1. Tên sáng kiến: “HỆ THỐNG LÍ THUYẾT VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG “ĐIỆN TÍCH, ĐIỆN TRƯỜNG” NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC CỦA HỌC SINH”. 2. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: làm tài liệu tham khảo để giảng dạy và học tập chương: “Điện tích, điện trường” trong chương trình vật lí lớp 11và ôn tập THPT quốc gia. 3. Thời gian áp dụng sáng kiến: Từ ngày...tháng....năm... đến ngày.... tháng.... năm.....
THÔNG TIN CHUNG VỀ SÁNG KIẾN Tên sáng kiến: “HỆ THỐNG LÍ THUYẾT VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG “ĐIỆN TÍCH, ĐIỆN TRƯỜNG” NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC CỦA HỌC SINH” Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: làm tài liệu tham khảo để giảng dạy học tập chương: “Điện tích, điện trường” chương trình vật lí lớp 11và ôn tập THPT quốc gia Thời gian áp dụng sáng kiến: Từ ngày tháng năm đến ngày tháng năm Tác giả: … Trình độ chun mơn: Thạc sĩ Vật lí Chức vụ cơng tác: Giáo viên Nơi làm việc: Trường THPT … Địa liên hệ: Điện thoại: Đơn vị áp dụng sáng kiến: Tên đơn vị: … Điện thoại: I ĐIỀU KIỆN, HOÀN CẢNH TẠO RA SÁNG KIẾN Do yêu cầu xã hội đại, mục tiêu giáo dục cần phải thay đổi để đào tạo người thích ứng với xã hội, với thân người học Một điểm mục tiêu giáo dục cấp học tập trung đến việc hình thành lực nhận thức, lực hành động (năng lực giải vấn đề), lực tự học, lực thích ứng, lực tính tốn cho học sinh….Như mục tiêu việc dạy học tập trung nhiều tới việc hình thành lực hành động cho người học Mục tiêu mơn Vật lí trường phổ thơng ngồi việc truyền thụ kiến thức, kĩ vật lí cần ý nhiều đến việc hình thành kĩ lựa chọn vận dụng kiến thức, tiến hành thí nghiệm, quan sát, mơ tả, dự đoán, đề giả thuyết khoa học, giải vấn đề, giúp người học tự phát vấn đề giải cách chủ động sáng tạo vấn đề thực tế có liên quan tới hố Vật lí Mặt khác nay, đề thi tốt nghiệp đại học THPT quốc gia môn vật lý có nội dung bao qt chương trình, đánh giá trình độ học sinh cách tồn diện Để làm tốt thi đòi hỏi người học phải ghi nhớ đầy đủ kiến thức trọng tâm, biết cách vận dụng linh hoạt, sáng tạo nhanh nhạy phán đốn nhận dạng, biết vận dụng cách tồn diện kiến thức học đạt kết cao Chương “Điện tích, điện trường” chương chương trình Vật lí lớp 11 với nội dung kiến thức lí thuyết nhiều Ngồi tập áp dụng kiến thức học chương cịn có tập phải kết hợp với nội dung lớp 10, lớp 12 như: chuyển động thẳng biến đổi đều, chuyển đơng ném ngang, cơng, định lí biên thiên động năng, lắc lò xo, lắc đơn, tượng quang điện….Vậy nên gặp tập học sinh thường hay lung túng khó việc đinh hướng lựa chọn kiến thức để giải toán Nhằm giúp em phát triển lực tự học từ lựa chọn định hướng