Giáo án Tự chọn Vật lí 11 - Bài tập về định luật coulomb và định luật bảo toàn điện tích

Tiết ppct BÀI TẬP VỀ ĐỊNH LUẬT COULOMB VÀ ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH A. MỤC TIÊU BÀI DẠY: 1. Kiến thức: Củng cố lại các kiến thức liên quan đến định luật tương tác tĩnh điện Coulomb và định luật bảo toàn điện tích, vận dụng các định luật này để giải một số bài toán cơ bản liên quan; 2. Kĩ năng: Rèn luyện học sinh kĩ năng phân tích tính toán và khả năng tư duy logic. 3. Giáo dục thái độ:Giáo dục học sinh tính cẩn thận, ý thức tự học; B. CHUẨN BỊ CỦA GIÁO VIÊN VÀ HỌC SINH 1. Giáo viên: Bài tập có chọn lọc và phương pháp giải; chuẩn bị các phiếu học tập về một số câu hỏi và bài tập trắc nghiệm; 2. Học sinh: Xem lại nội dung và phương pháp giải các dạng toán liên quan đến định luật tương tác tĩnh điện Coulomb và định luật bảo toàn điện tích; Định lý Viét về tổng và tích các nghiệm của phương trình bậc hai ax2 + bx + c = 0. C. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC. Hoạt động 1: Hệ thống hoá các kiến thức liên quan đến tiết bài tâp. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên yêu cầu học sinh nhắc hai trường hợp xảy ra của tương tác tĩnh điện Coulomb? *Giáo viên yêu cầu học sinh phát biểu và viết biểu thức của định luật Coulomb? *Giáo viên yêu cầu học sinh nhắc lại nguyên lí chồng chất lực điện; *Giáo viên vẽ hình biểu diễn: q > 0 q1 > 0 q2 < 0 *Giáo viên yêu cầu học sinh phát biểu và viết biểu thức của định luật bảo toàn điện tích? *Giáo viên nêu các chú ý khi áp dụng định luật bảo toàn điện tích: +Sự bảo toàn điện tích trong hiện tượng nhiễm điện do cọ xát bằng không: ; + Đối với hệ không cô lập về điện, trong một khoảng thời gian xác định nào đó, điện tích các vật trong hệ bằng tăng, giảm thì phải có dòng điện từ ngoài vào, hoặc từ hệ đi ra ngoài. + Trong các phản ứng có hạt mang điện tham gia, thì tổng điện tích của sản phẩm bằng tổng điện tích các hạt ban đầu. *Nhắc lại định lí Viét về công thức tính tổng và tích hai nghiệm của phương trình bậc hai. *Giáo viên nhấn mạnh định lý đảo của định lý Viet: Nếu cho x1, x2 thoả mãn điều kiện: Thì x1 và x2 là nghiệm của phương trình: X2 – SX + P = 0 *Học sinh làm việc cá nhân trả lời các câu hỏi theo yêu cầu của giáo viên: Hai trường hợp có thể xảy ra: - Nếu q1q2 > 0 thì tương tác giữa hai điện tích điểm trên là tương tác đẩy; - Nếu q1q2 < 0 thì tương tác giữa hai điện tích điểm trên là tương tác hút; *Học sinh phát biểu và viết biểu thức của định luật Coulomb: F = k; *Học sinh nhắc lại nguyên lí chồng chất lực điện: Giả sử có n điện tích điểm q1, q2,,qn đổng thời tương tác với điện tích qo các lực điện thì lực điện tổng hợp do n điện tích điểm trên gây ra tuân theo nguyên lí chồng chất lực điện: *Học sinh nắm được phương pháp áp dụng nguyên lí chồng chất lực điện. *Định luật bảo toàn điện tích: *Học sinh tiếp thu và ghi nhận kiến thức; *Học sinh tái hiện lại kiến thức toán học ở lớp 9 để nhắc lại định lý Viet: Nếu phương trình ax2 + bx + c = 0 có hai nghiệm x1, x2 thì: *Học sinh tiếp thu và ghi nhận để áp dụng. Hoạt động 2: Vận dụng nguyên lí chồng chất lực điện để xác định lực điện tổng hợp tác dụng lên điện tích q. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên cho học sinh chép đề bài tập 1: Cho hai điện tích điểm q1 = 10-8C và điện tích q2 = -108C đặt tại hai điểm A và B trong chân không cách nhau 10cm. Xác định lực tương tác tĩnh điện tổng hợp do q1 và q2 tương tác với điện tích q3 = 2. 10-8C đặt tại điểm C trong hai trường hợp sau: 1. Điểm C thoã mãn điều kiện là tam giác ABC là tam giác đều. 2. Điểm C cách A là 6cm và cách B là 8cm. *Giáo viên phân tích và yêu cầu học sinh làm việc theo nhóm để giải quyết câu 1: + Xác định các lực tương tác tĩnh điện do điện tích q1 và q2 gây ra tại q3 ; C A B; *Giáo viên yêu cầu học sinh viết nguyên lí chồng chất lực điện và xác định vector lực điện tổng hợp lên hình vẽ. *Giáo viên cho học sinh phân tích và xác định phương, chiều và độ lớn của lực điện tổng hợp. *Giáo viên yêu cầu học sinh nhận dạng trường hợp 2; *Giáo viên nhấn mạnh: Trong trường hợp này thì hai lực thành phần vuông góc với nhau nên ta có thể sử dụng định lí Pythagor để xác định độ lớn lực điện tổng hợp. *Vậy trong trường hợp hai lực thành phần hợp với nhau một góc a bất kì thì làm thế nào để giải bài toán trên? *Giáo viên nhấn mạnh khi áp dụng định lí hàm số cosin trong vật lí. *Giáo viên hướng dẫn học sinh sử dụng phương pháp chiếu hệ thức vector ; *Học sinh chép đề bài tập vào vở. *Học sinh làm việc theo nhóm, thảo luận và giải câu 1 của bài tập 1; *Học sinh lập luận và xác định các vector lực tương tác tĩnh điện do q1, q2 gây ra tại điện tích q3; + Các vector lực tương tác tĩnh điện do điện tích q1 và q2 gây ra tại q3 có: - Điểm đặt: Tại C; - Phương, chiều: Như hình vẽ; - Độ lớn: *Học sinh viết nguyên lí chồng chất lực điện và biểu diễn vector lực điện tổng hợp lên hình vẽ: *Học sinh phân tích và xác định lực điện tổng hơp có: + Điểm đặt: Tại C; + Phương trùng phương với đường thẳng AB; Chiều từ A đến B; + Độ lớn: F = F1 = F2 = 1,8.10-4Newton *Học sinh nhận dạng bài toán; *Học sinh nắm được phương pháp giải trong trường hợp 2 là trường hợp hai lực thành phần vuông góc với nhau. *Học sinh thảo luận và tìm được công thức toán học để áp dụng là định lý hàm số cosin: *Học sinh ghi nhận phương pháp. Hoạt động 3: Vận dụng nguyên lí chồng chất lực điện để xác định trạng thái cân bằng tĩnh điện. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên cho học sinh chép đề bài tập 2: Cho hai điện tích điểm q1 = 10-8C và điện tích q2 = -4. 108C đặt tại hai điểm A và B trong chân không cách nhau 10cm. Xác định vị trí điểm C đặt điện tích q3 = 10-8C để điện tích q3 đứng yên. *Giáo viên yêu cầu học sinh xác định các lực tương tác tĩnh điện do q1 và q2 tác dụng lên điện tích q3; * Giáo viên yêu cầu học sinh xác định điều kiện cân bằng của điện tích điểm q3; * Giáo viên dẫn dắt học sinh tìm yêu cầu của bài toán từ điều kiện của bài. *Giáo viên tổng quát hoá phương pháp xác định điều kiện cân bằng của điện tích trong trường hợp vật mang điện tích có khối lượng đáng kể, trong trường hợp này ngoài các lực điện thì vật mang điện còn chịu tác dụng của trọng lực. *Học sinh chép đề bài tập vào vở; *Học sinh phân tích điện tích q3 chịu tác dụng của các lực tương tác tĩnh điện do q1 và q2 gây ra; * Điều kiện cân bằng của điện tích q3 là: => => C nằm ngoài AB về phía A Hoạt động 3: Vận dụng định luật bảo toàn điện tích. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên cho học sinh chép đề bài tập 3: Hai quả cầu giống hệt nhau, mang điện, đặt cách nhau một đoạn r = 20cm thì hút nhau một lực F1 = 4.10-3N. Sau đó cho chúng tiếp xúc với nhau và lại đưa ra vị trí cũ thì chúng lại đấy nhau một lực là F2 = 2,25.10-3N. Hãy xác định điện tích ban đầu của mỗi quả cầu. *Giáo viên phân tích: + Vì ban đầu hai quả cầu hút nhau nên dấu của hai điện tích như thế nào? + Viết công thức tính độ lớn của lực tương tác tĩnh điện Coulomb có dạng như thế nào? + Khi hai quả cầu tiếp xúc với nhau thì hiện tượng gì xảy ra? + Điện tích hai quả cẩu sau khi tiếp xúc thì dấu của nó như thế nào và độ lớn của chúng liên hệ với điện tích hai quả cầu ban đầu như thế nào? Nó tuân theo quy luật nào? *Làm thế nào ta tính được điện tích ban đầu của hai quả cầu? *Giáo viên hướng dẫn học sinh áp dụng định lý đảo của định lý Viét để tìm độ lớn các điện tích; *Giáo viên lưu ý: Để giải được phương trình trên ta cần: + Biến đổi để luỹ thừa của tích q1.q2 là luỹ thừa n là số chẵn. + Luỹ thừa của tổng q1 + q2 bằng n/2. *Giáo viên hướng dẫn học sinh giải để học sinh khỏi lúng túng. *Giáo viên yêu cầu học sinh giải tiếp trường hợp (2). *Giáo viên nhấn mạnh: Để tìm được giá trị q1và q2 thì: (q1 + q2) ³ 4q1.q2. *Học sinh chép đề vào vở; *Học sinh lập luận: Gọi điện tích tương ứng của hai quả cầu là q1 , q2. Vì ban đầu hai quả cầu hút nhau nên q1q2 < 0; Theo định luật Coulomb: F = k => q1q2 = (C2) (1) *Khi cho hai điện tích tiếp xúc với nhau thì có sự trao đổi điện tích. Vì hai quả cầu hoàn toàn giống nhau nên sau khi hai điện tích tiếp xúc thì điện tích hai quả cầu bằng nhau và bằng q’. Theo định luật bảo toàn điện tích: 2q’ = q1 + q2 Hay q’ = Khi đó lực tương tác giữa hai quả cầu sau khi tiếp xúc được xác định: F’ = k q1 + q2 = = ± 2.10-7 (C) (2) Từ (1) và (2) và theo định lý Viét ta có được q1 và q2 là nghiệm của phương trình: X2 ± 2.10-7X = 0; *Xét trường hợp (1): X2 - 2.10-7X = 0; Giải phương trình này ta tìm được hai cặp nghiệm: *Xét trường hợp (2): X2 + 2.10-7X = 0; *Học sinh ghi nhận phương pháp và về nhà giải để tìm kết quả. Hoạt động : Củng cố bài học - Định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH *Giáo viên khắc sâu phương pháp giải các dạng toán liên quan; *Giáo viên cho học sinh chép một số bài tập về nhà; Bài 1: Người ta treo hai quả cầu nhỏ có khối lượng bằng nhau m=1g bằng những dây có độ dài l = 50cm .khi hai quả cẩu tích điện bằng nhau, cùng dấu, chúng đẩy nhau và cách nhau r = 6cm tính điện tích mỗi quả cầu. Nhúng cả hệ thống vào rượu có = 27.Tính khoảng cách r2 giữa hai quả cầu khi cân bằng .Bỏ qua lực đẩy ảchimede. lấy g = 10 Bài 2: Cho ba điện tích cùng độ lớn q đặt ở ba đỉnh của một tam giác đểu cạnh a trong không khí . Xác định lực tác dụng của hai điện tích lên điện tích thứ ba.Biết điện tích trái dấu với hai điện tích kia . D. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY .. .. .. ...... E. PHẦN GIÁO ÁN BỔ SUNG .......... Tiết ppct A. MỤC TIÊU BÀI DẠY: 1. Kiến thức: 2. Kĩ năng: 3. Giáo dục thái độ: B. CHUẨN BỊ CỦA GIÁO VIÊN VÀ HỌC SINH 1. Giáo viên 2. Học sinh C. TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC. Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ, điều kiện xuất phát - Đề xuất vấn đề. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH Hoạt động: HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH Hoạt động: HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH Hoạt động: HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH Hoạt động: HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH Hoạt động: HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH Hoạt động : Củng cố bài học - Định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo. HOẠT ĐỘNG CỦA GIÁO VIÊN HOẠT ĐỘNG CỦA HỌC SINH D. RÚT KINH NGHIỆM TIẾT DẠY .. .. .. ...... E. PHẦN GIÁO ÁN BỔ SUNG ..........