Giáo án Vật lý 11 - CT nâng cao - Tiết 8: Vật dẫn và điện môi trong điện trườn

Tiết 8: Vật dẫn và điện môi trong điện trường. I- Mục tiêu. + Biết được thế nào là vật dẫn cân bằng điện. + Nêu được điện trường của vật dẫn cân bằng điện (bên trong và bên ngoài bề mặt). + Nêu được đặc điểm điện thế của vật dẫn ( trên mặt ngoài, bên trong). + Nêu được đặc điểm sự phân bố điện tích của vật dẫn tích điện ở trạng thái cân bằng. + Biết được sự phân cực điện môi trong điện trường, sự xuất hiện của điện tích bên trong điện môi khi bị phân cực. II- Chuẩn bị. 1. Giáo viên: + Dụng cụ thí nghiệm như SGK : Máy phát tĩnh điện, quả cầu KL, điện nghiệm, tĩnh điện kế, quả cầu kim loại có cán nhựa. + Dự kiến ghi bảng: Tiết 8: Vật dẫn và điện môi trong điện trường. 1. Vật dẫn trong điện trường. a. Trạng thái cân bằng điện. Vật dẫn cân bằng tĩnh điện ( VD cân bằng điện): Bên trong VD không có dòng điện. b. Điện trường trong vật dẫn tích điện. (VD cân bằng điện). + Bên trong vật dẫn : điện trường bằng không. + Trên mặt vật dẫn: Cường độ điện trường tại mọi điểm trên mặt Vd vuông góc với mặt vật dẫn. * ứng dụng: Màn chắn tĩnh điện. c. Điện thế của vật dẫn tích điện. + Điện thế trên mặt VD: Có giá trị bằng nhau tại mọi điểm. + Điện thế ở bên trong VD: Có giá trị bằng nhau ở mọi điểm và cũng bằng điện thế trên mặt VD. ị Vật dẫn là vật đẳng thế. d. Sự phân bố điện tích ở VD tích điện. + Trường hợp vật dẫn rỗng nhiễm điện: Điện tích chỉ phân bố ở mặt ngoài của vật. ( Vật dẫn đặc nhiễm điện: Điện tích chỉ phân bố ở mặt ngoài của vật.) + Trường hợp mặt ngoài của vật nhiễm điện cos chỗ lồi, lõm: - Điện tích tập trung nhiều ở những chỗ lồi, nhiều nhất ở chỗ mũi nhọn. - Những chỗ lõm hầu như không có điện tích. ịCường độ điện trường ở gần mặt ngoài của vật không đều: ở chỗ lồi điện trường mạnh hơn ở những chỗ lõm, đặc biệt rất mạnh ở chỗ mũi nhọn. * ứng dụng: Giải thích hiện tượng rò điện ở mũi nhọn, chế tạo cột chống sét. 2. Điện môi trong điện trường. * Hiện tượng điện môi bị phân cực: * Trường hợp đơn giản: + Khối điện môi được đặt trong điện trường đều (hv). + Kết quả: Do sự phân cực các mặt ngoài của điện môi trở thành nhiễm điện. 2. Học sinh. III- Tổ chức các hoạt động học tập. Hoạt động 1: Tìm hiểu định nghĩa trạng thái cân bằng điện của một vật dẫn. Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên * Cá nhân trả lời: Vật dẫn có nhiều điện tích tự do. Điện môi chứa rất ít các điện tích tự do. * Cá nhân tìm hiểu SGK. * Cá nhân trả lời: Bên trong vật không còn dòng điện. * ghi chép. * Hỏi: Nếu xét về tính chất điện thì vật dẫn điện và điện môi ( chất cách điện) khác nhau như thế nào? * ĐVĐ: Nêu vật dẫn và điện môi đặt vào trong điện trường thì chúng có những tính chất gì? Trước hết ta xét trạng thái cân bằng điện của một vật dẫn. * Hỏi :Một vật dẫn ở trạng thái cân bằng điện (gọi tắt là cân bằng điện) thì phải thoả mãn điều kiện gì? * Dựa theo câu trả lời của học sinh nhấn mạnh điều kiện cân bằng điện, ghi bảng. * Lưu ý: Ta nói vật dẫn trong điện trường tức là nói vật dẫn cân bằng điện trong điện trường. Hoạt động 2: Tìm hiểu điện trường bên trong vật dẫn tích điện: Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên * Nghe, ghi chép. * Giải thích: Nếu điện trường ở một điển nào đó bên trong VD khác không thì sẽ có lực điện tác dụng lên điện tích tự do trong VD làm xuất hiện dòng điện. Trái với điện kiện cân bằng. * Ghi chép. * Giải thích: Giả sử tại một điểm nào đó trên mặt VD không vuông góc với mặt VD khi đó sẽ có thành phần tiếp tuyến với mặt VD thành phần này làm cho điện tích tự do chuyển động. Trái với điều kiệncân bằng điện. * ĐVĐ: Nếu một vật dẫn tích điện ở trạng thái cân bằng điện thì điện trường của vật sẽ như thế nào? * Thông báo: Qua lý thuyết và thực nghiệm đi đến KL: “ Bên trong vật dẫn cân bằng điện , điện trường bằng không”. * Yêu cầu: Dựa vào kiến thức phần a bằng lý thuyết hãy làm rõ kết luận đó? * Nhận xét và kết luận. * ĐVĐ: Nếu bên trong vật có phần rỗng thì sao? Nếu trong phần rỗng đó không có điện tích thì điện trường bên trong phần rỗng đó cũng bằng không. Tính chất đó được ứng dụng chế tạo màn chắn tĩnh điện. * Yêu cầu trả lời câu