cách nhanh chóng việc giải tập liên quan đến chương “Điện tích, điện trường” tơi nghiên cứu đề tài: “HỆ THỐNG LÍ THUYẾT VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG ĐIỆN TÍCH ĐIỆN TRƯỜNG NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC CỦA HỌC SINH” II THỰC TRẠNG TẠO RA SÁNG KIẾN Trong thực tế giảng dạy trường phổ thông nhiều học sinh đứng trước toán Vật lí, đơn vị kiến thức gần chưa định hướng bước để tiếp nhận, giải tập Vật lí Cách khai thác đơn vị kiến thức giả thiết tốn Vì em nhiều thời gian tìm hiểu bỏ trước tốn bản, từ lượng kiến thức bị mai dần chưa khắc sâu Trong tài liệu tham khảo phong phú, đa dạng, thời gian cho môn học không nhiều Vậy làm thể để học sinh tiếp thu kiến thức cách nhanh, có hiệu khơng nhiều thời gian, mà phát huy tính sáng tạo phát huy lực tự học học sinh làm cho em tự tin vào khả thân Từ yêu cầu trên, viết tơi xin tóm tắt lại phần lý thuyết bản, đưa phương pháp giải, tập hướng dẫn giải chi tiết, tập tự luận, trắc nghiệm khách quan tự rèn luyện xếp theo chủ đề dạng tương ứng nhằm giúp học sinh khắc sâu kiến thức chương “ Điện tích, điện trường” lớp 11 ban cách có hiệu III GIẢI PHÁP III.1: TÓM TẮT CƠNG THỨC VÀ LÝ THUYẾT CHƯƠNG ĐIỆN TÍCH, ĐIỆN TRƯỜNG III.1.1 Định luật Cu lông: Lực tương tác điện tích điểm q 1; q2 đặt cách khoảng r mơi trường có số điện mơi ε r r F12 ; F21 có: - Điểm đặt: điện tích - Phương: đường nối điện tích - Chiều: + Hướng xa q1.q2 > (q1; q2 dấu) + Hướng vào F =k - Độ lớn: q1.q2 < (q1; q2 trái dấu) q1.q2 ε r ; Trong đó: k = 9.109Nm2C-2; ε số điện mơi môi trường - Biểu diễn: III.1.2 Thuyết electron định luật bảo tồn điện tích 1.Thuyết electron: - Electron rời khỏi nguyên tử di chuyển từ nơi đến nơi khác, nguyên tử electron gọi ion dương - Ngun tử trung hịa nhận thêm electron gọi ion âm - Vật nhiễm điện âm vật thừa electron, vật nhiễm điện dương vật thiếu electron Vật dẫn điện, điện mơi: + Vật (chất) có nhiều điện tích tự gọi vật dẫn điện + Vật (chất) có chứa điện tích tự gọi vật cách điện (điện mơi) Định luật bảo tồn điện tích: Trong hệ cô lập điện (hệ không trao đổi điện tích với hệ khác) tổng đại số điện tích hệ số III.1.3 Điện trường Khái niệm: Là môi trường tồn xung quanh điện tích tác dụng lực lên điện tích khác đặt Cường độ điện trường: Là đại lượng đặc trưng cho điện trường khả tác dụng lực F E = ⇒ F = q.E q q>0: q Hướng vào Q Q 0 M r q hình chiếu chiều đường sức - d < hình chiếu ngược chiều đường sức Liên hệ công lực điện hiệu điện tích AMN = WM - WN Điện Hiệu điện - Điện điểm M điện trường đại lượng đặc trưng cho điện trường phương diện tạo đặt ddien tích q Cơng thức: VM = AM∞ q - Hiệu điện điểm điện trường đại lượng đặc trưng cho khả thực cơng điện trường có điện tích