Ren luyen ki nang giai bai tap Tĩnh điện VL11

Nếu học sinh không được cung cấp các công thức tổng quát và các công thức hệ quả của mỗi dạng bài tập để tìm ra kết quả nhanh nhất thì không thể đủ thời gian để hoàn thành tốt bài làm tr

A PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Nếu ai đó cho rằng khoa học là bộ môn khô khan, là không hấp dẫn Vâng! Đúng như thế đối với những ai thiếu trí tưởng tượng, thiếu óc tò mò và lười suy nghĩ Thực ra khoa học vô cùng hấp dẫn và phong phú, khoa học làm thay đổi cuộc sống con người, làm cho xã hội ngày càng văn minh, hiện đại, khoa học luôn mở ra những chân trời mới lạ và nó đã làm giàu cho tri thức nhân loại

Trong những năm gần đây, bộ môn Vật lí là một trong số các môn học được Bộ Giáo dục và Đào tạo chọn hình thức kiểm tra và thi theo phương pháp trắc nghiệm khách quan Với hình thức thi này, thời gian dành cho mỗi câu hỏi

và bài tập là rất ngắn, khoảng 1,5 phút Nếu học sinh không được cung cấp các công thức tổng quát và các công thức hệ quả của mỗi dạng bài tập để tìm ra kết quả nhanh nhất thì không thể đủ thời gian để hoàn thành tốt bài làm trong các kỳ thi và kiểm tra

Trong chương I của Vật lí 11, bài tập phần “Tĩnh điện” thật sự đa dạng đối với học sinh, nhất là học sinh vùng nông thôn càng khó nắm bắt hơn Hơn nữa trong phân phối chương trình mới cũng chỉ có 3 tiết bài tập trong phần này Chính vì vậy học sinh rất lúng túng không giải được nhanh các câu trắc nghiệm bài tập trong các bài kiểm tra Vì có quá nhiều công thức, nhiều lập luận, mà học sinh không lường tới

Vì vậy, vấn đề đặt ra là: Làm cách nào để học sinh nắm chắc kiến thức và giải quyết được các bài tập ở phần này? Ở đây, đối tượng là toàn bộ học sinh cần phải nắm bắt những phương pháp và cách xử lí một bài tập trắc nghiệm trong khoảng thời gian ngắn Chính vì những lý do nêu trên, tôi xin đưa ra một giải pháp để giải quyết vấn đề thắc mắc của học sinh trong phạm vi nhỏ liên quan đến bài tập về “Tĩnh điện” trong chương I - Vật lí 11 Giải pháp này giúp các em học sinh nắm vững được phương pháp, phân loại được các dạng bài tập và có

cách nhìn nhận để nắm được “Phương pháp giải bài tập Tĩnh điện” giúp các

em tìm ra kết quả nhanh nhất để hoàn thành tốt bài làm trong các kỳ thi và kiểm tra

2 Mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu

Hình thành cho học sinh một cách tổng quan về phương pháp giải và rèn luyện một kĩ năng giải bài tập Tĩnh điện – Vật lí 11

Từ đó có thể giúp các em nắm vững kiến thức trong quá trình học tập, đồng thời vận dụng một cách thành thạo, linh hoạt trong việc giải các bài tập trắc nghiệm được nhanh và chính xác

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu “Phương pháp giải bài tập phần Tĩnh điện” trong chương I - Vật lí 11 cơ bản

Phạm vi nghiên cứu các bài tập trong chương I Vật lí 11 - cơ bản

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp quan

- Phương pháp trao đổi, thảo luận

- Phương pháp thực nghiệm

- Phương pháp điều tra

5 Tính mới của đề tài

Dựa vào phương pháp giải từng loại bài tập để rèn kĩ năng giải nhanh các bài tập, đồng thời giúp học sinh nắm bắt nhanh các kiến thức để giải nhanh các bài tập trắc nghiệm Từ đó kết quả đạt được trong các bài kiểm tra sẽ tốt hơn

B NỘI DUNG

1 Cơ sở lí luận có liên quan đến vấn đề nghiên cứu

- Dựa vào các phương pháp dạy học phù hợp với đối tượng

- Dựa vào các phương pháp dạy học lấy người học là trung tâm

- Dựa vào các công thức toán học và phương pháp tính nhẩm

- Dựa vào các dạng bài tập chương I

- Dựa vào thực tế học sinh Trường THPT Văn Ngọc Chính

Phương pháp dạy học là một bộ phận hợp thành của quá trình sư phạm nhằm đào tạo thế hệ trẻ có tri thức khoa học, về thế giới quan và nhân sinh quan, thói quen và kĩ năng thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tế

