Soạn giáo án vật lí 11 kết nối tri thức Bài 19: Thế năng điện

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 dương q từ điểm M đến điểm N trong điện trường đều (hình 19.1) cho HS quan sát.

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

+ Công của lực điện là gì?

+ Xây dựng biểu thức tính công của lực điện trong điện trường đều.

+ Trong trường hợp nào lực sinh sinh công dương, trường hợp nào lực sinh công âm và trường hợp nào thì lực không sinh công.

- GV so sánh để HS thấy được sự tương tự giữa các đại lượng trong công thức tính thế năng trọng trường và công thức tính công của điện trường làm dịch chuyển điện tích q trong điện trường đó.

+ m và q: đại lượng đặc trưng cho khả năng tương tác của vật;

+ g và E: đại lượng tương ứng đặc trưng cho cường độ của trường;

+ h và d: đại lượng tương ứng mô tả khoảng cách có thể chuyển động cho tới khi dừng lại.

- GV kết luận về khái niệm công của lực điện trong điện trường bất kì đối với chuyển động của điện tích q.

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. CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN

- Công của lực điện trong dịch chuyển của điện tích q từ điểm M đến điểm N trong điện trường đều bằng qEd, không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu M và điểm cuối N của độ dịch chuyển trong điện trường.

A_MN = qEd

Trong đó, d là độ dài đại số của đoạn MM', là hình chiếu của đoạn MN trên một đường sức điện.

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, vận dụng sự tương tự với thế năng của một vật khối lượng m trong trường trọng lực và trả lời câu hỏi:

+ Hãy nêu khái niệm thế năng của một điện tích trong điện trường đều.

- Sau khi HS trả lời, GV yêu cầu HS trả lời nội dung Hoạt động (SGK – tr77)

Một điện tích dương q được đặt tại điểm M trong điện trường đều giữa hai bản phẳng song song nhiễm điện trái dấu có độ lớn của cường độ điện trường là E (Hình 19.2).

1. Chứng minh rằng công mà điện trường đều giữa hai bản phẳng song song nhiễm điện trái dấu có thể sinh ra khi dịch chuyển điện tích dương q từ điểm M tới bản cực âm là A = qEd.

2. Hãy nhận xét về công A khi ta thay q bằng một điện tích âm.

- GV yêu cầu HS thảo luận để xác định điểm mốc tính thế năng, nêu được ý nghĩa của thế năng điện và rút ra công thức tính thế năng điện trong điện trường đều.

- GV kết luận về thế năng của một điện tích trong 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.

II. THẾ NĂNG CỦA MỘT ĐIỆN TÍCH TRONG ĐIỆN TRƯỜNG

1. Thế năng của một điện tích trong điện trường đều

- Thế năng của một điện tích q trong điện trường đều đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường đều khi đặt điện tích q tại điểm ta xét.

- Số đo thế năng của điện tích q tại điểm M trong điện trường đều của một tụ điện được tính bằng công của lực điện có thể sinh ra khi điện tích q di chuyển từ điểm đang xét tới bản cực âm của tụ điện.

*Trả lời Hoạt động (SGK – tr77)

1. Công điện lực trường đều của tụ điện có thể sinh ra khi dịch chuyển điện tích dương q từ điểm M tới bản cực âm bằng chính công của lực điện trường trong dịch chuyển này

A = F.d mà F = E.q ⇒ A = E.q.d

2. Với q < 0 thì lúc này ta sẽ thu được công âm A < 0.

Trong trường hợp này, lực điện trường sẽ hướng lên bản nhiễm điện dương và ngược chiều với chiều chuyển động của điện âm. Do đó, điện trường sẽ sinh một công âm và cản trở chuyển động.

*Kết luận

- Thế năng của một điện tích q trong điện trường đều đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường đều khi đặt điện tích q tại điểm đang xét.

- Số đo thế năng của điện tích q tại điểm M trong điện trường đều bằng công của lực điện có thể sinh ra khi điện tích q di chuyển từ điểm M tới điểm mốc để tính thế năng

W_M = qEd

Trong đó, d là khoảng cách từ M đến bản cực âm, W_M là thế năng điện của điện tích q tại điểm M.

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.