di chuyển điểm UMN = VM – VN = AMN q Chú ý: - Điện thế, hiệu điện đại lượng vơ hướng có giá trị dương âm; - Hiệu điện hai điểm M, N điện trường có giá trị xác định điện điểm điện trường có giá trị phụ thuộc vào vị trí ta chọn làm gốc điện - Nếu điện tích dương ban đầu đứng yên, chịu tác dụng lực điện có xu hướng di chuyển nơi có điện thấp ( chuyển động chiều điện trường) Ngược lại, lực điện có tác dụng làm cho điện tích âm di chuyển nơi có điện cao ( chuyển động ngược chiều điện trường) - Trong điện trường, vector cường độ điện trường có hướng từ nơi có điện cao sang nơi có điện thấp; Liên hệ cường độ điện trường hiệu điện thế: E = III.1.5 Tụ điện 1.Tụ điện U d -Định nghĩa : Hệ vật dẫn đặt gần nhau, vật tụ Khoảng không gian chân không hay điện mơi Tụ điện dùng để tích phóng điện mạch điện -Tụ điện phẳng có tụ kim loại phẳng có kích thước lớn ,đặt đối diện nhau, song song với Điện dung tụ điện - Là đại lượng đặc trưng cho khả tích điện tụ C= Q U (Đơn vị F, mF….) - Cơng thức tính điện dung tụ điện phẳng: C= ε S 9.10 9.4π d Với S phần diện tích đối diện Ghi : Với tụ điện có hiệu điện giới hạn định, sử dụng mà đặt vào tụ hđt lớn hđt giới hạn điện mơi bị đánh thủng Năng lượng tụ điện - Khi tụ điện tích điện hai tụ có điện trường tụ điện dự trữ lượng Gọi lượng điện trường tụ điện - Công thức: Q.U C.U Q W= = = 2 2C III.2 PHÂN LOẠI VÀ CÁC DẠNG BÀI TẬP CHƯƠNG ĐIỆN TÍCH, ĐIỆN TRƯỜNG III.2.1 CHỦ ĐỀ 1: ĐIỆN TÍCH ĐỊNH LUẬT COULOMB III.2.1.1 Dạng 1: Xác định lực tương tác hai điện tích * Phương pháp : Áp dụng định luật Cu – lông - Phương , chiều , điểm đặt lực (xác định hình vẽ) - Độ lớn : F = 9.10 | q1 q | ε r - Chiều lực dựa vào dấu hai điện tích : hai điện tích dấu : lực đẩy ; hai điện tích trái dấu : lực hút * Bài tập Bài tập ví dụ Hai điện tích q1 = 6.10-8C q2= 3.10-7C đặt cách 3cm chân khơng a Tính lực tương tác chúng b Để lực tăng lên lần khoảng cách chúng c Đưa hệ vào nước có ε = 81 lực tương tác giống câu a Tìm khoảng cách hai điện tích lúc Hướng dẫn giải: a.Theo định luật Coulomb: F = k q1 q r 6.10 −8.3.10 −7 = 9.109 (3.10 ) −2 = 0,18 N F1 r22 r = = ⇒ r2 = = 1,5cm F2 r1 b Ta có: F1 81.r22 r = = ⇒ r2 = = = cm F2 9 r1 c Ta có: Bài tập tự rèn luyện Bài Hai điện tích q = 2.10 −8 C q = −10 −8 C , đặt cách 20cm khơng khí Xác định độ lớn vẽ hình lực tương tác chúng? Bài Hai điện tích q = 2.10 −6 C q = −2.10 −6 C , ĐS: 4,5.10 −5 N đặt hai điểm A B khơng khí Lực tương tác chúng 0,4N Xác định khoảng cách AB, vẽ hình lực tương tác ĐS: 30cm ngang dọc theo trục lò xo hướng xa điểm cố định có độ lớn E = 105 V/m Lấy g = π2 = 10 m/ s2 Trong trình dao động tốc độ cực đại mà cầu đạt Α 25π cm/s Β 20π cm/s C 30π cm/s D 19π cm/s Câu 2(ĐH – 2010): Một lắc đơn có chiều dài dây treo 50 cm vật nhỏ có khối lượng 0,01 kg mang điện tích q = +5.10 -6C coi điện tích điểm Con lắc dao động điều hoà điện trường mà vectơ cường độ điện trường có độ lớn E = 104V/m hướng thẳng đứng xuống Lấy g = 10 m/s 2, π = 3,14 Chu kì dao động điều hồ lắc A 0,58 s B 1,40 s C 1,15 s D 1,99 s Câu 3(ĐH 2012): Một lắc đơn gồm dây treo có chiều dài m vật nhỏ có khối lượng 100 g mang điện tích 2.10-5 C Treo lắc đơn điện trường với vectơ cường độ điện trường hướng theo phương ngang có độ lớn 5.10 V/m Trong mặt phẳng thẳng đứng qua điểm treo song song với vectơ cường độ điện trường, kéo vật nhỏ theo chiều vectơ cường độ điện trường cho dây ur g treo hợp với vectơ gia tốc trường góc 54o bng nhẹ cho lắc dao động điều hòa Lấy g = 10 m/s Trong trình dao động, tốc độ cực đại vật nhỏ A 0,59 m/s B 3,41 m/s C 2,87 m/s D 0,50 m/s Câu 4: Con lắc đơn có chu kỳ To dao động với biên độ nhỏ Cho lắc dao động điện trường có phương thẳng đứng hướng xuống Khi truyền cho lắc điện tích q1 lắc dao động với chu kỳ T1 = 3To Khi truyền cho lắc điện tích q2 lắc dao động với chu kỳ T2 = 1/3 To Tính tỉ số q1/ q2 ? A -1/9 B 1/9 C -9 D Câu 5: Một lắc đơn dao động điều hoà điện trường đều, có véc tơ cường độ điện trường có phương thẳng đưng, hướng xuống Khi vật treo chưa tích điện chu kỳ dao động T0= s, vật treo tích điện q1 q2 chu kỳ dao động tương ứng T1=2,4 s; T2= 1,6 s Tỉ số − A 44 81 − B 81 44 q1 q2 là: − C 24 57 − D 57 24 Câu 6: Một lắc đơn dao động bé có chu kỳ T Đặt lắc điện trường có phương thẳng đứng hướng xuống Khi cầu lắc tích điện q1 chu kỳ lắc T1=5T Khi cầu lắc tích điện q2 chu kỳ T2=5/7 T Tỉ số hai điện tích A q1/q2 = -7 B q1/q2 = -1 C q1/q2 = -1/7 D q1/q2 = Câu 7: Có ba lắc đơn chiều dài dây treo khối lượng Con lắc thứ thứ hai mang điện tích q q2 Con lắc thứ ba khơng điện tích Đặt ba lắc vào điện trường có véctơ cường độ điện trường theo phương thẳng đứng hướng xuống Chu kỳ dao động điều hoà chúng điện trường T1,T2 T3 với T1= T3,T2= T3 Cho q1+q2=7,4.10-8C Điện tích q1 q2 có giá trị A 6.4.10-8C; 10-8C B -2.10-8C; 9,410-8C C 5.4.10-8C; 2.10-8C D 9,4.10-8C; -2.10-8C Câu 8: Một lắc đơn có khối lượng vật nặng 80g, đặt điện trường có vectơ cường độ điện trường thẳng đứng, hướng lên có độ lớn 4800 V/m Khi chưa tích điện cho nặng, chu kì dao động lắc với biên độ nhỏ 2s, nơi có gia tốc trọng trường g = 10 m/s Khi tích điện cho điện tích 6.10 -5C chu kì dao động A 2,5s B 2,33s C 1,6s D 1,54s Câu 9: Một lắc đơn gồm sợi dây dài có khối lượng khơng đáng kể, đầu sợi dây treo hịn bi kim loại khối lượng 0,01 kg mang điện tích 2.10 -7C Đặt lắc điện trường có phương thẳng đứng hướng xuống Chu kì lắc điện trường 2s Chu kì dao động cường độ điện trường có độ lớn 