Đối với môn vật lí ở trường phổ thông, bài tập vật lí đóng một vai trò hết sức quan trọng, việc hướng dẫn học sinh làm bài tập vật lí là một hoạt động dạy học,

là một công việc khó khăn, ở đó bộc lộ rõ nhất trình độ của người giáo viên vật

lí trong việc hướng dẫn hoạt động trí tuệ của học sinh, vì thế đòi hỏi người giáo viên và cả học sinh phải học tập và lao động không ngừng Bài tập vật lí sẽ giúp học sinh hiểu sâu hơn những qui luật vật lí , những hiện tượng vật lí Thông qua các bài tập ở các dạng khác nhau tạo điều kiện cho học sinh vận dụng linh hoạt những kiến thức để tự lực giải quyết thành công những tình huống cụ thể khác nhau thì những kiến thức đó mới trở nên sâu sắc hoàn thiện và trở thành vốn riêng của học sinh Trong quá trình giải quyết các vấn đề, tình huống cụ thể do bài tập đề ra học sinh phải vận dụng các thao tác tư duy như so sánh phân tích, tổng hợp khái quát hoá để giải quyết vấn đề, từ đó sẽ giúp giải quyết giúp phát triển tư duy và sáng tạo, óc tưởng tượng, tính độc lập trong suy nghĩ, suy luận Nên bài tập vật lí gây hứng thú học tập cho học sinh

Trong phần này tôi chủ yếu trình bày sự kết hợp phương pháp giải từng loại bài tập một cách linh hoạt kết hợp với các công thức toán học thông dụng để rèn luyện kĩ năng giải nhanh bài tập “Tĩnh điện”

2 Cơ sở thực tiễn của vấn đề nghiên cứu

Trước tình hình học vật lí phải đổi mới phương pháp dạy học đã và đang thực sự là yếu tố quyết định hiệu quả giờ dạy Mà việc rèn luyện cho học sinh kĩ

năng để giải quyết một vấn đề đặt ra hay một bài tập cũng rất khó khăn, nhất là các trường ở vùng nông thôn, vùng đặc biệt khó khăn

Ở môn chương I - Vật lí lớp 11 học về Điện trường, trong đó các bài tập về tĩnh điện đòi hỏi học sinh phải nắm vững kiến thức Toán học, công thức Vật lí

và cách lập luận mới có thể giải được bài tập Qua các năm trước đó theo thống

kê điểm kiểm tra chương I thì thấy số liệu đạt được như sau: Giỏi 11,8%, Khá 29,4%, TB 47%, Yếu 11,8% Đây là lấy số liệu của lớp có mặt bằng tốt nhất (trên 60% là học sinh Khá, Giỏi, không có học sinh Yếu) so với các lớp còn lại trong khối Từ đó cho thấy việc tiếp thu nắm bắt kiến thức trong chương này của học sinh tương đối khó, nhất là việc giải bài tập phần “Tĩnh điện” này

3 Các giải pháp tiến hành giải quyết vấn đề

Từ cơ sở lí luận và thực tiễn dạy học, tôi đã thấy rằng: “Phương pháp giải

bài tập Tĩnh điện” là rất cần thiết Đầu năm học này, tôi đã mạnh dạn sử dụng

kết hợp các công thức toán học cùng với việc sử dụng máy tính bỏ túi để giải nhanh các bài tập

3.1 Giúp học sinh nắm vững một số kiến thức toán vận dụng giải bài tập Tĩnh điện

3.1.1 ĐẠI SỐ

a) Số mũ cơ số 10

* 10m.10n = 10m+n * 10m/10n = 10m-n * (10m)n = 10m.n

* 10m = 10m/2 với m chẵn * 1/ 10m = 10-m

b) Cộng, trừ 2 số có cùng số mũ

* a.10m + b.10m = (a + b).10m

* a.10m - b.10m = (a - b).10m

Nếu 2 số không cùng số mũ thì ta đổi số mũ của 1 trong 2 số giống với

số mũ của số còn lại

* 5.109 + 3.108 = 5.109 + (0,3).109 = (5+ 0,3).109 = 5,3.109

Hay: 5.109 + 3.108 = 50.108 + 3.108 = (50 + 3).108 = 53.108

3.1.2 HÌNH HỌC

a Hệ thức lượng trong tam giác vuông

B

A

b

+

CA

AB

= α

CA

CB

= α

+

CB

AB

= α

tan (3) +

AB

CB

anα =

b Tính nhanh sin, cos của các góc đặc biệt

Ta rút căn rồi chia 2 là có kết quả sin, cos các góc đặt biệt

c Định lý hàm số cosin

Trong tam giác A,B,C cạnh a,b,c ta luôn có:

+a2 = b2 + c2 - 2b.c.cos A

+b2 = a2 + c2 - 2a.c.cos B

+c2 = a2 + b2 - 2a.b.cos C

d Phép cộng hai vectơ

Cho hai vectơ a,bgọi c=a+blà vectơ tổng của hai vectơ đó, được xác định theo quy tắc hình bình hành

Gọi α là góc giữa hai vectơ a,bthì theo định lí hàm số cosin ta có:

c2 = a2 + b2 - 2a.b.cosβ Hay c2 = a2 + b2 + 2a.b.cosα Suy ra:

+‌ Nếu a,bcùng hướng thì: c = a + b

+ Nếu a,bngược hướng thì: c = |‌a -b‌|

+ Nếu a,bvuông góc thì: c2 = a2 + b2

F

21

F

12

F

q1.q2 >0

12

F

r

q1.q2 < 0

3.2 Xây dựng phương pháp giải một số dạng bài tập trong phần “Tĩnh điện”

Dạng 1: Xác định lực tương tác giữa 2 điện tích và các đại lượng trong công thức định luật Cu – lông.

Lực tương tác giữa 2 điện tích điểm q1; q2 đặt cách nhau một khoảng r trong môi trường có hằng số điện môi ε là F F12 ; 21 có:

- Điểm đặt: trên 2 điện tích

- Phương: đường nối 2 điện tích

- Chiều: + Hướng ra xa nhau nếu q1.q2 > 0 (q 1 ; q 2 cùng dấu)

+ Hướng vào nhau nếu q1.q2 < 0 (q 1 ; q 2 trái dấu)

- Độ lớn: 2

2 1

.r

q q k F

ε

= ; k = 9.109

2 2

N m C

- Biểu diễn:

Dạng 2: Tìm lực tổng hợp tác dụng lên một điện tích.

- Lực tương tác của nhiều điện tích điểm lên một điện tích điểm

- Biểu diễn các các lực bằng các vectơ, gốc tại điểm ta xét

- Vẽ các vectơ hợp lực theo quy tắc hình bình hành

- Tính độ lớn của lực tổng hợp dựa vào phương pháp hình học hoặc định lí hàm số cosin

* Các trường hợp đăc biệt:

Đối với các câu trắc nghiệm thì dùng phương pháp như thế không giải quyết được bài toán nhanh chóng, cho nên tôi đã mạnh dạn đưa ra quy tắc xác định

hướng của vectơ tổng hợp như sau: Quy tắc trong trái ngoài đồng

+ Nếu 2 điện tích cùng dấu

+ Nếu 2 điện tích trái dấu

+ Vectơ tổng theo chiều vectơ lớn hơn Sau đó vận dụng nguyên lí chồng chất để

tính độ lớn Vận dụng quy tắc này cũng có thể giải bài toán tìm vị trí cân bằng của điện tích.

Dạng 3 : Xác định cường độ điện trường tạo bởi một điện tích điểm và lực điện trường tác dụng lên điện tích điểm

- Áp dụng các đặc điểm về: Phương, chiều và độ lớn của cường độ điện trường do một điện tích điểm Q gây ra tại một điểm

- Lực điện trường được xác định bởi: F=q E

+ Nếu q > 0, F và E cùng chiều

+ Nếu q < 0, F và E ngược chiều.

Độ lớn: F = q E

Dạng 4 : Xác định cường độ điện trường do điện tích gây ra tại một điểm

Cường độ điện trường do điện tích điểm Q gây ra có:

+ Điểm đặt: Tại điểm đang xét;

q1>0 q >0 q2 >0

1

F  F 2 F 2 F 1 F 1F 2

q1>0 q >0 q2 <0

1

F  F 2 F 1F 2 F 2 F 1

+ Phương: Trùng với đường thẳng nối điện tích Q và điểm đang xét;

+ Chiều: Hướng ra xa Q nếu Q > 0 và hướng về Q nếu Q < 0;

+ Độ lớn: 2

Q

E k

r

ε

= , trong đó k = 9.109 Nm2C-2

Dạng 5 : Xác định cường độ điện trường tổng hợp do nhiều điện tích gây ra tại một điểm

- Áp dụng nguyên lí chồng chất điện trường: E→ = + +E E→1 →2 +→E n

- Vẽ vectơ hợp lực theo quy tắc hình bình hành

- Tính độ lớn hợp lực dựa vào phương pháp hình học hoặc định lí hàm số cosin

* Các trường hợp đặc biệt:

+ E1↑↑E2⇒E=E1+E2

+ E1↑↓E2⇒ E= E1−E2

2

2 1 2

E ⊥  ⇒ = +

2

2 1 2

E  = ⇒ = + +

Nếu

2 cos

2 1

2 1

α

E E E

E = ⇒ =

Dạng 6: Tìm vị trí để cường độ điện trường tổng hợp triệt tiêu

a/ Trường hợp 2 điện tích cùng dấu:( q1,q2 > 0 ) : q1đặt tại A, q2 đặt tại B

Gọi M là điểm có cường độ điện trường tổng hợp triệt tiêu

E M= E1+ E 2= 0 ⇒ M ∈ đoạn AB (r1= r2)

⇒ r1+ r2= AB (1) và E1 = E2 ⇒ 2

1

2 2

r

r

= 1

2

q

q

(2) ⇒ Từ (1) và (2) ⇒ vị trí M

b/ Trường hợp 2 điện tích trái dấu:( q1 ,q2 < 0 )

* q1 > q2 ⇒ M đặt ngoài đoạn AB và gần B(r1> r2)

⇒ r1- r2= AB (1) và E1 = E2 ⇒ 2

1

2 2

r

r

= 1

2

q q

(2)

A

q1

B

q2

M

1

E

2

E

E

⇒ Từ (1) và (2) ⇒ vị trí M

* q1 <q2 ⇒ M đặt ngoài đoạn AB và gần A(r1< r2)

⇒ r2 - r1= AB (1) và E1 = E2 ⇒ 2

1

2 2

r

r

= 1

2

q

q

(2) ⇒ Từ (1) và (2) ⇒ vị trí M

3.3 Một số bài toán minh họa

3.3.1 Bài tập tự luận

Bài 1: Ba vật nhỏ mang điện tích q = 10-5C, q1= 2.10-5C, q2 = -2.10-5C đặt trong không khí cách đều nhau một đoạn r = 1m Tính lực điện do 2 điện tích q1,

q2 gây ra cho tích q3

Giải

Các lực do q q1, 2 tác dụng lên q3 có phương chiều như hình vẽ Độ lớn lần lượt là:

1 2

1 q q2 3,6

r

1 2

2 q q2 3,6

r

- Vì F1=F2 và tam giác CF F1 2 cân nên,

ta có:

F 2F cos1 2 F1 AH

AC

α

= = = =2.3,6 cos 60 = 3,6 ( N)

Bài 2: Cho hai điện tích điểm q1 = 10-6C, q2 = -2.10-6C đặt tại hai điểm A,B cách nhau 20cm trong không khí Xác định vectơ cường độ điện trường tại điểm

M cách đều A,B các khoảng AM = BM = 20cm

Giải

m V AM

q k

) 2 , 0 (

10 10

2

6 9 2

1

Tại M có các vectơ cường độ diện trường E1,E2do q1, q2 gây ra biểu diễn như hình vẽ

Với:

1

F

uu 

2

F

C

H

α

1

q q2

q

m V BM

q k

) 2 , 0 (

10 2 10

2

6 9 2

2

Vectơ cường độ điện trường tổng hợp tại M là E=E1 +E2

- Theo hình vẽ ta có: E2 = E12 + E22 - 2E1E2cosα; ΔABM đều α = 60o , thay số tính được E = 3,9.105V/m

- Hướng của vectơ E: theo định lí hàm số sin ta có

β

α sin

sin

= =>

E

β .sin

sin = 1 ≈ 0,5 => β ≈ 30o Vậy vectơ Ecó độ lớn E = 3,9.105V/m; có phương hợp với MB một góc 30o

Bài 3: Hai điện tích điểm q1 = 3.10-8 C và q2 = - 4.10-8 C được đặt cách nhau 10cm trong chân không Hãy tìm các điểm mà tại đó cường độ điện trường bằng không Tại các điểm đó có điện trường không?

