Bản chất vật lý trong các bài tập định tính ở phần Điện học lớp 11

Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính Điện học GVHD: Dương Quốc Chánh Tín Trang 1 SVTH: Nguyễn Văn Ngộ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Tên : Ban chất vật lý trong các bài tập định tính ở phần Điện học lớp 11. Phần 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Vật lý học luôn gắn liền với nhiều hiện tượng trong tự nhiên cũng như trong cuộc sống hằng ngày và trong kỹ thuật. Bản chất của quá trình học Vật lý là nghiên cứu các sự vật, hiện tượng trong tự nhiên. Tìm ra quy luật của sự tồn tại và vận động của chúng trong tự nhiên để tác động vào các sự vật hiện tượng đó theo ý muốn của con người. Vật lý học với 4 lĩnh vực: Cơ – Nhiệt – Điện – Quang, mỗi lĩnh vực đều có những ứng dụng rộng rãi, có những đóng góp to lớn cho sự tồn tại và phát triển của con người. Trong thế giới hiện đại, thời đại khoa học kỹ thuật phát triển thì Điện học là một trong những lĩnh vực đang được quan tâm phát triển. Các sự vật hiện tượng vật lý trong tự nhiên là muôn màu muôn vẻ, vấn đề đặt ra với người học Vật lý là vận dụng được những kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề trong thực tiễn, muốn làm được điều này thì người học phải nắm vững được bản chất vật lý của vấn đề. Tuy nhiên, các lý thuyết, các đối tượng nghiên cứu được trình bày ở phổ thông và vật lý đại cương còn nặng về lý thuyết, còn mang tính chất lý tưởng hóa, đã thoát khỏi mối quan hệ ràng buộc, qui định lẫn nhau. Cho nên, người học đã gặp không ít những khó khăn trong quá trình vận dụng. Là một sinh viên chuyên ngành sư pham Vật lý, hiểu được những vấn đề trên tôi quyết định chọn đề tài: “ Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính ở phần Điện học lớp 11”. 2. Mục đích nghiên cứu Xây dựng kỹ năng vận dụng lý thuyết để giải quyết các bài tập định tính trong chương trình Điện học và giải thích các hiện tượng vật lý thường gặp trong tự nhiên. 3. Đối tượng nghiên cứu Bản chất vật lý trong các bài tập định tính ở phần Điện học lớp 11. 4. Phạm vi nghiên cứu Điện trường Dòng điện không đổi Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính Điện học GVHD: Dương Quốc Chánh Tín Trang 2 SVTH: Nguyễn Văn Ngộ Dòng điện trong các môi trường Từ trường 5. Nhiệm vụ nghiên cứu Xây dựng hệ thống cơ sở lý thuyết và giới hạn áp dụng của chúng Tìm hiểu bản chất vật lý trong các bài tập định tính Thiết lập logic giải cho các kiểu giải quyết cho các bài tập định tính Áp dụng giải quyết các nhiệm vụ thực tiễn như giải thích các hiện tượng vật lý, giải các bài tập định tính và định lượng 6. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu và phân tích các tài liệu giáo khoa, các lý thuyết vật lý có liên quan. Phương pháp thu thập tư liệu. Phương pháp quan sát sư phạm. 7. Giả thuyết khoa học Để giải quyết các nhiệm vụ thực tiễn đặt ra trong việc học Vật lý nói chung và trong Điện học nói riêng thì người học cần phải trang bị cho bản thân thói quen, kỹ năng tư duy dựa trên bản chất của vấn đề. 8. Thời gian nghiên cứu Chương 1 :Cơ sở lý thuyết của đề tài 1.1 Tâm lý – Giáo dục – Lý luận dạy học 1.1.1 Quá trình nhận thức Nhận thức là một quá trình phức tạp đòi hỏi con người vừa phải đi từ trực quan sinh động tới tư duy trừu tượng, vừa phải đi từ tư duy trừu tượng đến thực tiễn. Trực quan sinh động( giai đoạn nhận thức cảm tính) là giai đoạn đầu tiên của quá trình nhận thức, gắn liền với thực tiễn, phản ánh các sự vật hiện tượng trong tự nhiên thông qua cảm giác, tri giác và biểu tượng. Giai đoạn tiếp theo trong quá trình nhận thức của con người là tư duy trừu tượng ( nhận thức lí tính). Thông qua giai đoạn này con người có thể nhận thức được bản chất và các qui luật chi phối sự vận động và phát triển của các sự vật và hiện tượng. Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính Điện học GVHD: Dương Quốc Chánh Tín Trang 3 SVTH: Nguyễn Văn Ngộ Tư duy trừu tượng là giai đoạn tiếp theo cao hơn của quá trình nhận thức dựa trên nền tảng của giai đoạn nhận thức cảm tính, phản ảnh hiện thực khách quan một cách gián tiếp và khái quát. Do đó, nó phản ánh “ sâu sắc hơn”, “ chính xác hơn”, “đầy đủ hơn” thông qua các khái niệm, phán đoán, suy luận. Nhưng tư duy trừu tượng là sự phản ánh gián tiếp hiện thực khách quan nên có nguy cơ phản ánh sai hiện thực. Do vậy, cần phải trỏ về thực tiễn để kiểm tra sự đúng đắn của nó, phân biệt những tri thức đúng đắn và sai lầm. Đưa tư duy trừu tượng áp dụng váo thực tiễn, giúp cho hoạt động nhận thức có hiệu quả. 1.1.2 Các phương pháp dạy học Quá trình dạy học - Ý nghĩa. Quá trình dạy học là sự hoạt động phối hợp hữu cơ biện chứng của Thầy và Trò, trong đó giáo viên tổ chức, hướng dẫn, điều khiển tạo điều kiện cho học sinh nắm vững tri thức và phát triển nhân cách. Dạy học là con đường thuận lợi nhất giúp cho học sinh trong khoảng thời gian ngắn nhất có thể nắm vững một khối lượng tri thức cần thiết. Dạy học là con đường quan trọng nhất để giúp học sinh phát triển năng lực hoạt động trí tuệ đặc biệt là tư duy trừu tượng. Đây cũng là con đường chủ yếu nhất để thực hiện nhiệm vụ phát triển toàn diện cho học sinh. // neu vai tro cua nguoi thay trong day hoc noi chung v trong day hoc vat ly noi rieng > su dung cac phuong phap day hoc Trong quá trình dạy học, nhiệm vụ của học sinh là phải học dưới sự tổ chức, điều khiển của giáo viên. Đối với giáo viên dạy Vật lý ở trường phổ thông đã xác định nhiệm vụ cho mình đó là Dạy kiến thức Vật lý cho học sinh Phát triển tư duy cho học sinh thông qua dạy học Vật lý. Gióa dục tư tưởng thông qua dạy học Vật lý. Dạy cho học sinh kỹ năng hành động Vật lý. Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính Điện học GVHD: Dương Quốc Chánh Tín Trang 4 SVTH: Nguyễn Văn Ngộ Để thực hiện tốt nhiệm vụ dạy học và thực hiện thắng lợi mục tiêu dạy học thì người giáo viên luôn phải sử dụng hệ thống các phương pháp dạy học một cách hiệu quả nhất. Bên cạnh đó người giáo viên Vật lý luôn luôn phải nghiên cứu các nội dung để nâng cao chất lượng dạy học: Cải tiến nội dung dạy học Cải tiến, thay đổi các hình thức dạy học Vật lý Áp dụng các phương pháp dạy học sao cho phù hợp nhất với nội dung, đối tượng học Vật lý Cải tiến, chế tạo đò dung dạy học Vật lý Một số phương pháp dạy học tích cực Phương pháp dung lời Phương pháp trực quan Phương pháp dạy học nêu vấn đề và phương pháp dạy học khám phá Dạy học nêu vấn đề là tập hợp nhiều phương pháp dạy học đơn giản nhất ( diễn giảng, thí nghiệm, đầm thoại, đọc sách…). Mà trong đó có sự phối hợp thống nhất giữa thầy và trò sao cho trò tự giác chấp nhận nhiệm vụ học tập là nhiệm vụ của chính mình , tích cực, tự lực, sáng tạo tìm tòi cách giải quyết nhiệm vụ học tập áy thông qua việc kiểm tra các giải thuyết mà mình đã đặt ra. Nếu hiểu theo mục đích của quá trình dạy học thì dạy học nêu vấn đề là dạy cách giải quyết một nhiệm vụ học tập. Nếu hiểu theo cách tổ chức thì dạy học nêu vấn đề là kiểu dạy học trong đó nêu vấn đề bằng việc xây dụng tình huống có vấn đề và tổ chức cho trò tìm tòi giả thuyết, kiểm tra giả thuyết và