Soạn giáo án vật lí 11 kết nối tri thức Bài 16: Lực tương tác giữa hai điện tích

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV chia lớp thành các nhóm 4 – 5 HS.

- GV giới thiệu mục đích của thí nghiệm, từ đó ôn lại về lực một điện tích tác dụng lên điện tích khác đã học ở Khoa học tự  nhiên 8.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm, nghiên cứu SGK và dự đoán hiện tượng có thể xảy ra khi tiến hành các thí nghiệm trong Hoạt động (SGK – tr61)

+ Treo thanh nhựa A bằng một dây chỉ để nó quay tự do rồi dùng len cọ xát với một đầu của nó.

a) Cọ xát một đầu thanh nhựa B với len rồi đưa lại gần đầu đã được cọ xát của thanh nhựa A (hình 16.1a).

b) Cọ xát một đầu thanh thủy tinh C với lụa rồi đưa lại gần đầu đã được cọ xát của thanh nhựa A (hình 16.1b).

- GV giới thiệu dụng cụ thí nghiệm và yêu cầu HS tiến hành thí nghiệm để kiểm tra dự đoán.

+ Lưu ý: Buộc và treo thanh nhựa, thanh thủy tinh sao cho chúng luôn ở trạng thái cân bằng.

- Sau khi tiến hành thí nghiệm, GV yêu cầu HS rút ra kết luận về lực hút và lực đẩy giữa các điện tích.

- GV yêu cầu HS trả lời nội dung còn lại phần Hoạt động (SGK – tr61)

+ Dựa vào hình 16.2a, vẽ các vecto lực biểu diễn tương tác giữa các điện tích trong các hình 16.2b,c còn lại.

+ Biểu diễn lực điện tác dụng lên mỗi điện tích đặt tại các đỉnh của một tam giác đều. Biết các điện tích trên đều cùng dấu và cùng độ lớn.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, tiến hành thí nghiệm, chăm chú nghe GV giảng bài, thảo luận về lực tương tác giữa các điện tích.

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. LỰC HÚT VÀ LỰC ĐẨY GIỮA CÁC ĐIỆN TÍCH

*Trả lời Hoạt động (SGK – tr61)

a) Thanh nhựa cọ xát với với len sẽ nhiễm điện âm nên khi hai thanh nhựa lại gần nhau sẽ đẩy ra xa vì cả hai thanh nhựa nhiễm điện cùng dấu.

b) Thanh thủy tinh cọ xát với lụa sẽ nhiễm điện dương và thanh nhựa nhiễm điện âm nên đưa hai thanh lại gần nhau chúng sẽ hút nhau vì nhiễm điện trái dấu.

*Kết luận

- Có hai loại điện tích trái dấu và điện tích dương và điện tích âm.

- Các điện tích cùng dấu đẩy nhau.

- Các điện tích trái dấu hút nhau.

Lực hút, lực đẩy giữa các điện tích được gọi chung là lực tương tác giữa các điện tích (thường gọi tắt là lực điện).

*Trả lời Hoạt động (SGK – tr61)

- Lực tương tác giữa các điện tích được biểu diễn như hình dưới

- Lực điện tác dụng lên mỗi điện tích cùng dấu, cùng độ lớn đặt tại các đỉnh của một tam giác đều được biểu diễn như hình dưới

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, nghiên cứu SGK và trả lời nội dung Hoạt động (SGK – tr62)

Độ lớn của lực tương tác giữa các điện tích phụ thuộc như thế nào vào khoảng cách giữa các điện tích? Đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán.

- GV hướng dẫn HS tiến hành thí nghiệm.

- GV kết luận về sự phụ thuộc của độ lớn lực điện vào khoảng cách giữa các điện tích.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, tiến hành thí nghiệm, 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.

*Sự phụ thuộc của độ lớn lực điện vào khoảng cách giữa các điện tích

*Trả lời Hoạt động (SGK – tr62)

- Phương án thí nghiệm: ta dùng hai điện tích có độ lớn điện tích không đổi sau đó thay đổi khoảng cách giữa chúng xác định độ lớn của lực tương tác trong các trường hợp để từ đó ta tìm được mối quan hệ giữa lực tương tác và khoảng cách.

*Kết luận

- Độ lớn của lực điện giảm khi khoảng cách giữa các điện tích tăng và ngược lại.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV thông báo cho HS về đơn vị điện tích, điện tích điểm.

- GV giới thiệu sơ đồ thí nghiệm mà Coulomb dùng để phát hiện ra định luật mang tên ông.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và tìm hiểu mục Em có biết (SGK – tr62) để tìm hiểu về thí nghiệm cân xoắn Coulomb và yêu cầu HS dự đoán cách mà Coulomb thực hiện thí nghiệm của mình.

