Soạn mới giáo án Vật lí 11 KNTT bài 18: Điện trường đều

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi, nghiên cứu SGK tìm hiểu về điện trường đều và trả lời câu hỏi:

+ Nêu khái niệm điện trường đều.

+ Lấy ví dụ về điện trường đều và mô tả đường sức của điện trường đều nhau.

- GV lưu ý:

+ Những vùng không gian có điện trường tại mỗi điểm khác nhau không đáng kể cũng có thể được xem là điện trường đều.

+ Điện trường đều trong thực tế chỉ tồn tại trong một vùng không gian hẹp nào đó của điện trường.

- GV kết luận về nội dung khái niệm điện trường đều.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, 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 ĐỀU

- Điện trường đều là điện trường mà cường độ điện trường tại các điểm khác nhau có giá trị bằng nhau về độ lớn, giống nhau về phương và chiều.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu hình ảnh thí nghiệm về điện trường đều (hình 18.1) cho HS quan sát.

- GV yêu cầu HS tìm hiểu về thí nghiệm trong SGK và trả lời câu hỏi sau:

+ Nhận xét về điện trường giữa hai bản phẳng nhiễm điện trái dấu.

- GV nêu cường độ điện trường giữa hai bản phẳng nhiễm điện trái dấu đặt song song.

- Để vận dụng được biểu thức tính cường độ điện trường đều giữa hai bản phẳng nhiễm điện đặt song song xác định lực tác dụng lên điện tích đặt trong điện trường đều, GV hướng dẫn HS giải Bài tập ví dụ (SGK – tr71), không phụ thuộc vào lời giải trong SGK.

Hai bản phẳng kim loại đặt song song, cách nhau một khoảng d = 20 cm. Đặt vào hai bản này một hiệu điện thế một chiều U = 1000 V. Một hạt bụi mịn pm2.5 có điện tích q = 16.10^-19 C bay vào điện trường giữa hai bản phẳng. Hãy xác định phương, chiều và độ lớn của lực điện tác dụng lên hạt bụi đó.

- GV tổng kết nội dung điện trường đều giữa hai bản phẳng nhiễm điện đặt song song.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và trả lời nội dung Câu hỏi (SGK – tr72)

Để chẩn đoán hình ảnh trong y học, người ta thường sử dụng tia X (hay tia Rơn-ghen) để chụp X quang và chụp CT. Cho rằng vùng điện trường giữa hai cực của ống tia X (Hình 18.2) là một điện trường đều, chùm electron từ catot đến anot được coi là một chùm hẹp song song. Khoảng cách giữa hai cực bằng 2 cm, hiệu điện thế giữa hai cực là 120 kV. Hãy tính lực điện trường tác dụng lên electron.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, quan sát hình ảnh, 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 lên bảng giải bài tập ví dụ và câu hỏi.

- 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. ĐIỆN TRƯỜNG ĐỀU GIỮA HAI BẢN PHẲNG NHIỄM ĐIỆN ĐẶT SONG SONG

- Điện trường giữa hai bản phẳng nhiễm điện trái dấu đặt song song là điện trường đều.

- Cường độ điện trường giữa hai bản phẳng này có độ lớn bằng tỉ số giữa hiệu điện thế giữa hai bản phẳng và khoảng cách giữa chúng:

Trong đó, U là hiệu điện thế giữa hai bản phẳng, đơn vị là vôn (V);

d là khoảng cách giữa hai bản phẳng, đơn vị là mét (m);

E là cường độ điện trường giữa hai bản phẳng, đơn vị là vôn trên mét (V/m).

*Giải Bài tập ví dụ (SGK – tr71)

(Tham khảo lời giải trong SGK)

*Trả lời Câu hỏi (SGK – tr72)

- Cường độ điện trường giữa hai cực bằng:

 (V/m)

- Lực điện tác dụng lên electron tính được bằng:

F = qE = 1,6.10^-19.6.10⁶ = 9,6.10^-13 N.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV – HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chiếu hình ảnh chuyển động của điện tích q vào trong điện trường đều theo phương vuông góc với đường sức điện (hình 18.3) và chuyển động ném ngang của vật khối lượng m trong trường trọng lực (hình 18.4) cho HS quan sát.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi, nghiên cứu SGK và trả lời nội dung Hoạt động (SGK – tr72,73)

1. Giữa hai bản phẳng song song nhiễm điện có cường độ điện trường đều là . Một điện tích q > 0 có khối lượng m bay vào trong điện trường đều trên với vận tốc  theo phương vuông góc với đường sức. Môi trường giữa hai bản phẳng nhiễm điện là chân không. Biết rằng trong hiện tượng này, trọng lực là rất nhỏ so với lực điện. Hãy so sánh vectơ lực điện tác dụng lên điện tích q trong Hình 18.3 với vectơ trọng lực tác dụng lên vật khối lượng m khi chuyển động ném ngang trong trường trọng lực như Hình 18.4. Từ đó chỉ ra rằng có sự tương tự giữa hai chuyển động nói trên.