vận dụng kết quả. // lồng chép một phần việc kết hợp bài tập định tính và pp nvd 1.1.3 Vai trò bài tập định tính trong dạy học Vật lý Đối với người học Bài tập định tính luôn là những câu hỏi xuất phát từ các hiện tượng trong cuộc sống hàng ngày như mưa đá, bình thủy,cầu chì điện, cầu vồng…Con người nói chung luôn quan tâm những gì gần gũi với đời sống hằng ngày nhất vì vậy học sinh cũng không ngoại lệ. Những bài tập định Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính Điện học GVHD: Dương Quốc Chánh Tín Trang 5 SVTH: Nguyễn Văn Ngộ tính chỉ cần học sinh trả lời bằng cách diễn đạt ngôn ngữ (ít khi dùng biểu thức toán, dĩ nhiên tùy cấp độ) nên việc trả lời được thực hiện dễ dàng. Ví dụ khi giải thích hiện tượng cầu vồng, học sinh chỉ cần vận dụng hiện tượng khúc xạ ánh sáng, hiện tượng tán sắc ánh sáng qua các giọt nước mưa và biểu đạt những suy nghĩ thành lời. Do đó, bài tập định tính (cũng) giúp cho các em cách sắp sếp ý tưởng và trình bày những suy nghĩ của mình một cách rõ ràng mạch lạc. Bản chất vật lý là những qui luật được đúc kết từ những cái chung tương đối ổn định của các sự vật hiện tượng riêng biệt. Bản chất là cái tất nhiên, cái tương đối ổn định ở bên trong sự vật, qui định sự vận động và phát triển của các sự vật. Hiện tượng là cái biểu hiện của bản chất ra bên ngoài, là cái không ổn định và biến đổi nhanh hơn so với bản chất. Nên về mặt nhận thức để hiểu được các sự vật không chỉ dừng lại ở các hiện tượng mà phải đi sâu vào bản chất của nó. Tức là không chỉ dừng lại ở giai đoạn nhận thức cảm tính mà phải đi sâu vào quá trình nhận thức lí tính.Việc giải các bài tập định tính sẽ giúp cho người học xây dựng, củng cố và phát triển phương pháp nhận thức thế giới khách quan theo đúng qui luật của quá trình nhận thức. Việc xác định bản chất vật lí trong các bài tập định tính góp phần xây dựng phương pháp tư duy khoa học ở người học. Hơn nữa, việc tìm hiểu các bài tập định tính giúp ích cho phương pháp học tập của người học. Con đường học tập của chúng ta rất dài, chúng ta không thể nhớ được tất cả cũng như nhớ được lâu kiến thức chúng ta đã học bằng cách “ học vẹt”. Vì vậy, việc nắm vững bản chất của vấn đề sẽ cách hiệu quả nhất để giúp chúng ta có thể nhớ được dễ dàng hơn và nhớ lâu hơn bằng cách liên hệ giữa các bản chất của các sự vật, sự việc để có được mối quan hệ logic, tạo nên thủ thuật nhớ nhằm ghi nhớ có ý nghĩa các tài liệu. Ví dụ, trong Cơ học Công được tính bởi tích của Lực và đoạn đường vật đi được thì trong Điện học, Công cũng được tính bởi công thức như trong Cơ học nhưng ở đây là Lực điện và đoạn đường mà vật đi được trong Điện trường. Việc giải quyết các bài tập định tính trong thực tế về lâu dài góp phần hình thành ở người học phương pháp tự học. Bên cạnh đó cũng rèn luyện các kỹ năng: Thu thập, phân tích, tổng hợp. Kết hợp lý thuyết và thực hành Đối với người dạy Từ khi bắt đầu học vật lý, bài tập định tính luôn luôn là một “tiết mục” thu hút sự chú ý và thích thú của học sinh. Bằng chứng là khi bắt đầu học vật lý (lớp 6) giáo viên chỉ dạy học trò hiện tượng vật lý, giải thích chứ đâu có tính toán lằng nhằng. Vì vậy có thể nói bài tập định tính như là bước khỏi đầu, cánh cổng mở ra cho học sinh tiếp cận ngôi nhà vật lý một cách thú vị. Vì thế, Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính Điện học GVHD: Dương Quốc Chánh Tín Trang 6 SVTH: Nguyễn Văn Ngộ nếu người giáo viên biết vận dụng bài tập định tính để đan xen vào tiết dạy lý thuyết hay bổ trợ cho những bài tập định lượng góp phần giúp cho