104 V/m Cho g = 10 m/s2 A 2,02s B 1,98s C 1,01s D 0,99s Câu 10: Một lắc đơn gồm cầu khối lượng 0,1kg tích điện 10 -5C treo vào dây mảnh dài 20cm,đầu dây cố định O vùng điện trường hướng xuống theo phương thẳng đứng, có cường độ 2.10 4V/m Lấy g = 9,8m/s2 Chu kỳ dao động lắc A 0,811s B 10s C 2s D 0,99s Câu 11: Con lắc đơn gồm dây mảnh dài 10cm, cầu kim loại nhỏ khối lượng 10g tích điện 10-4C Con lắc treo vùng điện trường có phương nằm ngang, có cường độ 400V/m Lấy g=10m/s Vị trí cân lắc tạo với phương thẳng đứng góc A 0,3805rad B 0,805rad C 0,5rad D 3,805rad Câu 12: Một lắc đơn gồm cầu kim loại nhỏ, khối lượng 1g, tích điện dương có độ lớn 5,56.10-7C, treo vào sợi dây dài l mảnh điện trường có phương nằm ngang có cường độ 10 V/m, nơi có g = 9,79m/s Con lắc có vị trí cân bàng dây treo hợp với phương thẳng đứng góc A 600 B 100 C 200 D 29,60 Câu 13: Một lắc đơn gồm sợi dây có chiều dài 0,5m nặng có khối lượng 40g, mang điện tích -8.10-5C Treo lắc vào vùng khơng gian có điện trường hướng theo phương nằm ngang với cường độ 40V/cm gia tốc trọng trường g = 9,79 m/s2 Chu kì dao động điều hịa lắc A 1,25s B 2,10s C 1,48s D 1,60s Câu 14: Đặt lắc đơn điện trường có phương thẳng đứng hướng xuống, có độ lớn 104V/m Biết khối lượng cầu 20g, cầu tích điện 12.10 -6C, chiều dài dây treo 1m Lấy g = 10m/s2 Chu kì dao động điều hịa lắc A π s B π s C π s D π s Câu 15: Đặt lắc đơn điện trường có phương thẳng đứng hướng từ xuống, có cường độ 10 4V/m Biết khối lượng cầu 0,01kg, cầu tích điện 5.10-6, chiều dài dây treo 50cm, lấy g = 10m/s = π Con lắc đơn dao động điều hịa với chu kì A 0,58s B 1,4s C 1,15s D 1,25s Câu 16: Một lắc đơn có chiều dài 25 cm, vật nặng có khối lượng 10g, mang điện tích 10-4C Treo lắc vào hai tụ đặt song song, cách 22cm Biết hiệu điện hai tụ 88V Lấy g = 10m/s Chu kì dao động lắc điện trường A 0,983s B 0,398s C 0,659s D 0,957s Câu 17: Một lắc đơn tích điện đặt trường có phương thẳng đứng Khi điện trường hướng xuống chu kì dao động lắc 1,6s Khi điện trường hướng lên thi chu kì dao động lắc 2s Khi lắc không đặt điện trường chu kì dao động lắc đơn A 1,69s B 1,52s C.2,20s D 1,8s Câu 18: Một lắc đơn có chu kỳ T = 1s vùng khơng có điện trường, lắc có khối lượng m = 10g kim loại mang điện tích q = 10 -5C Con lắc đem treo điện trường hai kim loại phẳng song song mang điện tích trái dấu , đặt thẳng đứng, hiệu điện hai 400V Kích thước kim loại lớn so với khoảng cách d = 10cm gữa chúng Tìm chu kì lắc dao động điện trường hai kim loại A 0,964 B 0,928s C 0,631s D 0,580s Câu 19: Một ℓắc đơn có chiều dài dây treo ℓà ℓ, qủa nặng m mang điện tích q Khi khơng có điện ℓắc dao động với chu kì T0, Nếu ℓắc dao động điều hịa điện trường tụ phẳng có vectơ cường độ