2. Hãy thảo luận về tác dụng của điện trường đều lên chuyển động của điện tích bay vào điện trường đều theo phương vuông góc với đường sức điện:

a) Điện trường ảnh hưởng như thế nào đến vận tốc của chuyển động?

b) Từ đó dự đoán dạng quỹ đạo chuyển động.

- Sau khi HS trả lời hoạt động, GV hướng dẫn HS giải Bài tập ví dụ (SGK – tr73), không phụ thuộc vào lời giải trong SGK để làm sáng tỏ thêm về quỹ đạo chuyển động của điện tích âm và điện tích dương trong điện trường đều.

Hai bản phẳng kim loại có kích thước lớn và bằng nhau, đặt song song với nhau, cách nhau một khoảng d = 24 cm như hình 18.5. Hiệu điện thế giữa hai bản phẳng là 48 V. Một electron (q = -1,6.10^-19, m = 9,1.10^-31 kg) bay vào chính giữa hai bản phẳng theo phương vuông góc với các đường sức điện với vận tốc 200 m/s. Bỏ qua điện trường của Trái Đất, lực cản môi trường, trọng lực tác dụng lên electron. Hãy viết phương trình quỹ đạo của chuyển động.

- GV tổng kết về nội dung tác dụng điện trường đều lên chuyển động của điện tích.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, quan sát hình ảnh, 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 lên bảng giải bài tập ví dụ và câu hỏi.

- 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.

III. TÁC DỤNG CỦA ĐIỆN TRƯỜNG ĐỀU LÊN CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐIỆN TÍCH

*Trả lời Hoạt động (SGK – tr72)

a) So sánh lực điện tác dụng lên điện tích q trong Hình 18.3 SGK với trọng lực tác dụng lên vật m chuyển động ném ngang trong Hình 18.4 SGK:

+ Vì điện tích q > 0 nên lực điện tác dụng lên điện tích cùng phương và chiều với điện trường tức là có phương thẳng đứng hướng xuống dưới. Độ lớn của lực được xác định bằng biểu thức: F = qE.

+ Phương và chiều của lực điện tác dụng lên điện tích q trong Hình 18.3 SGK hoàn toàn trùng với phương và chiều của trọng lực có độ lớn P = mg tác dụng lên vật m được ném ngang trong Hình 18.4 SGK - phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới.

+ Công thức về độ lớn của của lực điện F = qE và của trọng lực P = mg tính tương tự nhau.

b) Vận tốc ban đầu của điện tích q trong Hình 18.3 SGK và của vật m trong Hình 18.4 SGK đều có phương ngang, cùng chiếu. Giống như sự tương tự của ngoại lực tác dụng lên vật như đã nói ở phần (a), ta thấy có sự tương tự giữa hai chuyển động trong hai hình trên.

2. a) Lực điện không ảnh hưởng đến phương ngang của chuyển động nên điện tích sẽ chuyển động đều theo phương ngang.

- Lực điện có chiều thẳng đứng, hướng từ trên xuống dưới nên điện tích sẽ chuyển động nhanh dần đều theo phương dọc.

- Tương tự như chuyển động ném ngang, điện tích q có tốc độ không đổi theo phương ngang, theo phương dọc q có tốc độ tăng dần đều. Như vậy, dưới tác dụng của điện trường đều, vận tốc của q sẽ liên tục đối phương và tăng dẫn về độ lớn.

b) Hình dạng quỹ đạo chuyển động của điện tích q khi bay vào điện trường đều theo phương vuông góc với đường sức sẽ tương tự như quỹ đạo của vật m ném ngang và có dạng parabol.

*Giải Bài tập ví dụ (SGK – tr73)

(Tham khảo lời giải trong SGK)

*Kết luận

- Khi một điện tích bay vào điện trường đều theo phương vuông góc với đường sức, dưới tác dụng của lực điện trường: vận tốc theo phương song song với đường sức bị biến đối; vận tốc theo phương vuông góc với đường sức không thay đổi. Kết quả là vận tốc của điện tích liên tục đổi phương và tăng dần độ lớn, quỹ đạo chuyển động trở thành đường parabol.