học sinh có thể hiểu rõ bản chất của vấn đề. Mục đích của dạy học là phát triển toàn diện cho học sinh,hình thành ở người học ý thức, nhu cầu học tập. Vì thế trong quá trình dạy học, người giáo viên luôn cải tiến phương pháp dạy học nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh. Những sự vật, sự việc trong thực tế, các hiện tượng trong đời sống hằng ngày nằm trong các bài tập định tính sẽ giúp cho học sinh tăng cường hứng thú học tập đối với môn học, kích thích tính tìm tòi, ham hiểu biết, sự đam mê trong các em góp phần làm cho công tác giảng dạy có được những kết quả khả quan hơn. Do đó, có thể nói rằng bài tập định tính là một phần không thể thiếu trong quá trình dạy học với mục đích phát triển toàn diện cho học sinh. Bài tập định tính được giáo viên lồng ghép với nhiều phương pháp dạy học khác nhau, trong đó với phương pháp dạy học nêu vấn đề thì bài tập định tính phát huy được hiệu quả cao nhất của nó. Trong quá trình dạy học, với hệ thống bài tập định tính giáo viên có vể thuận lợi hơn trong việc tổ chức, điều khiển hoạt động của học sinh bởi lẽ đã thu hút được sự chú ý, tò mò của các em vào bài học. Nếu như các bài tập định tính đã được chọn lọc và sắp xếp một cách có hệ thống theo tiến trình bày học sao cho thể hiện được rõ ràng nội dung bài học thì sẽ mang lại hiệu quả cao nhất. 1.2 Những nội dung kiến thức chính cần để giải quyết các bài tập định tính 1.2.1 Điện trường 1.2.2 Dòng điện không đổi 1.2.3 Dòng điện trong các môi trường 1.2.4 Từ trường Chương 2 :Hệ thống các bài tập định tính ở phần Điện học lớp 11 2.1 Điện trường ĐỊNH LUẬT CULONG Bài 4.3 Có thể dùng một vật A đã tích điện âm để làm nhiễm điện dương cho một vật dẫn B, mà không làm thay đổi điện tích của A được không? Có thể làm cho hai vật dẫn B, C nhiễm điện trái dấu nhau được không? Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính Điện học GVHD: Dương Quốc Chánh Tín Trang 7 SVTH: Nguyễn Văn Ngộ Nội dung kiến thức cơ bản nhất để trả lời câu hỏi trên là người học phải hiểu rõ và vận dụng được thuyết electron. Đối với yêu cầu của bài toán này, chúng ta có hai cách giải. Thứ nhất: Muốn cho vật B nhiễm điện dương, ta đưa một đầu của nó lại gần vật A, và chạm tay vào đầu còn lại (hoặc nối đất bằng một dây dẫn), sau đó bỏ tay ra. Điện tích âm sẽ bị đẩy xuống đất, trên vật B chỉ còn lại điện tích dương. Nếu dùng vật B đã nhiễm điện dương và làm tương tự, ta có thể làm cho vật C nhiễm điện âm. Thứ hai: Ta cho hai vật B, C chậm vào nhau, rồi đưa A lại gần B. Sau đó tách B, C ra thì vật B sẽ nhiễm điện dương và vật C sẽ nhiễm điện âm. Trong trường hợp này hai vật dẫn B, C phải được đặt cách điện với đất. 4.4 Các xe chở xăng dầu có khả năng cháy nổ rất cao. Khả năng này xuất phát tự cơ sở vật lý nào? Người ta đã làm gì để phòng chống cháy nổ cho các xe này? Khi các xe chở xăng dầu, trong quá trình di chuyển xăng, dầu sóng sánh cọ xát vào vỏ thùng làm cho vỏ thùng bị nhiễm điện. Nếu nhiễm điện mạnh thì có thể gây ra tia lửa điện và bốc cháy, cho nên các xe chở xăng, dầu thường dễ bị cháy hơn. Để khắc phục người ta thường làm một chiếc xích sắt nối vỏ thùng với mặt đường. Khi đó điện tích xuất hiện trên vỏ thùng sẽ theo sợi dây xích truyền xuống đất. 4.5 Tại sao hai quả cầu kim loại nhiễm điện trái dấu lại tác dụng lên nhau một lực lớn hơn là khi chúng nhiễm điện cùng dấu,với cùng những điều kiện như nhau về vị trí và độ lớn điện tích của quả cầu? Có bao giờ hai vật dẫn nhiễm điện cùng dấu lại hút nhau không? Khi hai quả cầu nhiễm điện cùng dấu, điện tích được phân bố lại trên hai quả cầu như hình vẽ Các phần tập trung (phần lớn) điện tích ở xa nhau như hình vẽ. Khi hai quả cầu kim loại nhiễm điện trái dấu thì các phần tập trung (phần lớn) điện tích ở gần nhau như hình vẽ Như vậy các điện tích cùng dấu lại xa nhau hơn các điện tích trái dấu. Do đó hai quả cầu kim loại nhiễm điện trái dấu lại tác dụng lên nhau một lực lớn hơn khi chúng nhiễm điện cùng dấu. Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính Điện học GVHD: Dương Quốc Chánh Tín Trang 8 SVTH: Nguyễn Văn Ngộ Chúng ta luôn công nhận rằng, hai vật nhiễm điện cùng dấu thì đẩy nhau, trái dấu thì hút nhau. Tuy nhiên, đối với hai quả cầu kim loại nhiễm điện trái dấu vẫn có thể hút nhau được. Điều đó chỉ có thể xay ra khi thỏa mãn hai điền kiện: Đó là hai quả cầu kim loại và một quả cầu mang điện tích có trị số lớn hơn nhiều so với điện tích của quả cầu kia ĐIỆN TRƯỜNG, CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG, HIỆU ĐIỆN THẾ, CÔNG CỦA ĐIỆN TRƯỜNG 2.1 Xét một điểm A nằm trong điện trường của một điện tích điểm +q.nếu bên phải điểm A đặt têm một quả cầu không tích điện thì cườn độ điện trường vầ điện thế tại điểm A biến đổi gì không? Giải Dươi tác dụng của điện trường của điện tích q, hai mặt quả cầu đối diện nhau sẽ nhiễm điện trái dấu. Nếu quả cầu dẫn điện thì sự nhiễm điện đó là do hưởng ứng, nếu quả cầu không dẫn điện thì điện tích xuất hiện trên quả cầu là do sự phân cuacj điện môi. Mặt đặt gần điểm A sẽ mang điện âm, mặt xa hơn sẽ mang điện dương. Hai điện tích này sẽ tạo ra tai A hai cường độ điện trường ngược chiều nhau mà tổng hợp của chúng hướng sang phía quả cầu vì điện tích gần A hơn điện tích dương. Vậy tại A ngoài cường độ điện trường do +q tạo ra thì còn có them một cường độ điện trường tại điểm A sẽ tăng lên. Tương tự nghư vậy, hki các điện tích trái dấu xuất hiện trên quả cầu. các điện tích này sẽ tạo ra tại A các điện thế khác nhau: Điện tích âm ở gần hơn sẽ tạo ra điện thê âm có giá trị lớn hơn điện thế dương do điện tích dương ở xa hơn tạo ra. Nên tổng hợp điện thế do quả cầu tạo ra tại A mang giá trị âm. Còn điện thế của +q tạo ra tại A là điện thế dương. Vì vậy khi tổng hợp hai điện thế này thì điện thế tại A giảm đi. 4.37 Hai quả cầu nhỏ A và B bằng kim loại, giống hệt nhau, có khối lượng m, được treo tiếp xúc với nhau vào cùng một diểm O bằng hai sợi dây mảnh, cách điện, không giãn, chiều dài l. Người ta truyền một điện tích q cho quả cầu A thì thấy hai quả cầu đẩy nhau cho đến khi hai dây treo hợp với nhau một góc  . Chứng minh rằng không có đường sức nào của điện trường đi qua điểm giữa O của đoạn thẳng nối tâm hai quả cầu. Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính Điện học GVHD: Dương Quốc Chánh Tín Trang 9 SVTH: Nguyễn Văn Ngộ Khi truyền điện tích là q cho quả cầu A khi hai quả cầu A và B treo tiếp xúc nhau thì điện tích trên mỗi quả cầu là q/2, do nhiễm điện cùng dấu nên hai quả cầu đẩy nhau. Ở vị trí cân bằng mới mỗi quả cầu sẽ nằm cân bằng dưới tác dụng của ba lực : sức căng T của dây treo, trọng lực P và lực đẩy tĩnh điện F. Từu P F  2 tan 1 suy ra 2 tan2 1 k mgq  Vì điện tích hai quả cầu bằng nhau nên cường độ điện trường 10E  và 20E  do chúng gây ra tại trung điểm O của AB sẽ có cường độ bằng nhau, cùng phương nhưng ngược chiều. Cường độ điện trường tổng hợp tại O bằng không , nên không có đường sức của điện trường đi qua O. 4.29 Có hai điện tích điểm, chưa biết dấu và độ lớn, nằm cách nhau một khoảng d. Người ta xác định được vị trí của một điểm C nằm trên đường thẳng nối hai