C1. * ĐVĐ: ở mặt ngoài vật dẫn thì điện trường sẽ như thế nào? “ Vectơ cường độ điện trường bất kỳ điểm nào trên mặt vật dẫn cũng vuông góc với mặt vật dẫn tại điểm đó” * Yêu cầu: Hãy sử dụng kiến thức phần a để làm rõ điều đó? * Nhận xét và giải thích thêm. Hoạt động 3: Tìm hiểu về điện thế của vật dẫn tích điện: Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên * Theo dõi thí nghiệm. * Trả lời: Tại mọi điểm trên mặt vật dẫn điện thế có giá trị bằng nhau. * Ghi chép. * Giải thích: A= q(VM- VN)=0 ị VM=VN M, N có thể là hai điểm bên trong vật dẫn, hoặc một điểm ở trong , một ở ngoài. * Ghi chép. * ĐVĐ: Nếu vật dẫn tích điện ở trạng thái cân bằng điện thì điện thế của vật có đặc điểm gì? Trước tiên ta khảo sát điện thế trên mặt ngoài của vật dẫn. * Yêu cầu: Theo dõi thí nghiệm như hình 6.2 SGK(29). * Hỏi : Kết quả thí nghiệm này cho ta kết luận ntn về điện thế trên mặt vd? * Thông báo: Nhiều TN đều có KQ như vậy. Kết luận. * ĐVĐ: Vâyk đienẹ trường bên trong vật dẫn thì sao? * Thông báo: “Có giá trị bằng nhau ở mọi điểm và cũng bằng điện thế trên mặt VD.ị Vật dẫn là vật đẳng thế.” * Yêu cầu: Bằng kiến thức đã có hãy giải thích rõ điều đó? * Nhận xét, kết luận. Hoạt động 4: Tìm hiểu sự phân bố điện tích ở vật dẫn cân banừg điện. Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên * Theo dõi TN. * Trả lời: Chỉ phân bố trên mặt ngoài của vật. * Ghi chép. * Theo dõi thí nghiệm. * Trả lời: - Điện tích tập trung nhiều ở những chỗ lồi, nhiều nhất ở chỗ mũi nhọn. - Những chỗ lõm hầu như không có điện tích * Trả lời: ường độ điện trường ở gần mặt ngoài của vật không đều: ở chỗ lồi điện trường mạnh hơn ở những chỗ lõm, đặc biệt rất mạnh ở chỗ mũi nhọn * Ghi chép. * Trả lời: Trong TN H6.2: Dùng tĩnh điện kế để đo điện thế của vật. Trong TN H6.3: Quả cầu thử chỉ dùng để lấy điện tích ở các điểm khác nhau trên vật và đưa vào điện nghiệm. * Nếu một vật dẫn tích điện ở trạng thái cân bằng điện thì sự phân bố điện tích của vatạ có đặc didểm gì? * Yêu cầu: Theo dõi thí nghiệm hình 6.3: * Qua thí nghiệm đó ta có kết luận như thế nào về sự phân bố điện tích trên vật rỗng tích điện? * Thông báo: Trường hợp vật dẫn đặc thì cũng tương tự như vậy. Thật vật nếu có điện tích ở trong thì điện tích đó gây ra điện trường làm các điện tích tự do chuyển động vật không phải là cân bằng điện. * ĐVĐ: Như vậy khi vật dẫn tích điện ở trạng thái cân bằng điện thì điệ tích chỉ phân bố trên mặt ngoài, nhưng nếu mặt ngoài của vật lồi lõm khác nhau thì sự phân bố đó có đặc điểm gì? * Yêu cầu theo dõi TN như SGK hình 6.4 * Tiến hành TN. * Hỏi: Kết quả thí nghiệm cho ta kết luận như thế nào về VĐ đặt ra ở trên? * Kết luận. * Hỏi: Từ kết quả đó ta có nhận xét gì về điện trường trên mặt vật dẫn? * Nhận xét, kết luận. * Thông báo ứng dụng: Giải thích hiện tượng rò điện ở mũi nhọn, chế tạo cột chống sét. * Yêu cầu trả lời câu C2: Hoạt động 5: Tìm hiểu sự phân cực của điện môi khi đặt trong điện trường. Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên * Nhắc lại. * Ghe, ghi chép. * Yêu cầu nhắc lại cấu tạo nguyên tử? * Thuyết trình: Ta xét TH tâm các điện tích âm của các e trùng với tâm của điện tích dương của hạt nhân, khi đặt vào trong điện trường do tác dụng của điện trường các êlectron bị dịch chuyển ( một chút ít) ngược chièu điện trường, dẫn đến mỗi NT như bị kéo dãn ra một chút và chia thành hai đầu mang điện trái dấu. Khi đó ta nói rằng “ Điện môi bị phân cực”. * Ta hãy xét trong trường hợp đoen giản được mô tả như HV sau: * Kết quả mặt ngoài của khối điện môi trở thành các mặt nhiiễm điện. * Hỏi: Sự nhiễm điện trong trường hợp khối điện môi bị phân cực như trên có gì khác với vật dẫn nhiễm điện? Hoạt động 6: Củng cố bài và nhận nhiệm vụ về nhà. Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên * Trả lời các câu hỏi * Vật dẫn ở trạng thái cân bằng tĩnh điện phải có điều kiện gì? * Nêu đặc điểm điện trường của vật dẫn tích điện trong trọng thái cân bằng điện? * Nêu điện thế của vật dẫn tích điện cân bằng điện? * Nêu đặc điểm sự phân bố điện tích của vật dẫn tích điện cân bằng điện? * Về nhà: Trả lời các câu hỏi và bài tập ( 31) , làm bài: 1.15 SBT. IV- Rút kinh nghiệm: