CHỦ ĐỀ 3. ĐIỆN TRƯỜNG. BÀI 2. ĐIỆN TRƯỜNG
Ảnh
Ảnh
Trang bìa
Trang bìa
CHỦ ĐỀ 3. ĐIỆN TRƯỜNG. BÀI 2. ĐIỆN TRƯỜNG
Ảnh
HỌC XONG BÀI NÀY, BẠN CÓ THỂ
+ Vận dụng 1
Học xong bài học này, bạn có thể • Nêu được khái niệm điện trưởng là trường lực được tạo ra bởi điện tích, là dạng vật chất tồn tại quanh diện tích và truyền tương tác giữa các diện tích. • Nêu được ý nghĩa của cường độ điện trường và định nghĩa được cường độ điện trường tại một điểm được đo bằng tỉ số giữa lực tác dụng lên một điện tích dương đặt tại điểm đó và độ lớn của điện tích đó. • Dùng dụng cụ tạo ra (hoặc vẽ) được điện phổ trong một số trường hợp đơn giản. • Sử dụng biểu thức E=Q/4πε0r^2 , tính và mô tả được cường độ điện trường do một điện tích điểm Q đặt trong chân không hoặc trong không khí gây ra tại một điểm cách nó một khoảng r .
+ Vận dụng 2
• Vận dụng được biểu thức E=Q/4πε0r^2 • Sử dụng biểu thức E = U/d , tính được cường độ của điện trường đều giữa hai bản phẳng nhiễm điện đặt song song, xác định được lực tác dụng lên diện tích đặt trong điện trường đều. • Thảo luận để mô tả được tác dụng của điện trường đều lên chuyển động của điện tích bay vào điện trường đều theo phương vuông góc với đường sức và nêu được ví dụ về ứng dụng của hiện tượng này.
+ Khởi động
Khởi động - Trong Hình 2.1, thanh nam châm tác dụng lực lên vật bằng sắt mà không tiếp xúc với vật. Tương tự như vậy, chiếc lược tích điện tác dụng lực lên quả cầu tích điện cũng không tiếp xúc với quả câu. - Ở trung học cơ sở, ta đã biết, giống như lực hấp dẫn giữa các vật có khối lượng được thực hiện thông qua trường hấp dẫn, lực tác dụng của nam châm lên vật có tính chất từ được thực hiện thông qua từ trường của nam châm. - Lực tác dụng giữa các vật tích điện có thông qua một trưởng nào không? - Trường đó được đặc trưng bởi đại lượng nào?
+ Hình 2.1
Ảnh
I. KHÁI NIỆM ĐIỆN TRƯỜNG
+ Định nghĩa 1
- Vấn đề một vật mang điện có thể tác dụng lực lên một vật mang điện khác mà không tiếp xúc với vật đó đã được giải quyết bởi Michael Faraday (Mai-con Fa-ra-đây, 1791–1867, Hình 2.2), người đề xuất khái niệm trường. - Chúng ta đã biết một vật tác dụng lực hấp dẫn lên các vật có khối lượng thông qua trường hấp dẫn của vật đó. Cũng như vậy, một nam châm tác dụng lực tử lên các vật có tính chất từ thông qua từ trưởng của nam châm. - Các nghiên cứu cũng đã chứng tỏ rằng, một điện tích tác dụng lực điện lên các diện tích thông qua trường, gọi là trưởng điện (điện trưởng) do nó gây ra. - Điện trưởng là trưởng được tạo ra bởi diện tích, là dạng vật chất tồn tại quanh điện tích và truyền tương tác giữa các điện tích. - Tính chất cơ bản của điện trường là tác dụng lực lên diện tích đặt trong nó.
+ Hình 2.2
Ảnh
+ Câu hỏi 1
Câu hỏi 1: Lấy một ví dụ lực hút của nam châm lên vật khác.
II. CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG
+ Định nghĩa 1
- Để nghiên cứu điện trường xung quanh một điện tích Q, có thể dùng điện tích thử. Đó là một vật có kích thước nhỏ, mang diện tích có độ lớn nhỏ hơn nhiều so với diện tích Q sao cho điện trường do nó tạo ra có giá trị không đáng kể so với điện trưởng do điện tích Q tạo ra.
1. Định nghĩa
- Hình 2.3 minh họa điện trường tạo bởi một diện tích Q. Nếu đặt một điện tích thử q (dương) vào điện trường tại điểm P thì điện trường tác dụng lực lên q. + Lần lượt đặt tại P các diện tích thử dương q1, q2, q3,.... và xác định các lực do điện trường tác dụng lên chúng. Thí nghiệm cho biết các lực này có độ lớn khác nhau nhưng tỉ số (F/q) thì bằng nhau. Tức là: (F1/q) = (F2/q) =(F3/q) = ... - Các tỉ số này đều cùng độ lớn F/q = k.|Q|/r^2 + Làm thí nghiệm ở các điểm khác nhau P1, P2, P3, … trong điện trường thì các tỉ số F/q là khác nhau và độ lớn của chúng không phụ thuộc vào độ lớn điện tích thử mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đặt điện tích thử.
+ Định nghĩa 2
Đại lượng vectoF / q đặc trưng cho điện trường tại điểm đang xét về mặt tác dụng lực được gọi là cường độ điện trường và kí hiệu là vectoE vectoE = vectoF / q(2.1) Cường độ điện trường tại một điểm là đại lượng vectơ có phương và chiều là phương chiều của lực điện tác dụng lên điện tích thử q dương, có độ lớn bằng thương số giữa độ lớn của lực điện tác dụng lên một diện tích dương đặt tại điểm đang xét và độ lớn của điện tích đó. Với điện tích điểm có giá trị 2, đặt trong chân không, độ lớn của cường độ điện trường là: E = F/q = k.|Q|/r^2. (2.2)
2. Đơn vị đo cường độ điện trường
Trong công thức (22), lực được đo bằng đơn vị niutơn, điện tích được đo bằng đơn vị culông thì cường độ điện trường được đo bằng đơn vị là niutơn/culông, kí hiệu là N/C. Thực tế thì người ta dùng đơn vị đo cường độ điện trường là vốn/mét, kí hiệu là V/m. Ví dụ Đặt một điện tích điểm dương Q = 2,4.10^-9 C trong chân không. Tính cường độ điện trường tại điểm ở cách nó 2 cm. Áp dụng biểu thức (2.2), ta có độ lớn của cường độ điện trường là:
Ảnh
+ Tìm hiểu thêm
Tìm hiểu thêm: Năm 1600, William Gilbert (Uy-li-am Ghin-bơ), (1540 – 1603) đưa ra giả thuyết rằng một số vật liệu, chẳng hạn như hổ phách, khi bị cọ xát sẽ tiết ra một loại “chất lỏng” vào môi trường xung quanh nó. Ông đề xuất rằng “chất lỏng” đó đã tiếp xúc với vật liệu khác và tạo ra lực điện giữa chúng. Bạn có ý kiến gì về đề xuất của Gilbert?
+ Câu hỏi 2
Câu hỏi 2: Tính độ lớn và vẽ hướng của cường độ điện trường do một điện tích điểm 4.10-8 C gây ra tại một điểm cách nó 5 cm trong môi trường có hằng số điện môi là 2.
III. ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN TRƯỜNG
1. Điện phổ
Đặt hai bản song song trong một chậu có thành bằng thuỷ tinh trong suốt, đựng dầu cách điện (Hình 2.4). Khuấy đều một ít hạt bột cách điện vào trong dầu. Tích điện trái dấu cho hai bản song song. Gõ nhẹ vào thành chậu thì các hạt bột sẽ sắp xếp thành các “đường hạt bột". Ta gọi hệ các “đường hạt bột” đó là điện phổ của hai bản song song tích điện. Ở Hình 2.5 và Hình 2.6 là ảnh một số điện phổ tạo bởi dụng cụ ở Hình 2.4.
Ảnh
Ảnh
+ Định nghixa
Sở dĩ có hiện tượng như vậy là do các hạt bột đã bị nhiễm điện và nằm dọc theo những đường mà tiếp tuyến tại mỗi điểm trùng với phương của cường độ điện trường tại đó.
2. Đường sức điện
Đường sức điện là đường được vẽ trong điện trưởng sao cho tiếp tuyến tại một điểm bất kì trên đường trùng với phương của cường độ điện trường tại điểm đó. Hướng của đường sức điện tại một điểm là hướng của cường độ điện trường tại điểm đang xét.
Ảnh
+ Luyện tập 1
Luyện tập 1: Hình 2.8 là hình dạng đường sức điện trường giữa hai điện tích.
IV. ĐIỆN TRƯỜNG ĐỀU
1. Định nghĩa
Điện trường đều là điện trường có cường độ điện trường tại mọi điểm đều bằng nhau. Theo tính chất của đường sức, ta suy ra đường sức của điện trường đều là những đường thẳng song song cách đều nhau. Điện trường ở không gian bên trong hai bản song song tích điện trái dấu (Hình 2.7a) là một ví dụ.
2. Điện trường giữa hai bản phẳng song song
Ta có thể thiết lập một trường đều giữa hai bản kim loại phẳng song song bằng cách nối mỗi bản với một cực của nguồn điện có hiệu điện thế cao (Hình 2.9). Cường độ điện trường giữa hai bản phụ thuộc vào hai đại lượng: • Hiệu điện thế U giữa hai bản. Hiệu điện thế càng cao thì điện trường càng mạnh, E tỉ lệ thuận với U. • Khoảng cách d giữa hai bản. Khoảng cách giữa hai bản cảng lớn thì điện trường càng yếu. E tỉ lệ nghịch với d. Nếu chỉ xét độ lớn của cường độ điện trường thì ta có biểu thức: E = U/d (2.3)
+ Hình 2.9
Ảnh
3. Diện tích chuyển động trong diện trưởng đều.
- Giả sử một electron bay theo phương nằm ngang vào khoảng không giữa hai bàn song song tích điện trái dấu, Hình 2.10. Điện trường đều ở khoảng không gian giữa hai bản tác dụng lên electron một lực không đổi, hướng từ bản âm sang bản dương. Do khối lượng electron rất nhỏ nên có thể bỏ qua ảnh hưởng của trọng lực lên electron. Thành phần vận tốc theo phương ngang của nó sẽ không bị ảnh hưởng bởi lực của diện trường.
Ảnh
+ Định nghĩa 1
- Cũng giống như một vật được ném theo phương ngang trong trường hấp dẫn của Trái Đất, electron chuyển động đều sang phải đồng thời với chuyển động nhanh dần xuống dưới. Nó sẽ đi theo một đường cong như biểu diễn trên Hình 2.10. Tương tự như quỹ đạo của một hạt được ném với vận tốc ban đầu theo phương nằm ngang, đường cong này có dạng parabol. - Ống phóng điện tử Chùm electron chuyển động trong khoảng không gian giữa hai bản cực song song tích điện có nhiều ứng dụng, ví dụ như trong ống phóng điện tử của các máy hiện sóng (dao động kí điện tử). - Ống phóng điện tử là một ống chân không mà mặt trước của nó là màn huỳnh quang, được phủ bằng chất huỳnh quang (như ZnS) phát ra ánh sáng khi bị electron đập vào (Hình 2.11).
+ Hình 2.11
Ảnh
+ Định nghĩa 2
Từ bộ phát, electron được tăng tốc bằng một hiệu điện thế từ vài trăm cho đến vài nghìn vôn giữa cực âm và cực dương. Trên đường đi đến màn huỳnh quang, chùm electron đi qua hai cặp bản song song: một cặp bản nằm ngang, một cặp bản thẳng đứng. Khi đặt các hiệu điện thế thích hợp vào hai cặp bản đó, ta có thể điều khiển chùm electron đập vào vị trí xác định trên màn huỳnh quang. Các cực dương trong bộ tạo hiệu điện thế cao được cấu tạo, xếp đặt và có các điện thế sao cho chùm electron một mặt được tăng tốc, mặt khác được hội tụ lại để chỉ gây ra một điểm sáng nhỏ trên màn huỳnh quang. Vì các electron có khối lượng rất bé, quán tính rất nhỏ, cho nên chúng hầu như phản ứng tức thời khi hiệu điện thế giữa các cặp bản thay đổi. Vì vậy, ống phóng điện tử trong các dao động kí điện tử dùng để nghiên cứu những quá trình biến thiên nhanh.
+ Luyện tập 2
Luyện tập 2 trang 72 Vật Lí 11: Khoảng cách giữa hai bản phẳng song song là 15 mm, hiệu điện thế giữa chúng là 750 V. Lực tác dụng lên một quả cầu nhỏ tích điện ở trong khoảng không gian giữa hai bản là 1,2.10^-7 N. Tính:
+ Câu hỏi 3
Câu hỏi 3 trang 73 Vật Lí 11: Trong Hình 2.10, nếu tốc độ ban đầu của electron trong điện trường bằng không thì nó sẽ chuyển động như thế nào?
+ Câu hỏi 4
Câu hỏi 4 trang 73 Vật Lí 11: Trong ống phóng điện tử ở Hình 2.11, hiệu điện thế giữa hai cặp bản nằm ngang và giữa hai cặp bản thẳng đứng sẽ làm chùm electron bị lệch như thế nào?
+ Câu hỏi 5
Câu hỏi 5 trang 73 Vật Lí 11: Ống phóng điện tử có thể được sử dụng ở thiết bị nào?
DẶN DÒ
DẶN DÒ
DẶN DÒ
+ Ôn lại các kiến thức vừa học. + Làm thêm bài tập trong sách bài tập. + Chuẩn bị trước bài sau.
CẢM ƠN
CẢM ƠN CÁC BẠN ĐÃ CHĂM CHÚ NGHE BÀI GIẢNG.