điện tích mà ở đó cường độ điện trường bằng không. - Có thể kết luận gì về tính chất của hai điện tích đó? - Nếu điểm D, có tính chất như trên, nằm ngoài đoạn thẳng nối hai điện tích thì sao? Trước hết ta có thể khẳng định rằng : hai điện tích đó phải cùng dấu, nghĩa là hoặc cùng là điện tích dương, hoặc cùng là điện tích âm. Sau đó dựa vào vị trí của điểm C trên đoạn thảng AB nối hai điện tích ta có thể biết được quan hệ về độ lớn q1 và q2 của hai điện tích đó. Giả sử hai điện đó đều là điện tích dương. Đặt AB = d, AC = x. Vì cường độ diện trường tổng hợp tại C bằng không, ta có:  2 2 2 1 21 xd qk x qk EE    Từ đó, nếu đặt 1 2 q qn  ta rút ra: 1  n dx Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính Điện học GVHD: Dương Quốc Chánh Tín Trang 10 SVTH: Nguyễn Văn Ngộ Như vậy nếu q11 thì x< d/2: điểm C gần điện có giá trị nhỏ. Và tỉ số các độ lớn của hai điện tích là: 2 1 2 1       x d q q Trong trường hợp điểm D nằm ngoài đoạn thẳng nối hai điện tích, cũng với cách lập luận như trên thì hai điện tích phải là hai điện tích trái dấu nhau. Và dựa vào vị trí của điểm C để xác định mối quan hệ về độ lớn của hai điện tích. Ta đặt AB = d và AD = x. Vì cường độ điện trường tổng hợp tại D bằng không nên ta có:  2 2 2 1 21 xd qk x qk EE    Từ đó, nếu đặt 1 2 q qn  ta rút ra: 1  n dx Như vậy nếu q11 thì x<d: điểm D gần điện có giá trị tuyệt đối nhỏ. Và tỉ số các độ lớn của hai điện tích là: 2 1 2 1       x d q q 2.9 Hai quả cầu kim loại nhỏ, mỗi quả có bán kính a, khối lượng m được nối với nhau một sợi day mảnh, mềm có chiều dài l. Hai quả cầu nằm cách nhau một khoảng l0 (l>l0>>a) và đặt trong một điện trường đều. Vectơ cường độ điện trường E  hướng dọc theo đường nối tâm các quả cầu. Xáh định vận tốc các quả cầu thu được nếu chúng được buông ra không vận tốc ban đầu. Nhận xét: Khi các quả cầu được nối với nhau, một hệ vật dẫn được tạo ra trong điện trường. Vì sự nhiễm điện do hưởng ứng mà các quả cầu sẽ nhiễm điện trái dấu, sau đó lại bị điện trường tác dụng lực ngược chiều mà các quả cầu sẽ chuyển động tách xa nhau. Càng chuyển động và càng xa nhau các quả cầu nhiễm điện càng mạnh, lực điện trường tác dụng lên chúng càng lớn. Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính Điện học GVHD: Dương Quốc Chánh Tín Trang 11 SVTH: Nguyễn Văn Ngộ Về mặt năng lượng: Lục điện trường tác dụng sẽ tăng tốc cho các quả cầu nên công của lực điện trường sẽ được chuyển thành động năng của chúng. Như vậy quy luật chuyển động của các quar cầu không phải là nhanh dần đều vì lực thay đổi theo khoảng cách, nên cần tìm cách tính phù hợp. Giải Dưới tác dụng của điện trường ngoài, các quả cầu sẽ nhiễm điện trái dấu với độ lớn điện tích thay đổi theo sự biến đổi khoảng cách giữa các quả cầu. Sự tương tác của các điện tích này với điện trường sẽ làm tăng tốc cho các quả cầu. Chọn trục tọa độ hướng theo vectơ cường đô điện trường, gốc tọa dộ tại trung điểm của đoạn thẳng nối hai quả cầu. Ta sẽ tìm sự phụ thuộc của độ lớn điện tích của các quả cầu theo tọa độ của chúng. Chọn mốc điện thế tại gốc tọa độ, khi đó ta viết được biểu thức cân bằng điện thế của hai quả cầu theo tọa độ của chúng và lưu ý rằng ta bỏ qua tương tác giuwacx các quả cầu với nhau vì chúng rất xa nhau: Ex a qEx a q  00 44  Suy ra Exq 04 Do đó, lực tác dụng lên mỗi quả cầu tỉ lệ với tọa độ của chúng và có độ lớn là: xaEEqF 204.  