1.3.1 .Dạy và học trong thời đại công nghệ thông tin
2.1. Đặc điểm cấu trúc nội dung chương ‘‘Điện tích Điện trường’’ vật lí11
2.1.4. Phân tích nội dung chương“Điện tích Điện trường’’
* Điện tích
Điện tích là vật bị nhiễm điện.
Điện tích điểm là một vật mang điện có kích thước nhỏ khơng đáng kể so với khoảng cách từ điện tích đó tới những điểm hoặc những vật mang điện khác mà ta khảo sát.
Quy ước có hai loại điện tích: điện tích âm và điện tích dương.
Có ba cách để làm cho một vật nhiễm điện: Nhiễm điện do cọ xát, nhiễm điện do tiếp xúc và nhiễm điện do hưởng ứng.
*Định luật Coulomb
Lực hút hay lực đẩy giữa hai điện tích điểm đặt trong chân khơng có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm đó, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng 1 2 2 q q F = k ε r
r (m) là khoảng cách giữa hai điện tích q1 và q2.
hệ số tỉ lệ k trong hệ SI, 9 2 2 0 1 k = 9.10 ( / ) 4πε Nm C ; 12 0 F ε = 8,85. 10 ( ) m : hằng số điện môi. F (N): lực Coulomb
Hai điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, hai điện tích trái dấu thì hút nhau.
*Thuyết electron
Nội dung chính của thuyết electron trong việc giải thích sự nhiễm điện của các vật:
- Bình thường tổng đại số các điện tích trong nguyên tử bằng không, nguyên tử trung hoà về điện.
-Nếu nguyên tử bị mất đi một số electron thì tổng đại số các điện tích trong nguyên tử là một số dương, nó là một ion dương. Ngược lại nếu ngun tử nhận thêm một số electron thì nó là ion âm.
- Khối lượng của electron rất nhỏ nên độ linh động của chúng rất lớn. Vì vậy, do một số điều kiện nào đó (cọ xát, tiếp xúc, nung nóng,...) một số electron có thể bứt ra khỏi nguyên tử, di chuyển trong vật hay di chuyển từ vật này sang vật khác. Electron di chuyển từ vật này sang vật khác làm cho các vật nhiễm điện. Vật nhiễm điện âm là vật thừa electron, vật nhiễm điện dương là vật thiếu electron.
* Định luật bảo tồn điện tích
Nội dung định luật:
Tổng đại số các điện tích trong một hệ cô lập về điện là không đổi.
Hệ cô lập về điện là hệ khơng trao đổi điện tích với các hệ khác.
* Điện trường
Điện trường là một dạng vật chất tồn tại xung quanh vật tích điện truyền tác dụng lực từ vật tích điện này lên một vật tích điện khác.
Điện trường có hai đặc trưng: đặc trưng về mặt tác dụng lực là cường độ điện trường và đặc trưng về mặt dự trữ thế năng là điện thế.
*Cường độ điện trường
Cường độ điện trường tại một điểm là đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của điện trường tại điểm đó.
Cường độ điện trường của một điểm trong điện trường của điện tích điểm Q được tính theo cơng thức
E k Q2
r
là hằng số điện môi của mơi trường chứa điểm mà ta cần tính cường độ điện trường.
*Công của lực điện. Hiệu điện thế
Bất kì một điện tích nào nằm trong điện trường đều bị điện trường tác dụng lực nên khi điện tích chuyển dời điện trường đã thực hiện công. Độ lớn của công này phụ thuộc vào sự phân bố cường độ điện trường ở những điểm khác nhau của trường và độ dời của điện tích. Nhưng khi điện tích chuyển dời theo đường cong kín thì cơng của lực điện trường bằng khơng.
Thế năng W của một điện tích q trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh cơng của điện trường khi đặt điện tích q tại điểm mà ta đang xét trong điện trường. Công của lực tác dụng lên vật trong trường lực thế bằng độ giảm thế năng của vật đó trong trường lực. Tương tự, điện trường là một trường thế nên công của lực tĩnh điện trong sự dịch chuyển một điện tích q trong điện trường cũng bằng độ giảm thế năng W của điện tích đó trong điện trường.
Ứng với mỗi điểm trong điện trường có một giá trị xác định của tỉ số M
A q
. Vì vậy ta có thể dùng tỉ số này để đặc trưng cho tính chất của điện trường về mặt dự trữ thế năng gọi là điện thế.
M M A V = q
Hiệu điện thế giữa hai điểm trong điện trường là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện cơng của điện trường khi có một điện tích di chuyển giữa hai điểm đó.
MN M N
U = V - V
Liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế trong điện trường đều
E = U
d
trong đó d là khoảng cách giữa hai điểm dọc theo đường sức
*Tụ điện-Năng lượng điện trường
Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện.
Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định. Nó được xác định bằng thương số của điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản của nó
C =
Đơn vị của C: Fara (F)
Năng lượng điện trường trong tụ: =
2