+ Làm thế nào để biết lực tương tác giữa hai điện tích điểm phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng?

- Sau khi HS trả lời, GV trình bày cách mà Coulomb làm thí nghiệm để tìm ra định luật.

+ Vào thời kì của Coulomb chưa có dụng cụ đo điện tích, nên ông làm giảm điện tích của vật đi một nửa bằng cách: Khi cho một quả cầu kim loại đã tích điện tiếp xúc với một quả cầu kim loại giống nó nhưng chưa tích điện, thì quả cầu này sẽ truyền cho quả cầu chưa tích điện một nửa điện tích của nó.

+ Giới thiệu sơ lược về cân xoắn Coulomb:

Khi quả cầu tích điện A hút quả cầu tích điện B thì thanh BC treo bởi sợi dây đàn hồi quay một góc α. Góc quay này tỉ lệ với độ lớn của lực làm dây quay. Do đó dựa vào độ lớn của góc quay α người ta có thể xác định một cách định lượng mối quan hệ giữa độ lớn của lực điện với các thông số khác như độ lớn của điện tích, khoảng cách giữa hai điện tích, môi trường đặt các điện tích,…

- GV thông báo về nội dung định luật Coulomb.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi và trả lời nội dung Câu hỏi (SGK – tr63)

1. Hãy nêu tên các đại lượng và tên các đơn vị trong biểu thức (16.2) và (16.3).

2. Nếu khoảng cách giữa hai điện tích điểm tăng lên 2 lần và giá trị của mỗi điện tích điểm tăng lên 3 lần thì lực điện tương tác giữa chúng tăng hay giảm bao nhiêu lần?

3. Hãy vẽ các vectơ lực điện tương tác giữa hai điện tích điểm q₁=10⁻⁵C và q₂=10⁻⁷ C đặt cách nhau 10 cm trong chân không. Chọn tỉ lệ 1 cm ứng với 0,4 N khi vẽ độ lớn vecto lực tương tác giữa hai điện tích. Lấy k =  9.10⁹ Nm²/C².

- GV kết luận về định luật Coulomb.

- Để củng cố kiến thức, GV tổ chức để HS làm bài tập ví dụ về định luật Coulomb mà không dựa vào đáp án đã được trình bày trong SGK

Bài tập ví dụ (SGK – tr63)

Người ta dùng máy phát tĩnh điện để tích điện cho hai quả cầu kim loại nhỏ đặt cách nhau 10 cm trong không khí. Tính lực điện tương tác giữa hai quả cầu khi:

a) Hai quả cầu được tích điện cùng dấu và cùng độ lớn 9,45.10^-7 C.

b) Giữ nguyên độ lớn điện tích hai quả cầu như ở câu a nhưng đưa hai quả cầu cách nhau 20 cm.

c) Đưa hai quả cầu về vị trí cũ và làm giảm điện tích của một quả cầu đi một nửa so với câu a.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, chăm chú nghe GV giảng bài, đưa ra dự đoán kết quả thí nghiệm và 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.

II. ĐỊNH LUẬT COULOMB (CU-LÔNG)

1. Đơn vị điện tích, điện tích điểm

- Người ta kí hiệu giá trị của điện tích bằng chữ "q".

- Trong hệ SI, đơn vị điện tích là culong (C).

- Điện tích điểm là vật tích điện có kích thước nhỏ so với khoảng cách mà ta đang xét.

2. Định luật Coulomb

- Lực tương tác giữa hai điện tích điểm có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích điểm và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Trong đó: r là khoảng cách giữa hai điện tích điểm q₁, q₂; k là hệ số tỉ lệ.

- Biểu thức của định luật Coulomb đối với môi trường chân không:

Với k = 9.10⁹ Nm²/C².

*Trả lời Câu hỏi (SGK – tr63)

1.

+ Trong công thức (16.2): lực điện F (N); điện tích q₁, q₂ (C); hằng số điện

 (C²/Nm²), khoảng cách r (m).

+ Trong công thức (16.3): lực điện F (N); điện tích q₁, q₂ (C); khoảng cách r (m); hệ số tỉ lệ k (Nm²/C²).

2. Lực tương tác giữa hai điện tích tăng 2,25 lần.

3. Lực tương tác giữa hai điện tích là lực đẩy F₁₂ = F₂₁ = 0,9N.

III. BÀI TẬP VỀ ĐỊNH LUẬT COULOMB

Bài tập ví dụ (SGK – tr63)

(Tham khảo lời giải trong SGK)