Từ hệ thức này rút ra rằng vận tốc các quả cầu sẽ đạt cực đại khi chúng tách xa nhau ra ở khoảng cách lớn nhất. Khi đó công của lực điện trường thực hiện ở mỗi qur cầu được chuyển thành động năng của của chúng: 2 2mvA  Có thể tính công này bằng đồ thị: Bằng diện tích của hình thang nằm dưới dồ thị phụ thuộc của lực theo tọa dộ:    202 2 000 2 00 21 2 4 2 . 2 . 2 4 22 1 llaEllllaEllFFA   Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính Điện học GVHD: Dương Quốc Chánh Tín Trang 12 SVTH: Nguyễn Văn Ngộ Ta có: 2 2mvA  =    202 2 000 2 00 21 2 4 2 . 2 . 2 4 22 1 llaEllllaEllFF   Suy ra   m llEv 2 0 22 0   VẬT DẪN VÀ ĐIỆN MÔI TRONG ĐIỆN TRƯỜNG. 4.44 Đưa một cái đũa nhiễm điện lại gần những mẫu giấy, mạt cưa nhỏ, ta thấy mẫu giấy, mạt cưa bị hút về phía đũa. Sau khi chạm vào đũa, mẫu giáy bị đẩy ra. Hãy giải thích hiện tượng này? Hiện tượng có khác gì với mạc nhôm? Mẫu giấy hay mạt cưa nhỏ làm bằng điệm môi. Vì vậy khi ta đưa một cái đũa nhiễm điện lạ gần mẫu giáy chảng hạn, do sự phân cực điện môi, hai phía mẫu giấy mang điện tích trái dấu, bằng nhau về độ lớn. Nếu dú nhiễm điện dương, phía gần đũa sẽ tích điện âm và phía kia tích điện dương. Cả hai phía của mẫu giấy đều chịu tác dụng của điện trường của đũa. Vì điện trường này không đều nên mẫu giấy sẽ bị hút về phía đũa là nơi có điện trường mạnh hơn. Khi mẫu giấy chạm vào đũa, một phần các điện tích của mẫu giấy bị trung hòa (phía mẫu giấy bị nhiễm điện tích âm chạm vào đũa) và điện tích dương của mẫu giấy chịu tác dụng của lực đẩy, làm cho mẫu giấy bị đẩy khỏi đũa. Khi ta dùng mạt nhôm thì hiện tượng nói trên xảy ra rõ rệt hơn, bởi vì sự nhiễm điện do hưởng ứng của mạt nhôm tạo nên điện tích lớn hơn là sự phân cực trong điện môi. TỤ ĐIỆN 4.46 Người ta mắc tụ điện vào hai cực của một cái pin. - Tại sao điện tích trên hai bản của tụ điện lại có độ lơn bằng nhau? - Điều đó còn đúng không nếu hai bản tụ có kích thước khác nhau? Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính Điện học GVHD: Dương Quốc Chánh Tín Trang 13 SVTH: Nguyễn Văn Ngộ Khi ta mắc tụ điện vào nguồn điện thì nguồn điện có tác dụng làm cho các electron chuyển về bản âm. Bản dương thiếu electron nên mang điện tích dương. Vì thế điện tích trên hai bản tụ luôn luôn bằng nau về trị số tuyệt đối. Hơn nữa các đường sức xuất phát từ bản dương đều kết thúc ở bản âm. Điều đó chỉ có thể thực hiện được nếu điện tích âm và dương bằng nhau, vì dường sức xuất phát từ điện tích dương và kết thúc ở ở điện tích âm. Nếu hai bản tụ có kích thước khác nhau, thì sự phân bố điện tích trên các bản tụ là không đôi xừng. Tuy vậy điện tích trên các hai bản vẫn bằng nhau. 3.7 Một bộ gồm n tụ điện giống nhau được mắc nối tiếp với nhau và tích điện đến hiệu điện thế U. Khi đó giữa các bản tụ được đổ đầy một chất điện môi lỏng có hằng số điện môi  . Sau khi có k tụ điện điện môi bị chảy ra ngoài. Hiệu điện thế trên bộ tụ sẽ thay đổi như thế nào nếu sau khi tích điện cho bộ tụ thì các tụ được tách ra khỏi nguồn điện. Nhận xét: Có thể tính được điện dung của tụ điện ban đầu (khi điện môi chưa bị chảy ra ngoài), nên có thể tính được điện tích bộ tụ khi được nạp điện tới hiệu điện thế U. Khi một số tụ điện có điện môi chảy ra (điện môi không mang theo điện tích) thì sẽ làm thay đổi điện dung của hệ, nhưng điện tích của hệ không thay đổi. Trên cơ sở xác định điện dung mới của bộ tụ sẽ suy ra được hiệu điện thế mới trên bộ tụ. Giải Gọi C là điện dung của mỗi tụ ban đầu, khi điện môi chưa bị chảy ra ngoài, điện dung của bộ tụ là: n CC 1 Khi đó điện tích của bộ tụ là: U n Cq  Sau đó, với k tụ điện có điện môi chảy ra ngoài thì điện dung tương đương của chúng là : k CC  ' Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính Điện học GVHD: Dương Quốc Chánh Tín Trang 14 SVTH: Nguyễn Văn Ngộ Với các tụ còn nguyên điện môi thì có điện dung tương đương là: kn CC  '' Điện dung của bộ tụ mới là:  kn CC C k C kn C 1 1 2 2       Khi điện môi trên một số tụ chảy ra ngoài nhưng điện tích của chúng vẫn khong thay đổi, nên hiệu điện thể trên bộ tụ sẽ bằng: Vì vậy hiệu điện thế sẽ tăng lên một lượng:   n kUUUU 12    ĐỐI XỨNG CẦU Một vỏ kim loại mỏng, hình cầu, không tích điện có một điện tích điểm q nằm ở tâm của nó. Điện trường bên trong vỏ và bên ngoài vỏ có biểu thức như thế nào? Vỏ có ảnh hưởng gì lên điện trường do điện tích q gây ra hay không? Sư có mặt của q có ảnh hưởng gì lên sự phân bố điện tích của vỏ không? Nếu có một điện tích điểm thứ hai được giữ ngoài vỏ, điện tích ngoài này có chịu tác dụng của lực hay không? Điện tích trong vỏ có chịu tác dụng của lực hay không? Có mâu thuẫn gì với định luật thứ ba của Niutơn không? Tại sao có và tại sao không? Giải Khi đặt điện tích điểm q tại tâm của mặt cầu kim loại (O,R) thì do hiện tượng điện hưởng trên mặt trong của hình cầu xuất hiện điện tích –q và trên mặt ngoài xuất hiện điện tích +q. Các điện tích được phân bố đều do đối xứng. Nếu điểm M ở trong mặt cầu kim loại OM=r<R thì mặt Gauss là mặt cầu (O,r) chứa điện tích +q bên trong nó và cường độ điện trường tại M: 2 0 2 4 1 r q r qkE     n knU C qU 1 2 2    Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính Điện học GVHD: Dương Quốc Chánh Tín Trang 15 SVTH: Nguyễn Văn Ngộ Nếu điểm M năm ở ngoài mặt cầu kim loại, OM=r>R thì mặt cầu Gauss (O, r) chứa điện tích: +q+(-q)+q=q bên trong nó và có : 2 0 2 4 1 r q r qkE   Nói cách khác mặt cầu kim loại không ảnh hưởng gì đến điện trường do q gây ra tại M. Nếu tại M ngoài vỏ đặt điện tích q0 thì q0 chịu tác dụng của lực điện EqF  0 . Tại vị trí O đặt q, điện trường bằng không ( khi tính điện trường tác dụng lên q thì không kê dến q), điện trường bên trong một vỏ cầu tích điện luôn bằng không. Vậy q không chịu tác dụng của của lực điện nào. Điều này không mâu thuẫn với định luật ba Niutơn vì các lực điện tác dụng lên q0 và tác dụng lên q không phải là các lực tương tác trực tiếp giữa qo và q. Ý nghĩa của việc xác định bản chất vật lý trong các bài tập định tính về Điện trường 2.2 Dòng điện không đổi Ý nghĩa của việc xác định bản chất vật lý trong các bài tập định tính về Dòng điện không đổi 2.3 Dòng điện trong các môi trường 6.1 Do những nguyên nhân gì mà độ dẫn điện của chất điện phân tăng khi nhiệt độ tăng? 6.2 Khi có dòng điện đi qua dung dịch điện phân ta thấy các iôn dương và iôn âm không ngừng bị trung hòa ở các điện cực ( sau khi trao điện tích cho điện cực). những nguyên nhân gì khiến cho nồng độ iôn trong dung dịch giữ ở mức không đổi? Ý nghĩa của việc xác định bản chất vật lý trong các bài tập định tính về Dòng điện trong các môi trường 2.4 Từ trường Ý nghĩa của việc xác định bản chất vật lý trong các bài tập định tính về Từ trường Bản chất Vật lý trong các bài tập định tính Điện học GVHD: Dương Quốc Chánh Tín Trang 16 SVTH: Nguyễn Văn Ngộ Phần 3 KẾT LUẬN 3.1. Bản chất vật lý trong các bài tập định tính 3.2. Con đường để đi dến bản chất vật lý trong các bài tập định tính Thu thập thông tin Xử lí thông tin Rút ra bản chất – ứng dụng 3.3. Đề xuất sư phạm Sử dụng bài tập định tính để tiến hành các hoạt động ngoại khóa Xây dựng các tình huống có vấn đề Củng cố và phát triển phương pháp tự học Sưu tầm phân loại, nghiên cứu bài tập định tính xây dựng kho tư liệu giảng dạy Mở rộng và phát triển đề tài