường độ điện trường tổng hợp cực đại hệ điện tích điểm, tìm vị trí đặt thêm điện tích điểm để hệ điện tích cân giải Tuy nhiên trình độ thời gian có hạn nên chưa thể đề cập tới vấn đề cách sâu rộng, chưa áp dụng cho nhiều đối tượng học sinh Tôi SKKN – BÀI TẬP ĐIỆN TÍCH, ĐIỆN TRƯỜNG NĂM HỌC mong nhận góp ý, phản biện từ phía độc giả đồng nghiệp để đề tài hoàn thiện 11 Danh sách tổ chức/cá nhân tham gia áp dụng sáng kiến lần đầu chức/cáĐịa Phạm vi/Lĩnh vực áp dụng sáng kiến Hoàng Hải Đường Trường THPT Chương 1: Điện tích, điện trường – Lớp 11 – THPT Lớp 11A1 Chương 1: Điện tích, điện trường – Lớp 11 – THPT ., ngày tháng năm 2020 Thủ trưởng đơn vị Trường THPT ., ngày 25 tháng năm 2020 Tác giả sáng kiến Hoàng Hải Đường STT Tên tổ nhân SKKN – BÀI TẬP ĐIỆN TÍCH, ĐIỆN TRƯỜNG NĂM HỌC ...SKKN – BÀI TẬP ĐIỆN TÍCH, ĐIỆN TRƯỜNG NĂM HỌC Bài tập điện tích, điện trường Tác giả sáng kiến Chủ đầu tư tạo sáng kiến Lĩnh vực áp dụng sáng kiến Sáng kiến ? ?Bài tập điện tích, điện trường? ??... lực điện lên điện tích khác gần Ta nói: Xung quanh có điện d Cường đ? ?điện điệntích trường củatrường điện tích điểm: Cường độ điện củatrường điện tích tạiđiện điểmlênMđiện Tính chất bảntrường điện. .. độ điện trường phải bao nhiêu? Cho me=9,1.10-31kg ĐS: a/ -10-13 ; b/ 5000 V/m SKKN – BÀI TẬP ĐIỆN TÍCH, ĐIỆN TRƯỜNG NĂM HỌC y vo  H E d x h SKKN – BÀI TẬP ĐIỆN TÍCH, ĐIỆN TRƯỜNG NĂM HỌC Bài