Bài 5. Bài tập về lục Culông và điện trường

Kĩ năng:Rèn luyện học sinh vận dụng các công thức về tĩnh điện học để giải các bài tập định lượng liên quan định luật Coulomb, cường độ điện trường, nguyên lí chồng chất lực điện, điện t

Bài 5 BÀI TẬP VỀ LỰC COULOMB VÀ ĐIỆN TRƯỜNG

I MỤC TIÊU BÀI DẠY:

1 Kiến thức: Hệ thống hoá các kiến thức, phương pháp giải bài tập về tương tác tĩnh

điện;

2 Kĩ năng:Rèn luyện học sinh vận dụng các công thức về tĩnh điện học để giải các bài

tập định lượng liên quan định luật Coulomb, cường độ điện trường, nguyên lí chồng chất lực điện, điện trường

3 Giáo dục thái độ:

II CHUẨN BỊ CỦA GIÁO VIÊN VÀ HỌC SINH

1 Giáo viên: Một số bài tập có chọn lọc và phương pháp giải; các phiếu học tập

2 Học sinh:

III TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC.

Hoạt động 1: Hệ thống hoá những kiến thức liên quan đến tiết bài tâp.

*Giáo viên sử dụng phương pháp đàm thoại

yêu cầu học sinh nhắc lại những kiến thức

liên quan đến tiết bài tập;

+ Phát biểu và viết biểu thức định luật

Coulomb?

+ Phát biểu nguyên lí chồng chất lực điện?

Giáo viên yêu cầu học sinh rút ra các trường

hợp đặc biệt trong các trường hợp hai hệ hai

điện tích

+ Phát biểu định luật bảo toàn điện tích?

*Giáo viên lưu ý: Nếu cho hai quả cầu tích

điện q1, q2 trái dấu hút nhau thì sau đó hai

quả cùng tích điện tích hai q cùng dấu và

cùng độ lớn do trao đổi điện tích, theo định

luật bảo toàn điện tích thì:

q' =

2

2

1 q

q 

+ Xác định đặc điểm của vector cường độ

điện trường tại điểm M trong điện trường do

điện tích điểm Q gây ra?

*Giáo viên hướng dẫn học sinh rút ra các

trường hợp đặc biệt xảy ra

*Học sinh tái hiện lại kiến thức một cách có

hệ thống để trả lời các câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên;

+ Định luật Coulomb: F = k 122

r

q q

, với k = 9.109

+ Nguyên lí chồng chất lực điện: FF i

+ Định luật bảo toàn điện tích: Tổng đại số các điện tích của một hệ cô lập kín được bảo toàn.

q i = const + Đặc điểm của vector cảm ứng điện tại điểm

M trong điện trường do điện tích điểm Q gây ra:

- Điểm đặt: Tại điểm M;

- Phương: Trùng với đường thẳng nối điện tích với điểm M đang xét;

- Chiều: Hướng ra xa điện tích Q nếu Q > 0, hướng vào điện tích Q nếu Q < 0;

- Độ lớn: E = k 2

r

Q

;

*Nguyên lí chồng chất lực điện:

n

E

E  1 2 

* Điều kiện cân bằng tổng quát của chất điểm:

F i = 0

+ Phát biểu nguyên lí chồng chất điện

trường?

+ Điều kiện cân bằng của chất điểm?

+Phương pháp toạ độ để khảo sát vật chuyển

động ném?

*Các bước khảo sát chuyển động bằng phương pháp toạ độ:

+ Chọn hệ trục toạ độ thích hợp, phân tích chuyển động của vật thành các chuyển động theo hai trục Ox, Oy;

+ Khảo sát riêng lẽ chuyển động theo các phương Ox, Oy;

+ Kết hợp các chuyển động riêng lẽ để thành bài toán chuyển động thực

Hoạt động 2: Tìm hiểu phương pháp giải bài toán bằng tương tác tĩnh điện Coulomb và nguyên lí chồng chất lực điện.

