Soạn mới giáo án Vật lí 11 KNTT bài 17: Khái niệm điện trường

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu hình ảnh tương tác giữa hai điện tích (hình 17.1) cho HS quan sát và yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi, trả lời nội dung Hoạt động (SGK – tr65)

Đặt điện tích q cách điện tích Q một khoảng r.

1. Có phải không khí đã truyền tương tác điện từ điện tích Q tới điện tích q hay không?

2. Vùng không gian bao quanh một nam châm có từ trường. Tương tự như vậy, vùng không gian bao quanh một điện tích có điện trường. Ta có thể phát hiện sự tồn tại của điện trường bằng cách nào?

- GV chiếu hình ảnh tương tác giữa hai nam châm (hình 17.2) và yêu cầu HS đưa ra nhận xét về tương tác giữa chúng.

(GV có thể biểu diễn thí nghiệm hoặc chiếu video cho HS quan sát (link video) (từ 0:15 đến 0:51)).

Xung quanh nam châm có từ trường, từ trường sẽ truyền tương tác từ nam châm này tới nam châm khác. Tương tự như nam châm, xung quanh điện tích có một điện trường, điện trường sẽ truyền tương tác giữa các điện tích.

- GV yêu cầu HS nêu khái niệm điện trường.

- GV lưu ý: Trong bài này ta chỉ xét điện trường của các điện tích đứng yên.

- Sau khi HS trả lời, GV kết luận về khái niệm điện trường.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, quan sát thí nghiệm, hình ảnh, chăm chú nghe GV giảng bài, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

I. KHÁI NIỆM ĐIỆN TRƯỜNG

*Trả lời Hoạt động (SGK – tr65)

1. Không phải không khí đã truyền tương tác điện từ điện tích Q tới điện tích q vì khi đặt hai điện tích trong chân không vẫn có tương tác này.

2. Có thể phát hiện ra điện trường bằng cách đặt một điện tích vào trong đó. Nếu có lực tác dụng lên điện tích thì tồn tại điện trường. Nếu không có lực tác dụng lên điện tích thì không tồn tại điện trường.

*Kết luận

- Điện trường được tạo ra bởi điện tích, là dạng vật chất tồn tại xung quanh điện tích và truyền tương tác giữa các điện tích.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu hình ảnh điện trường tại N mạnh hơn tại M (hình 17.3) cho HS quan sát.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi, nghiên cứu SGK và trả lời câu hỏi:

+ Để đặc trưng cho độ mạnh yếu của điện trường, người ta sử dụng khái niệm nào?

+ Làm thế nào để phát hiện lực điện tác dụng lên điện tích?

+ Dựa vào công thức  em có nhận xét gì về độ lớn lực điện F và điện tích q. Từ đó suy ra công thức tính cường độ điện trường.

- GV kết luận về khái niệm cường độ điện trường.

- GV thông báo cho HS: Cường độ điện trường là một đại lượng vecto.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và trả lời nội dung Hoạt động (SGK – tr66)

Hãy chứng tỏ rằng vecto cường độ điện trường  có:

+ Phương trùng với phương của lực điện tác dụng lên điện tích.

+ Chiều cùng với chiều của lực điện khi q > 0, ngược chiều với chiều của lực điện khi q < 0,

+ Độ lớn của vecto cường độ điện trường  bằng độ lớn của lực điện tác dụng lên điện tích 1 C đặt tại điểm ta xét.

- GV yêu cầu HS sử dụng công thức  và dựa vào SGK, xác định được công thức tính độ lớn cường độ điện trường do một điện tích điểm Q đặt trong chân không hoặc trong không khí gây ra tại một điểm cách nó một khoảng r.

- GV kết luận về nội dung cường độ điện trường.

- Để vận dụng kiến thức vừa học, GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và trả lời nội dung Hoạt động và Câu hỏi (SGK – tr66,67)

Hoạt động (SGK – tr66)

Xét điện trường của điện tích Q = 6.10^-14 C,  sử dụng đoạn thẳng dài 1 cm để biểu diễn cho độ lớn của vecto cường độ điện trường  (V/m). Hãy tính và vẽ vecto cường độ điện trường tại một điểm có khoảng cách đến Q là 2 cm và 3 cm.

Câu hỏi (SGK – tr67)

Một điện tích điểm Q = 6.10⁻¹³ C đặt trong chân không.

a) Xác định phương, chiều, độ lớn của cường độ điện trường do điện tích điểm Q gây ra tại một điểm cách nó một khoảng 1 cm, 2 cm, 3 cm.

b) Nhận xét về cường độ điện trường ở những điểm gần điện tích Q và ở những điểm cách xa điện tích Q.

c) Từ các nhận xét trên, em hãy mô tả cường độ điện trường do một điện tích điểm dương Q đặt trong chân không gây ra tại một điểm cách nó một khoảng r. Vẽ hình minh hoạ.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, quan sát hình ảnh, chăm chú nghe GV giảng bài, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân về ý nghĩa của cường độ điện trường, định nghĩa cường độ điện trường và công thức xác định cường độ điện trường.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

II. CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG

- Đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của điện trường được gọi là cường độ điện trường.

- Vecto cường độ điện trường  tại một điểm được xác định bằng tỉ số giữa vecto lực điện  tác dụng lên một điện tích q đặt tại điểm đó và giá trị của điện tích đó là:

*Trả lời Hoạt động (SGK – tr66)

- Công thức  xác định vecto cường độ điện trường tại một điểm, ta có:

+  Vecto cường độ điện trường  có cùng phương với vecto lực điện

+ Vecto cường độ điện trường  có chiều cùng với chiều lực điện  khi điện tích q > 0 và ngược chiều lực điện khi q < 0.

+ Độ lớn của cường độ điện trường có giá trị không đổi tại một điểm xác định và bằng . Nếu sử dụng điện tích thử q = 1 C thì E = F, độ lớn của cường độ điện trường chính bằng độ lớn lực điện tác dụng lên điện tích 1 C.

*Kết luận

- Độ lớn của cường độ điện trường do một điện tích điểm Q đặt trong chân không hoặc trong không khí gây ra tại một điểm cách nó một khoảng r có giá trị bằng:

*Trả lời Hoạt động (SGK – tr66)

- Áp dụng công thức tính độ lớn cường độ điện trường của một điện tích điểm: 
 , với Q = 6.10^-14 C, tính được cường độ điện trường tại điểm cách điện tích Q một khoảng 2 cm và 3 cm lần lượt là:  (V/m) và  (V/m).

Từ kết quả thu được, ta có hình vẽ:

*Trả lời Câu hỏi (SGK – tr67)

a) + Phương của cường độ điện trường của điện tích Q tại điểm M trong không gian là phương nối điện tích Q với điểm M.

+ Chiều cường độ điện trường là chiều từ Q đến M.

+ Độ lớn của cường độ điện trường do điện trường do điện tích điểm Q gây ra tại các điểm cách nó một khoảng 1 cm, 2 cm, 3 cm có giá trị lần lượt là: (V/m), (V/m) và (V/m).

b) - Cường độ điện trường ở những điểm gần điện tích Q hơn sẽ có giá trị lớn hơn.

- Cường độ điện trường ở những điểm cách xa điện tích Q hơn sẽ có giá trị nhỏ hơn.

c)  + Cường độ điện trường do một điện tích điểm Q đặt trong chân không gây ra tại một điểm M cách nó một khoảng r có phương QM, có chiều từ Q đến M nếu Q > 0 và có chiều từ M đến Q nếu Q < 0.

+ Độ lớn của cường độ điện trường tại M có giá trị bằng  .

+ Những điểm có cùng khoảng cách đến Q cường độ điện trường sẽ có độ lớn bằng nhau, những điểm ở gần Q hơn sẽ có độ lớn cường độ điện trường lớn hơn và ngược lại.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu hình ảnh các lực điện do Q₁, Q_2­ tác dụng lên điện tích thử q tại điểm A (hình 17.4) cho HS quan sát.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi, nghiên cứu SGK và trả lời nội dung Hoạt động (SGK – tr67)

Nếu trong không gian có hai điện tích điểm dương Q₁ = Q₂ được đặt ở hai điểm B và C, một điện tích thử q được đặt tại một điểm A như Hình 17.4. Hãy mô tả bằng hình vẽ lực điện tổng hợp do Q₁ và Q₂ tác dụng lên điện tích thử q.

- Sau khi HS trả lời câu hỏi, GV yêu cầu HS xây dựng công thức xác định cường độ điện trường tổng hợp của điện tích gây ra tại điểm A.

- GV kết luận về cường độ điện trường của hệ điện tích.

- Để củng cố kiến thức, GV yêu cầu HS trả lời nội dung Câu hỏi (SGK – tr68)

1. Đặt điện tích điểm Q₁ = 6.10⁻⁸ C tại điểm A và điện tích điểm Q₂ = −2.10⁻⁸C tại điểm B cách A một khoảng bằng 3 cm (Hình 17.5). Hãy xác định những điểm mà cường độ điện trường tại đó bằng 0.

2. Cho tam giác ABC vuông tại A có AB = 3 cm và AC = 4 cm. Tại điểm B ta đặt điện tích Q₁ = 4,5.10⁻⁸ C tại điểm C ta đặt điện tích Q₂=2.10⁻⁸ C.

a) Tính độ lớn của cường độ điện trường do mỗi điện tích trên gây ra tại A.

b) Tính cường độ điện trường tổng hợp tại A.

- GV yêu cầu HS tìm hiểu về điện trường của Trái Đất, khái niệm bụi mịn và trả lời nội dung Câu hỏi (SGK – tr68)

Một hạt bụi mịn loại pm2.5 có điện tích bằng 1,6.10⁻¹⁹ C lơ lửng trong không khí ở nơi có điện trường của Trái Đất bằng 120 V/m. Bỏ qua trọng lực, tính lực điện của Trái Đất tác dụng lên hạt bụi mịn và từ đó giải thích lí do hạt bụi loại này thường lơ lửng trong không khí.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, chăm chú nghe GV giảng bài, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

*CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG CỦA HỆ ĐIỆN TÍCH

*Trả lời Hoạt động (SGK – tr67)

*Kết luận

- Cường độ điện trường của hệ điện tích điểm gây ra tại một điểm được xác định bởi công thức:

*Trả lời Câu hỏi (SGK – tr67)

1. - Tại một điểm M bất kì trong không gian luôn tồn tại điện trường  do điện tích Q₁ gây ra và điện trường  do điện tích Q₂ gây ra. Để cường độ điện trường tại M bằng 0 thì:

-  (cùng phương, ngược chiều và độ lớn bằng nhau).

+ Để  ngược chiều thì điểm M phải nằm ngoài đoạn thẳng AB.

+ Để E₁ = E₂ .

- Vì |Q₁| > |Q₂| nên r₁ > r₂ (tức là điểm M phải nằm phía ngoài điểm B).

- Đặt BM = r (cm), ta có AM = 3 + r (cm)

Ta có:

 (cm).

2. a) - Cường độ điện trường do điện tích Q₁ gây ra tại A có độ lớn bằng:

(V/m)

- Cường độ điện trường do điện tích Q2 gây ra tại B có độ lớn bằng:

(V/m)

b) Cường độ điện trường tổng cộng  gây ra tại A có độ lớn:

 (V/m)

- Có  phương chiều như hình vẽ sau:

*Trả lời Câu hỏi (SGK – tr68)

- Lực điện của Trái Đất tác dụng lên hạt bụi mịn có độ lớn bằng:

F = qE = 1,6.10^-19.120 = 192.10^-19 N

- Vì hạt bụi mịn có điện tích dương nên lực điện sẽ có chiều theo chiều điện trường, tức là hướng từ trên xuống dưới mặt đất. Lực điện này là một trong những nguyên nhân làm cho các hạt bụi mịn không bị gió cuốn bay lên cao được.