Sáng kiến kinh nghiệm Giáo viên: ThS Tạ Hồng Sơn PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài, từ lâu Đảng Nhà nước ta xác định nhân tố hàng đầu nghiệp công nghiệp hóa – Hiện đại hóa đất nước Trong đó, giáo dục đào tạo phải có nhiệm vụ tạo nhân tố Với trường phổ thông, việc phát bồi dưỡng học sinh giỏi bước đầu quan trọng góp phần đào tạo em trở thành nhân tài đất nước Có thể nói, việc bồi dưỡng học sinh giỏi kết thước đo để đánh giá chất lượng dạy học, cách để nâng cao vị thế, hình ảnh nhà trường Đối với giáo viên, việc dạy bồi dưỡng học sinh giỏi công việc không đơn giản, đòi hỏi đam mê, tâm huyết kiên trì giáo viên Để có kết tốt, việc giáo viên phải tìm kiếm, phát học sinh có khiếu môn học, họ phải đọc, nghiên cứu nhiều tài liệu chuyên sâu đủ kiến thức bồi dưỡng cho em Với môn vật lí, môn thuộc lĩnh vực khoa học tự nhiên, vấn đề bồi dưỡng học sinh giỏi lại khó khăn Với học sinh, yêu cầu em phải có lực tư toán học tốt, óc sáng tạo cao khă làm việc độc lập Với giáo viên kiến thức chuyên môn sâu, họ phải xây dựng hệ thống tập có chất lượng để bồi dưỡng, rèn luyện cho em Chính vậy, việc biên soạn tài liệu để dạy bồi dưỡng vô quan trọng Nhận thấy tập bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí chương “Điện tích Điện trường” vật lí lớp 11, nhiều sách bồi dưỡng lại chưa xếp, phân loại rõ ràng Chính điều làm cho em lúng túng việc giải tập chương Xuất phát từ thực tế đó, chọn đề tài “ Xây dựng hệ thống tập chương “Điện tích Điện trường” dùng cho bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí trung học phổ thông 1.2 Mục đích nghiên cứu Sáng kiến kinh nghiệm Giáo viên: ThS Tạ Hồng Sơn Xây dựng hệ hệ thống tập chương “Điện tích Điện trường” chương trình vật lí lớp 11 nhằm bồi dưỡng học sinh giỏi 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Các tập dùng để bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí chương “Điện tích Điện trường” chương trình vật lí lớp 11 1.4 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập, tổng hợp tài liệu Thu thập, tổng hợp tài liệu tham khảo từ nguồn: đề thi học sinh giỏi vật lí, sách bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí sách tham khảo khác Phương pháp phân tích, tổng hợp lí thuyết Trên sở tài liệu thu thập được, tiến hành phân tích, đánh giá để lựa chọn tập phù hợp đối tượng học sinh giỏi 1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Hệ thống tập chương “Điện tích Điện trường” dùng để bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí THPT Cung cấp cho giáo viên học sinh tài liệu tham khảo hữu tích cho việc dạy, học bồi dưỡng học sinh giỏi vật lí Sáng kiến kinh nghiệm Giáo viên: ThS Tạ Hồng Sơn PHẦN 2: NỘI DUNG CHỦ ĐỀ 1: ĐIỆN TÍCH TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC ĐIỆN TÍCH ĐỊNH LUẬT CULÔNG A TÓM TẮT LÝ THUYẾT I ĐIỆN TÍCH Có hai loại điện tích: Điện tích dương điện tích âm Tương tác điện tích + Hai điện tích dấu: Đẩy + Hai điện tích trái dấu: Hút Định luật bào toàn điện tích - Trong hệ cô lập điện, tổng đại số điện tích số q1 + q + + q n = const - Mật độ điện tích phân bố thể tích hay mật độ điện khối, kí hiệu ρ định nghĩa là: ρ = dq dV (C/m3) dq điện tích chứa yếu tố thể tích dV vật mang điện - Mật độ điện tích mặt phân bố bề mặt hay mật độ điện mặt, kí hiệu σ , định nghĩa là: σ = dq dS (C/m2) dq điện tích chứa yếu tố diện tích bề mặt dS vật mang điện - Mật độ điện tích phân bố dọc theo chiều dài hay mật độ điện dài, kí hiệu λ , định nghĩa là: λ = dq dl (C/m) dq điện tích chứa yếu tố chiều dài d l vật mang điện II ĐỊNH LUẬT CULÔNG Định luật culông Lực tương tác điện tích điểm q 1, q2 đứng yên đặt cách khoảng r môi trường số điện môi ε có: - Điểm đặt: điện tích xét - Phương: trùng với đường nối điện tích Sáng kiến kinh nghiệm Giáo viên: ThS Tạ Hồng Sơn - Chiều: hướng xa q1.q2 > hướng vào q1.q2 < - Độ lớn: F = k Với k = ε0 = q1 q εr = 9.109 (Nm 2C −2 ) : hệ số tỉ lệ; 4πε = 8,85.10−12 (F/m): số điện; 36π.10 ε : số điện môi trường - Biểu diễn: q1 q2 q2 q1 Chú ý: Định luật culông áp dụng cho: + Các điện tích điểm + Các điện tích phân bố vật dẫn hình cầu (coi điện tích điểm tâm) Nguyên lý chồng chất lực điện Giả sử có n điện tích điểm q 1, q2,….,qn tác dụng lên điện tích điểm q lực tương tác tĩnh điện F1 , F2 , , Fn lực điện tổng hợp điện tích điểm tác dụng lên điện tích q tuân theo nguyên lý chồng chất lực điện: F = F1 + Fn + + Fn = ∑F i F xác định theo hai cách sau: a) Cộng hai vectơ theo quy tắt cộng hình học - Nếu F1 , F2 phương, chiều: r F1 + F chiều với F1 , F2 r F r F2 + Độ lớn F: F = F1 + F2 - Nếu F1 , F2 phương, ngược chiều : + F có chiều F1 (nếu F1 > F2) + Độ lớn F: F = |F1 - F2| r F2 r F r F1 Sáng kiến kinh nghiệm Giáo viên: ThS Tạ Hồng Sơn - Nếu F1 vuông góc với F2 F2 + F hợp với F1 góc α với tan α = F1 r F r F1 α + Độ lớn F: F = F12 + F22 r r - Nếu F1 hợp với F2 góc α : r F2 r F r F1 F2 = F12 + F22 − 2F1F2 cos β α Hay F2 = F12 + F22 + 2F1F2 cos α với α = π − β b Phương pháp hình chiếu r F2 Chọn hệ trục tọa độ Oxy vuông góc chiếu vectơ lên trục tọa độ Ta có: { ∑ Fix Fy = F1y + F2 y + = ∑ Fiy Fx = F1x + F2 x + = Suy ra: F = Fx2 + Fy2 u r * Ngoài lực điện trọng lực P (P = mg) vật mang điện (quả cầu mang điện chẳng hạn) chịu tác dụng lực khác như: ur - Lực căng dây T ; - Lực đẩy Ac-si-met: FA = VDg (với V thể tích khối lỏng bị vật chiếm chỗ; D khối lượng riêng chất lỏng, g gia tốc trọng trường); - Lực đàn hồi lò xo: Fñh = k.∆l = k(l − l0 ) B HỆ THỐNG BÀI TẬP q3 = q4 = q5 = q6 = q7 = 10-7C nối với sợi dây có hệ số đàn hồi (hình vẽ bên) q2 q1 Bài 1: Bảy điện tích có độ lớn q = q = q2 = q7 q6 q3 Khoảng cách điện tích cạnh l = 1cm Xác định lực căng dây điện tích trạng thái cân bằng, bỏ qua trọng lượng điện tích Hướng dẫn giải q5 q4 Sáng kiến kinh nghiệm Giáo viên: ThS Tạ Hồng Sơn Có thể nhận thấy lực căng dây nối điện tích Giả sử ta xét điện tích số hình vẽ Do lực căng ba sợi dây tác dụng lên q6 như nên TA = TB = TC = T (T lực căng dây) q2 q1 q6 ur Gọi T hợp lực ba lực căng tác dụng lên ur Tu A r u rT C TB q7 q3 q q6, ta có: q ur ur ur ur ur ur T = T A + T B + T C = 2T C = 2T r r r r r r Gọi F1 ,F2 ,F3 ,F ,F5 ,F7 lực điện q1, q2, q3, q4, q5, q7 tác dụng lên q6 Hợp lực lực điện tác dụng lên q6 là: r r r r r r r F = (F1 + F5 ) + (F2 + F4 ) + (F3 + F7 ) Trong kq kq F15 = F1cos 60 = 2 = l l kq kq F24 = F2cos300 = = ( l )2 l r F5 r rF4 r F24 F15 r F2 r F1 q2 q1 q6 q7 q3 q5 q4 kq kq Còn F7 = F3 = l 4l Vậy F = kq kq kq kq kq   + + + = , 25 +  ÷ l2 l2 l2 4l l2  3 Do điện tích q6 trạng thái cân nên F = T6 kq   Hay  2,25 + ÷ = 2T l  3 kq   kq 2 , 25 + = T ≈ , 41 ≈ 1,27 N Vậy lực căng dây là:  ÷ 2l  l2 3 Bài 2: Hai cầu nhỏ giống khối lượng riêng ρ1 treo hai dây nhẹ chiều dài vào điểm Cho hai cầu nhiễm điện Sáng kiến kinh nghiệm Giáo viên: ThS Tạ Hồng Sơn giống nhau, chúng đẩy dây treo hợp góc α1 Nhúng hệ vào chất điện môi lỏng có khối lượng riêng ρ2 , góc hai dây treo α < α1 a Tính ε điện môi theo ρ1 , ρ2 , α1 , α b Định ρ1 để α = α1 Hướng dẫn giải r l α u T 1 a/ Tính ε điện môi theo ρ1 , ρ2 , α1 , α Xét cầu 1, ta xét trường hợp sau: q u r1 P q2 Trong không khí: r F1 ur r u r + Các lực tác dụng vào cầu: trọng lực P , lực căng dây T1 , lực điện F1 u r ur r r ur u r r Khi cầu vị trí cân P + T1 + F1 = ⇒ T1 = −(P + F1 ) α1 q2 α F1 = P.tan ⇒ k = mg tan Từ hình vẽ, ta có: α 2 (2lsin ) 2 (1) Trong điện môi ε : u r u r r l α T + Các lực tác dụng vào cầu: trọng lực P , 2 FAr ur r r lực căng dây T , lực điện F2 , lực đẩy Acsimet FA q1 F2 q2 u r' u r ur r r r P Khi cầu vị trí cân P + T + F2 + FA = u r P Từ hình vẽ, ta có: α2 q2 α F2 = (P − FA ).tan ⇒k = (ρ1 − ρ2 )Vg tan α 2 ε(2lsin ) 2 - Từ (1) (2) suy ra: α2 α1 α1 α1 tan sin tan = ρ1 ⇒ ε = ρ1 2 ε α α ρ1 − ρ2 sin α tan α sin ρ1 − ρ2 tan 2 2 sin b Định ρ1 để α = α1 Khi α1 = α ε = ρ1 ε.ρ2 ⇒ ρ1 = ρ1 − ρ2 ε −1 (2) Sáng kiến kinh nghiệm Giáo viên: ThS Tạ Hồng Sơn Vậy giá trị ρ1 để α1 = α ρ1 = ε.ρ2 ε −1 Bài 3: Hai cầu nhỏ giống nhau, mang điện tích dương q đặt cố định A B (AB = 2l) chân không Tại trung điểm O AB đặt cầu nhỏ mang điện tích –q, khối lượng m (các cầu coi điện tích điểm) Kéo cầu lệch khỏi vị trí O đoạn x ( x [...]... chồng chất điện trường E = E1 + E n + + E n = ∑ Ei II CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG CỦA VẬT MANG ĐIỆN Để xác định cường độ điện trường do một vật mang điện có kích thước bất kỳ gây ra, ta áp dụng ngun lý chồng chất điện trường Ta tưởng tượng phân chia vật mang điện thành nhiều phần có kích thước rất nhỏ sao cho điện tích ∆q của mỗi phần đó có thể xem là điện tích điểm r uur uur 1 ∆q r Vậy cường độ điện trường. .. λ 2πε0a c Cường độ điện trường gây bởi khối cầu tâm O, bán kính a, tích điện đều với mật độ điện tích khối ρ > 0 - Điện trường tại điểm M nằm ngồi khối cầu: E ngoài ρa3 = 2 3εε 0 rngoà i u r En O - Điện trường tại điểm M nằm trong khối cầu: 14 aM u r Et M Sáng kiến kinh nghiệm E trong Giáo viên: ThS Tạ Hồng Sơn ρa3 = 2 3εε0 rtrong B HỆ THỐNG BÀI TẬP Bài 1: Xác định cường độ điện trường gây ra bởi một... của điện tích q có biểu qQ 4πεε0 r W= thức: 3 Điện thế Hiệu điện thế a Điện thế - Điện thế của điện trường gây ra bởi một điện tích điểm Q tại