Giải

Gọi C là điểm mà tại đó cường độ điện trường bằng 0 Gọi →E1 và →E2là cường độ điện trường do q1 và q2 gây ra tại C, ta có E→=E→1 + →E2 = 0

=>→E1 = - →E2

Hai vectơ này phải cùng phương, tức là điểm C phải nằm trên đường thẳng

AB Hai vectơ này phải ngược chiều, tức là C phải nằm ngoài đoạn AB Hai vectơ này phải có mô-đun bằng nhau, tức là điểm C phải gần A hơn B vài |q1| < |

q2|

Do đó ta có:

k 1 2

.

|

|

AC

q

2

) (

|

|

AC AB

q

+

4

1 2

2

=

=











q

q AC

AC AB

=> AC = 64,6cm

Ngoài ra còn phải kể tất cả các điểm nằm rất xa q1 và q2 Tại điểm C và các điểm này thì cường độ điện trường bằng không, tức là không có điện trường

3.3.2 Bài tập trắc nghiệm

Câu 1 Khoảng cách giữa một prôton và một êlectron là r = 5.10-9 (cm), coi rằng prôton và êlectron là các điện tích điểm Lực tương tác giữa chúng là

A lực hút với F = 9,216.10-12 (N) B lực đẩy với F = 9,216.10-12 (N)

C lực hút với F = 9,216.10-8 (N) D lực đẩy với F = 9,216.10-8 (N)

HD: prôton và êlectron hút nhau => Đáp án A hoặc C

) 10 5 (

) 10 6 , 1 ( 10 9

10

2 11

2 19 9

2 2 1

r

q q

Câu 2 Hai điện tích điểm bằng nhau đặt trong chân không cách nhau một

khoảng r = 2 (cm) Lực đẩy giữa chúng là F = 1,6.10-4 (N) Độ lớn của hai điện tích đó là

A q1=q2 = 2,67.10-6 (C) B q1=q2 = 2,67.10-8 (C)

C q1=q2 = 2,67.10-9 (C) D.q1=q2= 2,67.10-7 (C)

9

2 2 4

9

2 2

2

2

9

32 10

9

) 10 2 (

10 6 , 1 10 9

10

−

−

=

=

=

⇒

r

q F

⇒ q = 2,67.10−9(C) Chọn C

Câu 3 Hai quả cầu nhỏ có điện tích 10-7 (C) và 4.10-7 (C), tương tác với nhau một lực 0,1 (N) trong chân không Khoảng cách giữa chúng là

A 0,6 (cm) B 0,6 (m) C 6 (m) D 6 (cm)

7 7

9 2

1 9 2

2

2

1 , 0

10 4 10 10 9

10 9

10

−

−

=

=

=

⇒

=

F

q q r

r

q F

⇒ r = 6 10− 2( m ) = 6 ( cm ) Chọn D

Câu 4 Đặt một điện tích thử - 1μC tại một điểm, nó chịu một lực điện 1mN có

hướng từ trái sang phải Cường độ điện trường có độ lớn và hướng là

A 1000 V/m, từ trái sang phải B 1000 V/m, từ phải sang trái

C 1V/m, từ trái sang phải D 1 V/m, từ phải sang trái

HD: 1000( / )

10

10

6

3

m V q

F

E = = −− =

Vì q < 0 nên hướng của E ngược với hướng của F

Câu 5 Một điện tích q = 10-7 (C) đặt tại điểm M trong điện trường của một điện tích điểm Q, chịu tác dụng của lực 3.10 -3 (N) Cường độ điện trường do điện tích điểm Q gây ra tại điểm M có độ lớn là

A EM = 3.10 5 (V/m) B EM = 3.10 4 (V/m)

C EM = 3.10 3 (V/m) D EM = 3.10 2 (V/m)

HD: 3.104(V /m)

q

F

Câu 6 Một điện tích điểm dương Q trong chân không gây ra tại điểm M cách

điện tích một khoảng 30 (cm), một điện trường có cường độ E = 30000 (V/m)

Độ lớn điện tích Q là

A 3.10-5 (C) B 3.10-6 (C) C 3.10-7 (C) D 3.10-8 (C)

10 9

) 10 3 (

10 3 10 9

10

9

2 1 4

9

2 2

r

Q

−

=

=

=

⇒

Câu 7 Hai điện tích điểm q1 = 5nC, q2 = - 5nC cách nhau 10cm Xác định vectơ cường độ điện trường tại điểm M nằm trên đường thẳng đi qua hai điện tích đó

và cách đều hai điện tích

A 18.103V/m B 45.103V/m C 36.103V/m D 12,5.103V/m

HD: Do hai điện tích cùng độ lớn và khoảng cách từ điểm ta xét đến hai

điện tích như nhau nên

) / ( 10 8 , 1 ) 10 5 (

10 5 10 9

10

2 2

9 9

2 1

1 9 1

r

q E

−

Hai điện tích trái dấu nên tại điểm M có:

2 1 2

E ↑↑  ⇒ = + = 2E1 = 36.104 (V/m)

Câu 8 Hai điện tích điểm q1 = - 4 μC, q2 = 1 μC đặt lần lượt tại A và B cách nhau 8cm Xác định vị trí điểm M tại đó cường độ điện trường bằng không?