Bài toán 1: Cho hai điện tích điểm q1 = 2nC

và q2= 0,018C đặt cố định trong không khí

cách nhau 10cm Đặt thêm một điện tích thứ

ba qo vị trí M sao cho điện tích qo nằm cân

bằng tại M

a Xác định vị trí M đặt tại điện tích qo

b Tìm dấu và độ lớn của điện tích qo

* Giáo viên yêu cầu học sinh làm việc theo

nhóm để giải quyết vấn đề theo yêu cầu của

bài toán

* Giáo viên định hướng:

* Giáo viên phân tích, yêu cầu học sinh viết

biểu thức xác định lực tỉnh điện Coulomb do

điện tích điểm q1 và q2 tác dụng lên điện tích

qo;

* Giáo viên yêu cầu học sinh xác định điều

kiện cân bằng của điện tích qo;

* Lập luận đê xác định vị trí M nằm trên

đường thẳng nối hai điện tích điểm và nằm ở

khoảng giữa hai vị trí đó

* Tìm phương pháp giải để xác định khoảng

cách từ M đến hai điện tích điểm;

*Học sinh chép đề bài tập vào vở;

*Học sinh đổi đơn vị sang đơn vị thống nhất: q1 = 2.10-9C; q2 = 18.10-18C;

*Vì q1q2 >0:

*Để điện tích qo ở trạng thái cân bằng:

0 2

1 F 

F

<=>













) 2 (

) 1 (

2 1

1 1

F F

F F

(1) => điểm M nằm trên đường thẳng nối hai điện tích và nằm trong hai điểm đó, nghĩa là: d1 + d2 = d = 10cm (1’)

(2) => 9.10 9

2 1

1

d

q

q o

= 9.10 9

2 1

2

d

q

q o

=>

9

1

2 1 2

2

1  











q

q d

d

=> 31

2

1



d

d

(2’)

Giải hệ (1’) và (2’) ta được:

d1 = 2,5cm; d2 = 7,5cm Vậy ta xác định được điểm M đặt điện tích qo cách điện tích q1 là 2,5cm và cách điện tích q2 là 7,5cm

b Từ cách giải trên, ta suy ra diện tích qo có

độ lớn và dấu tuỳ ý

Hoạt động 3: Vận dụng định luật bảo toàn điện tích.

Hoạt động 4: Vận dụng các công thức về cường độ điện trường và nguyên lí chồng chất điện trường.

Bài toán: Có hai điện tích điểm q 1 = 0,5nC

và q 2 =-0,5nC đặt tại hai điểm A và B cách

nhau a=6cm trong không khí Hãy xác định

cách đều hai điểm A và B cách đường thăng

AB một đoạn l=4cm.

*Giáo viên yêu cầu học sinh làm việc theo

nhóm tìm lời giải của bài toán

* Giáo viên gợi ý:

+ Xác định các vector cường độ điện trường

M

E1 , 2 do q1, q2 gây ra tại M: Điểm đặt,

phương, chiều và độ lớn;

+ Nhận xét về phương, chiều, độ lớn của hai

vector cường độ điện trường trên;

+ Xác định vector cường độ điện trường tổng

hợp do q1, q2 gây ra tại M bằng nguyên lí

chồng chất điện trường: E M E1M E2M

* Nhận xét về phương, chiều của vector

cường độ điện trường tổng hợp;

*Giáo viên gợi ý:

Vì E1 = E2 => phương của vector cường độ

điện trường tổng hợp = > chiều;

Tìm độ lớn => tìm cos = ?

*Giáo viên khắc sâu phương pháp áp dụng

nguyên lí chồng chất điện trường

*Học sinh chép đề vào vở, theo nhóm, thảo luận và tìm phương pháp giải quyết vấn đề theo yêu cầu của bài toán;

E1M

M 

M

E

l E2M

A B

* Các vector cường độ điện trường do q1 và q2 gây ra tại M có:

+ Điểm đặt: Tại M;

+ Phương, chiều: Như hình vẽ;

+ Độ lớn: E2 = E1 = 9.109  2

2 a 2 1

q



1,8.103V/m

* Vector cường độ điện trường tổng hợp

M

E do hai điện tích điểm q1 và q2 gây ra tại

M tuân theo nguyên lý chồng chất điện trường:

M M

E  1  2

M

E có: + Điểm đặt: Tại M + Phương: cùng phương với AB; chiều từ A đến B (vì E1 = E2);

+ Độ lớn: E = 2E1cos (*) Với cos =

3 2

a

AM 2

2 a 2 2

a







Thay các giá trị vào (*) ta được:

E = 2.1800 0,6 = 2160V/m Hoạt động 5: Tìm hiểu sự chuyển động của hạt mang điện trong điện trường.

Bài toán: Bài tập 3/sgk – 26;

* Giáo viên yêu cầu học sinh đọc, tóm tắt nội

dung và yêu cầu của bài toán;

* Giáo viên yêu cầu học sinh nhắc lại các

bước khảo sát chuyển động của vật bị ném;

*Giáo viên yêu cầu học sinh xác định các lực

tác dụng lên hạt bụi;

*Học sinh trình tự theo yêu cầu của giáo viên;

*Chọn hệ trục toạ độ Oxy:

+Gốc toạ độ O là vị trí ta truyền vận tốc cho vật;

+ Ox trùng với hướng vận tốc đầu;

+ Oy trùng với chiều từ bản (2) sang bản

* Lập luận để chứng tỏ rằng theo phương Ox

thì vật chuyển động thằng đều;

* Lập luận để chứng tỏ rằng theo phương Oy

thì vật chuyển động thẳng biến đổi đều;

* Giáo viên yêu cầu học sinh thiết lập

phương trình định luật II Newton cho hạt bụi

+ Tìm giá trị gia tốc a (ay)

*Thiết lập phương trình quỹ đạo của hạt bụi;

*Giáo viên trình tự dẫn dắt học sinh liên hệ

để tìm giá trị hiệu điện thế của hạt bụi;

*Giáo viên phân tích và dẫn dắt học sinh tìm

hiệu điện thế UOM để tìm công của lực điện

trường làm dịch chuyển hạt bụi từ O đến M

* Giáo viên nhấn mạnh: Ta có thể xác định

công này bằng định lý động năng;

* Giáo viên tổng quát hoá phương pháp giải

các dạng toán chuyển động của hạt mang

điện trong điện trường đều

(1):

* Các lực tác dụng lên hạt bụi:

+ Trọng lực P của hạt bụi; Lực điện trường tác dụng lên hạt bụi F;

* Khảo sát chuyển động của hạt bụi theo các phương khác nhau:

+ Theo phương Ox: Vật chuyển động thẳng đều vì không có lực tác dụng;

+ Theo phương Oy: Vật chuyển động thẳng biến đổi đều; x = vot

*Theo định luật II Newton:

F + P = ma (*) Chiếu phương trình (*) lên Oy:

F – P = ma=> a =

m

F

- g Với

m

F

= md

U q

Thay vào ta được: a =

md

U q

- g; (1)

Quỹ đạo của hạt bui:

y = at 2

2

1

=

2 v

x a 2

1











 => a =

2 x

v y

2 









 (2)

Từ (1) và (2) ta suy ra:

md

U q

- g =

2 x

v y

2 









 ; Giải phương trình này ta tìm được hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện là U = 50V;

Ta có thể viết lại:

d

U 10

6 , 3 d

U

2 OM





tìm được UOM = - 32V;

Ta tìm công của lực điện trường trong dịch chuyển của hạt bụi tứ O đến M:

A = qUOM = 1,92.10-12J

Hoạt động 6: Củng cố bài học - Định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo.

* Giáo viên khắc sâu phương pháp giải toán

về tương tác tĩnh điện và nguyên lí chồng

chất lực điện;

*Giáo viên khắc sâu phương pháp áp dụng

định luật bảo toàn điện tích;

* Giáo viên khắc sâu phương pháp giải toán

*Học sinh tổng quát hoá phương pháp giải các dạng toán thường gặp trong chương I;

về tương tác tĩnh điện và nguyên lí chồng

chất lực điện;

*Giáo viên khắc sâu phương pháp khảo sát

chuyển động của các hạt mang điện trong

điện trường đều

* Giáo viên yêu cầu học sinh chép một số bài

toán để về nhà làm;

* Giáo viên hướng dẫn học sinh chuẩn bị

những nội dung cho tiết học sau

*Học sinh ghi nhận nhiệm vụ học tập

IV RÚT KINH NGHIỆM

……… …………

………

………

………

………

…

………

……… …… …………

V BỔ SUNG ……… …………

………

………

………

………

…

………

………