một điểm M cách Q một khoảng r là: VM = kQ +C εrM - Nếu chọn gốc điện thế ở vơ cùng thì C = 0 ⇒ VM = kQ εrM - Điện thế của điện trường gây ra bởi hệ điện tích điểm Q 1,Q2, tại một điểm trong điện trường được xác định: n V = V1 + V2 + + Vn = ∑ Vi i b Hiệu điện. .. thế - Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trong điện trường là: U MN = VM − VN ⇒ A MN = q ( VM − VN ) 4 Hệ thức liên hệ giữa cường độ điện trường và điện thế - Độ lớn của cường độ điện trường bằng độ giảm của điện thế trên một đơn vị chiều dài dọc theo đường sức điện trường: 27 Sáng kiến kinh nghiệm Giáo viên: ThS Tạ Hồng Sơn E=− ∆V ∆n 5 Thế năng tương tác của hệ điện tích - Đối với hệ 2 điện tích q1,q2:... tính cường độ điện trường cho điện tích điểm tại tâm đường tròn và sử dụng ngun lí chồng chất điện trường để tìm cường độ điện trường tổng hợp tại tâm Trên cung phần tư phía trên mang điện dương, xét một đoạn rất nhỏ, vì điện tích phân bố đều nên mật độ điện tích dài là 23 λ= q 1 πR 2 = 2q πR Sáng kiến kinh nghiệm Giáo viên: ThS Tạ Hồng Sơn Tương tự, trên cung phần tư phía dưới mang điện âm, y tồn... 11 Sáng kiến kinh nghiệm Giáo viên: ThS Tạ Hồng Sơn Từ (1), (2) và (3), suy ra: q =a mga 3k l 2 − a 3 2 = 3 310 0,0110 3 310 −2 −2 3.910 (3 310 −2 ) 2 (510 ) − 3 = 1,1410 −7 C −2 2 9 CHỦ ĐỀ 2: ĐIỆN TRƯỜNG A TĨM TẮT LÝ THUYẾT I CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG CỦA ĐIỆN TÍCH ĐIỂM 1 Khái niệm điện trường: là mơi trường tồn tại xung quanh điện tích và tác dụng lực lên điện tích khác đặt trong nó 2 Cường độ điện. .. 3q và phải có độ lớn E16 = E1245 = E14 = E 25 = k 3q R2 Suy ra điện tích x = 6q CHỦ ĐỀ 3: CƠNG CỦA LỰC ĐIỆN TRƯỜNG ĐIỆN THẾ HIỆU ĐIỆN THẾ A TĨM TẮT LÝ THUYẾT 1 Cơng của lực điện trường - Cơng của lực điện trường để di chuyển điện tích q từ điểm M đến điểm N là:  kQ kQ  A MN = q  − ÷ ε r  M εrN  - Cơng của lực điện trường khi di chuyển điện tích q theo một đường cong bất kì chỉ phụ thuộc vào vị trí... xét: hai điện tích đối tâm q 1 và q2 của mặt đồng hồ ln cùng dấu sao cho q1 − q 2 = 6q và các vectơ cường độ điện trường gây bởi hai điện tích đối tâm ln ngược hướng nhau Cường độ điện trường tổng hợp của hai điện tích đối tâm q 1 và q2 tại tâm có độ lớn: 24 Sáng kiến kinh nghiệm Giáo viên: ThS Tạ Hồng Sơn E12 = k q1 q 6q − k 22 = k 2 2 R R R Vậy các vectơ cường độ điện trường do từng đơi điện tích... r Q 0 : F cùng hướng với E r ur q < 0 : F ngược hướng với E 5 Ngun lý chồng chất điện trường Giả sử có các điện tích q1, q2,… ,qn gây ra tại M các vectơ cường độ điện trường E1 , E n , , E n thì vectơ cường độ điện trường tổng hợp do các điện tích tích trên gây... ur Suy ra, hướng của vectơ cường độ điện trường E1245 sẽ hướng từ tâm O về điện tích x như hình vẽ ur Gọi E16 là vec tơ cường độ điện trường tổng hợp của điện tích x và 3q Để ur ur r vectơ cường độ điện trường tổng hợp tại tâm O bằng 0 thì E16 + E1245 = 0 nghĩa là chúng phải có chiều ngược nhau và cùng độ lớn ur Vậy vectơ cường độ điện trường E16 phải hướng từ O về điện tích 3q và phải có độ lớn E16