II. Trong quỏ trỡnh học:
ĐIỆN TRƯỜNG 1 Điện trường
1. Điện trường
O Điều này cú gợi ý cho chỳng ta giả thuyết gỡ về mụi trường tồn tại xung quanh điện tớch hay khụng? Mụi trường đú cú tớnh chất gỡ?
GV cho HS thảo luận nhúm, đưa ra cõu trả lời như sau:
HS: Xung quanh mỗi điện tớch tồn tại một điện trường. Điện trường này tỏc dụng lực điện lờn điện tớch khỏc đặt trong nú và ngược lại. Tớnh chất của điện
trường tỏc dụng lực điện lờn điện tớch khỏc đặt trong nú.
O Làm thế nào để nhận biết được sự cú mặt của điện trường ở một điểm nào đú? HS: Đặt vào điểm đú một điện tớch, nếu cú lực điện thỡ tại đú cú điện trường.
◊ Dựa trờn tớnh chất cơ bản của điện trường ta cú thể nhận biết được sự cú mặt của điện trường. Ngoài tớnh chất tỏc dụng lực điện thỡ điện trường cũn cú những tớnh chất khỏc nữa ta sẽ nghiờn cứu sau. Ở trong chương này chỳng ta chỉ nghiờn cứu điện của cỏc điện tớch đứng yờn gọi là điện trường tĩnh và cỏc điện tớch cú kớch thước và điện lượng nhỏ gọi là cỏc điện tớch thử.
* Vấn đề 1: Vộctơ cường độ điện trường.
2. Vộctơ cường độ điện trường
a. Định hướng mục tiờu
◊ Trong trường hợp điện tớch Q cho trước và đặt tại một vị trớ xỏc định thỡ định luật Culụng giỳp chỳng ta xỏc định độ lớn của lực tỏc dụng lờn q, cũng là lực tương tỏc giữa hai điện tớch.
O Nhưng trong trường hợp cho trước một điện trường mà khụng cho điện tớch Q thỡ cú thể xỏc định được lực điện tỏc dụng lờn một điện tớch tại một điểm bất kỡ trong điện trường đú hay khụng? Cú thể biết được tại vị trớ nào độ lớn của lực điện tỏc dụng lờn điện tớch là lớn hay nhỏ, hướng của lực đú như thế nào?
◊ Như vậy vấn đề đặt ra là: “Đại lượng nào đặc trưng cho điện trường về phương diện tỏc dụng lực tại mỗi điểm trong điện trường? Trong trường hợp điện trường gõy bởi một điện tớch, biểu thức của đại lượng đú cú dạng như thế nào?”
b. Định hướng hành động
◊ Trước hết ta đi tỡm cõu trả lời cho cõu hỏi thứ nhất. Đại lượng nào đú muốn đặc trưng cho điện trường trước hết đại lượng đú chỉ phụ thuộc vào điện trường mà khụng phụ thuộc vào yếu tố bờn ngoài nào khỏc.
O Hóy dự đoỏn xem đại lượng nào cú thể đặc trưng cho điện trường về mặt tỏc dụng lực điện? Muốn vậy, đại lượng đú phải thoả món những điều kiện gỡ?
GV yờu cầu HS thảo luận nhúm với cõu hỏi 1 trong phiếu học tập. (Dựa vào sự tương tự giữa trường hấp dẫn - trường hợp riờng là trọng trường- với điện trường).
HS trả lời được:
Trường trọng lực: Điện trường
a) Lực hấp dẫn: r r r Mm G Fhd 2 − = a) Lực Culụng: r r r q q k F 2 2 1 = b) Trọng trường tỏc dụng trọng lực P lờn cỏc vật khỏc đặt trong nú.
b) Điện trường tỏc dụng lực điện F lờn cỏc điện tớch khỏc đặt trong nú.
c) Đại lượng đặc trưng cho trọng trường
về mặt tỏc dụng lực tại mỗi điểm:
m P
=g
c) Dự đoỏn: Đại lượng đặc trưng cho điện trường về mặt tỏc dụng lực tại mỗi
điểm: q F
Điều kiện:
d) Tại một điểm bất kỡ trong trọng
trường: .. 2 2 1 1 = = m P m P
.. khụng đổi đối với cỏc vật m1, m2, …
e) Tại những điểm khỏc nhau trong trọng
trường:
m P
cú giỏ trị khỏc nhau.
Điều kiện:
d) Tại một điểm bất kỡ trong điện trường:
.. 2 2 1 1 = = q F q F
.. khụng đổi đối với cỏc điện tớch thử q1, q2, …
e) Tại những điểm khỏc nhau trong điện
trường: q F
cú giỏ trị khỏc nhau.
HS: Làm thớ nghiệm kiểm tra xem thương số
q F
cú thoả món điều kiện trờn hay khụng. ◊ Như vậy chỳng ta đó tỡm ra giải phỏp để tỡm đại lượng đặc trưng cho điện trường về mặt tỏc dụng lực. Tuy nhiờn trong điều kiện chỳng ta khụng tiến hành được thớ nghiệm này vỡ phương tiện và thời gian khụng cho phộp, chỳng ta sẽ tỡm hiểu và ghi nhận những kết quả nghiờn cứu đó được cụng bố của cỏc nhà thực nghiệm.
GV yờu cầu HS nghiờn cứu tài liệu thực nghiệm trong SGK. + Tại một điểm trong điện trường, tỉ số
q F
khụng phụ thuộc vào độ lớn của cỏc điện tớch thử.
+ Tại cỏc vị trớ khỏc nhau trong điện trường, cỏc tỉ sụ
q F
cú cỏc giỏ trị khỏc nhau.
O Giả sử đặt một điện tớch dương q tại hai điểm A và B ta cú: (F/q)A = a, ( F/q)B = b mà a > b thỡ cú thể kết luận gỡ về khả năng tỏc dụng lực của điện trường tại hai điểm đú? HS: a > b nờn FA > FB
O Vậy dựa trờn những kết quả thực nghiệm đú, chỳng ta cú thể rỳt ra kết luận gỡ? HS: Thương số
q F
đặc trưng cho điện trường tại điểm đang xột về mặt tỏc dụng lực. ◊ Đỳng vậy, thương số đú được gọi là vộctơ cường độ điện trường và kớ hiệu là E Lực tỏc dụng lờn điện tớch được xỏc định:F = qE.
O Dưới tỏc dụng của điện trường thỡ điện tớch đú cú xu hướng dịch chuyển như thế nào trong điện trường?
HS: Nếu q> 0 thỡ F cựng hướng E, điện tớch cú xu hướng dịch chuyển theo chiều của điện trường. Nếu q < 0 thỡ F ngược hướng E điện tớch q < 0 cú xu hướng dịch chuyển ngược chiều điện trường.
◊ Đỳng vậy, quan hệ về hướng của hai vộctơ E và F phụ thuộc vào dấu của điện tớch q đặt trong điện trường. Lưu ý tới điểm này sẽ giỳp chỳng ta giải quyết dễ dàng trong nhiều bài toỏn liờn quan tới điện trường.
O Biểu thức nào cho ta xỏc định độ lớn của cường độ điện trường?
O Dựa vào biểu thức đú, hóy cho biết đơn vị của của cường độ điện trường? HS: Cường độ điện trường cú đơn vị là N/C
◊ Ngoài ra, trong hệ đơn vị SI, cường độ điện trường cũn được đo bằng đơn vị V/m và đơn vị này thường được dựng hơn. í nghĩa của đơn vị này chỳng ta sẽ tỡm hiểu sau.