Giáo án Vật lý 11 - CT nâng cao - Tiết 10: Năng lượng điện trường

Tiết 10 : Năng lượng điện trường. I- Mục tiêu. + Viết được công thức tính năng lượng của tụ điện, năng lượng điện trường. + Thiết lập được công thức tính năng lượng điện trường trong tụ phẳng, mật độ năng lượng. + Vận dụng được các công thức trên vào bài tập, có kỹ năng sử dụng đúng các đơn vị đo. II- Chuẩn bị: 1. Giáo viên. Dự kiến nội dung ghi bảng: Tiết 10 : Năng lượng điện trường. 1. Năng lượng của tụ điện. a. Nhận xét: * Ví dụ: SGK. * Tụ điện khi tích điện thì có năng lượng – năng lượng của tụ điện. b. Công thức tính năng lượng của tụ điện. (8.1); Q(C)- Điện tích của tụ điện. U(V)- Hiệu điện thế của tụ điện. W(J). (8.2). C- Điện dung của tụ điện. 2. Năng lượng điện trường. * Năng lượng của tụ khi tích điện chính là năng lượng điện trường bên trong tụ. * Công thức tính năng lượng điện trường bên trong tụ phẳng: (8.3). V- Thể tích khoảng không gian giữa hai bản tụ. E – Cường độ điện trường trong tụ. * Mật độ năng lượng điện trường ( Năng lượng điện trường tính cho một đơn vị thể tích) (8.4). ( áp dụng cho mọi trường hợp) 2. Học sinh. III- Tổ chức các hoạt động học tập: Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ(........................). Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên * Thực hiện các yêu cầu cảu GV. * Nêu các yêu cầu: 1. Nêu định nghĩa tụ điện, mô tả tụ phẳng, nêu đặc điểm điện tích và điện trường của tụ phẳng? 2. Có ba tụ điện có điện dung C1, C2, C3 được mắc theo hai cách song song và mắc nối tiếp. Viết công thức hiệu điện thế, điện tích và điện dung của bộ tụ trong hai trường hợp đó? 3. Cho ba học sinh trả lời trên phiếu trắc nghiệm. Hoạt động 2: Tìm hiểu nămg lượng của tụ điện khi tích điện.(........................). Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên * Tìm hieuẻ SGK, nghe GV thuyết trình. * Nghe, ghi chép. * Xây dựng công thức (8.2) và ghi chép. * ĐVĐ: Điên trường có năng lượng hay không? Có, bài này ta xét về năng lượng của điện trường, đây cũng là một tính chất cơ bản của điện trường. Trước hết ta xét năng lượng của tụ khi tích điện. * Yêu cầu cả lớp tìm hiểu ví dụ trong mục a. * Thông báo: Đó chỉ là một VD minh hoạ tụ điện khi tích điện thì nó có năng lượng, được gọi là năng lượng của tụ điện. * ĐVĐ: Vậy năng lượng của tụ điện khi tích điện phụ thuộc vào đại lượng nào? đ mục b. * Thuyết trình: Khi tích điện cho tụ điện, nguồn điện đã thục hiện một công để đưa điện tích đến các bản tụ. Công đó bằng NL của tụ điện. Lúc đầu điện tích của tụ bằng không, hiệu điện thế ở hai bản tụ bằng không, năng lượng của tụ bằng không. Khi được tích điện, điện tích của tụ tăng dần, hiệu điện thế cũng tăng dần và luôn tỉ lệ với điện tích. Cuối cùng điện tích của tụ là Q, hiệu điện thế là U. ở đây điện tích và hiệu điện thế luôn tỉ lệ với nhau cho nên có thể coi giá trị trung bình của hiệu điện thế của tụ trong quá trình tích điện là . Do đó công của nguồn điện thực hiện: đ Công thức (8.1). * Cho hs thiết lập công thức (8.2). ( Yêu cầu nhắc lại công thức Q=C.U) Hoạt động 3: Tìm hiểu năng lượng điện trường.(........................). Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên * Xây dựng công thức: . ; ; ; ( Ct CCM). * Cá nhân nêu : * Gợi cho hs nhớ lại mục 1 bài 4. * ĐVĐ: Thực chất năng lượng của tụ điện khi tích điện là năng lượng của điện trường bên trong tụ điện. Hãy chứng tỏ rằng năng lượng điện trường trong tụ phẳng được tính bằng công thức ; Vơi V=S.d- Thể tích không gian giữa hai bản tụ phẳng. ( Gợi ý: Dùng các công thức : ; ; .) Cho hs thảo luận và lên bảng trình bầy. * Trên cở sở kết quả đưa ra nhận xét, bổ sung (nếu cần) nhắc hs ghi nhớ. * Thiết lập công thức tính mật độ năng lượng điện trường ( năng lượng điện trường tính trong một đơn vị thể tích) w? * Thông báo: Công thức đó đúng cho mọi trường hợp. Mật độ điện trường phụ thuộc vào cường độ điện trường tại nơi khảo sát. Hoạt động 4:Củng cố bài giao công việc về nhà. Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên * Trả lời: C. ( d giảm hai lần đ C tăng hai lần mà Q không đổi nên W giảm 2 lần.) * Yêu cầu trả lời bài 1 SGK. IV- Rút kinh nghiệm: Phiếu trả lời trắc nghiệm kiểm tra bài cũ. ( các câu trắc nghiệm sau đây có thể có nhiều đáp án đúng) Câu 1: Điện tích của một tụ điện được tính theo công thức nào dưới đây? A. Q=C.U B. C. D. Câu 2: Phát biểu nào sau đây là đúng? Điện dung của tụ tỉ lệ thuận với điện tích của tụ. Điện dung của tụ tỉ lệ nghịch với hiệu điện thế. Điện dung của tụ là một đại lượng không đổi. Hằng số điện môi giữa hai bản tụ càng lớn thì điện dung của tụ càng lớn. Câu 3: Nếu có hai tụ C1, C2 mắc nối tiếp thì . Một cách tương tự nếu có ba tụ C1, C2,, C3 mắc nối tiếp thì (*) . Công thức (*) đúng hay sai? Câu 4: Phát biếu nào sau đây là sai : Trong bộ tụ ghép song song điện tích của mỗi tỉ lệ thuận với điện dung của nó. Trong bộ tụ ghép nối tiếp hiệu điện thế giữa hai bản mỗi tụ tỉ lệ nghịch với điện dung của nó. Hiệu điện thế giới hạn của bộ tụ ghép nối tiếp ( để không tụ nào bị đánh thủng) bằng tổng hiệu điện thế giới hạn của các tụ trong bộ. Hiệu điện thế giới hạn của bộ tụ ghép song song ( để không tụ nào bị đánh thủng) bằng hiệu điện thế giới hạn nhỏ nhất của các tụ trong bộ. Câu 5: Có 4 tụ giống nhau cùng cố điện dung là 4mF ghép nối tiếp. Điện dung của bộ tụ là: A. 1mF B. 16mF C. 4mF D. 8mF Phiếu trả lời trắc nghiệm kiểm tra bài cũ. ( các câu trắc nghiệm sau đây có thể có nhiều đáp án đúng) Câu 1: Điện tích của một tụ điện được tính theo công thức nào dưới đây? A. Q=C.U B. C. D. Câu 2: Phát biểu nào sau đây là đúng? Điện dung của tụ tỉ lệ thuận với điện tích của tụ. B. Điện dung của tụ tỉ lệ nghịch với hiệu điện thế. C. Điện dung của tụ là một đại lượng không đổi. Hằng số điện môi giữa hai bản tụ càng lớn thì điện dung của tụ càng lớn. Câu 3: Nếu có hai tụ C1, C2 mắc nối tiếp thì . Một cách tương tự nếu có ba tụ C1, C2,, C3 mắc nối tiếp thì (*) . Công thức (*) đúng hay sai? Câu 4: Phát biếu nào sau đây là sai : Trong bộ tụ ghép song song điện tích của mỗi tỉ lệ thuận với điện dung của nó. Trong bộ tụ ghép nối tiếp hiệu điện thế giữa hai bản mỗi tụ tỉ lệ nghịch với điện dung của nó. Hiệu điện thế giới hạn của bộ tụ ghép nối tiếp ( để không tụ nào bị đánh thủng) bằng tổng hiệu điện thế giới hạn của các tụ trong bộ. Hiệu điện thế giới hạn của bộ tụ ghép song song ( để không tụ nào bị đánh thủng) bằng hiệu điện thế giới hạn nhỏ nhất của các tụ trong bộ. Câu 5: Có 4 tụ giống nhau cùng cố điện dung là 4mF ghép nối tiếp. Điện dung của bộ tụ là: A. 8mF B. 16mF C. 4mF D. 1mF