Giáo án Vật lí 11 kết nối Bài 20: Điện thế

HOAT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi, nghiên cứu SGK và trả lời nội dung Hoạt động (SGK – tr79)

1. Để đặt một điện tích q vào điểm M trong điện trường chúng ta cần cung cấp thế năng W_M cho điện tích q. Điều này tương ứng với việc thực hiện một công A dịch chuyển điện tích q từ vô cực về điểm M. Hãy vận dụng công thức (19.3) và (19.4) để thu được công thức:

2. Tỉ số   như trên được gọi là điện thế của điện trường tại điểm M.

a) Hãy dự đoán điện thế V đặc trưng cho đại lượng nào của điện trường.

b) Xác định độ lớn điện tích q khi điện thế V có giá trị bằng công A thực hiện để dịch chuyển điện tích q từ vô cực về điểm M.

- GV lưu ý:

+ Điện thế có giá trị đại số, dấu của điện thế phụ thuộc vào dấu của công A và dấu của điện tích q.

+ Cũng như chọn mốc thế năng, ngoài việc chọn mốc điện thế là điểm vô vùng thì trong điện trường đều giữa hai bản phẳng, người ta thường chọn mốc điện thế là bản nhiễm điện âm, còn mặt đất thường được chọn là mốc điện thế trong thực tiễn cuộc sống và kĩ thuật.

- GV tổng kết về nội dung điện thế tại một điểm trong điện trường.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung mới.

I. ĐIỆN THẾ TẠI MỘT ĐIỂM TRONG ĐIỆN TRƯỜNG

*Trả lời Hoạt động (SGK – tr79)

1. Công thức (19.3): W_M = A_M∞ trong đó A_M là công lực điện dịch chuyển điện tích từ điểm M đến vô cùng. A_M∞ cũng chính bằng công A cần thực hiện để dịch chuyển điện tích q từ vô cùng về điểm M.

Công thức (19.4): W_M = V_Mq, trong đó V_M thường kí hiệu đơn giản là V

⇒ V_Mq = A_M∞  ⇒ .

2. Tỉ số  đặc trưng cho điện trường tại điểm đó về thế năng.

Khi q = 1 C sẽ có điện thế V chính bằng công A cần thực hiện để dịch chuyển điện tích q từ vô cực về điểm M.

*Kết luận

- Điện thế tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho điện trường tại điểm đó về thế năng, được xác định bằng công dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ vô cực về điểm đó: .

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi, nghiên cứu SGK và trả lời nội dung Hoạt động (SGK – tr80)

Hãy vận dụng công thức  để chứng tỏ rằng công thực hiện để dịch chuyển điện tích q từ điểm N đến điểm M bằng:

A_MN = (V_M – V_N).q = U_MN.q

- GV yêu cầu HS tìm hiểu về tế bào quang điện chân không trong mục Câu hỏi (SGK – tr80) và trả lời nội dung phần này

Cho hiệu điện thế U_AK = 45 V được đặt vào giữa hai cực của tế bào quang điện. Khi chiếu xạ ánh sáng phù hợp, catôt phát xạ electron vào vùng điện trường giữa hai cực. Hãy tính công của điện trường trong dịch chuyển của electron từ catôt tới anôt.

- GV yêu cầu HS thảo luận theo nhóm đôi, nghiên cứu SGK tìm hiểu mối liên hệ giữa thế năng và điện thế.

- GV yêu cầu HS trả lời nội dung Câu hỏi (SGK – tr80)

Tính thế năng điện của một electron đặt tại điểm M có điện thế bằng 1 000 V.

- GV chiếu hình ảnh chuyển động của điện tích thử dọc theo một đường sức (hình 20.2) cho HS quan sát và định hướng HS vận dụng các công thức đã học để xây dựng mối liên hệ giữa cường độ điện trường và điện thế trong điện trường đều.

- GV yêu cầu HS thảo luận, thực hiện bài tập ví dụ, bài tập vận dụng về mối liên hệ giữa cường độ điện trường và điện thế trong mục Bài tập ví dụ và Câu hỏi (SGK – tr81,82)

Bài tập ví dụ (SGK – tr82)

Có hai bản phẳng kim loại song song cách nhau một khoảng d (hình 20.3), được nối vào nguồn điện một chiều có hiệu điện thế 36 V. Chọn bản nhiễm điện âm làm mốc điện thế.

a) Xác định mối liên hệ giữa điện thế và cường độ điện trường tại một điểm trong điện trường đều giữa hai bản phẳng.

b) Áp dụng kết quả câu a) để tính điện thế tại M nằm chính giữa khe hở của hai bản phẳng.

Câu hỏi (SGK – tr82)

Vận dụng mối liên hệ giữa điện thế và cường độ điện trường để xác định điện thế tại một điểm cách mặt đất 5 m ở nơi có điện trường của Trái Đất là 114 V/m.

- GV kết luận về mối liên hệ giữa điện thế và cường độ điện trường.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SGK, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện HS trả lời, đưa ra ý kiến của bản thân.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung.

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, tổng kết và chuyển sang nội dung luyện tập.

II. MỐI LIÊN HỆ GIỮA ĐIỆN THẾ VÀ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG

*Trả lời Hoạt động (SGK – tr80)

- Xét cung đường dịch chuyển từ vô cùng tới điểm M có đi qua điểm N, vận dụng công thức , ta có: .

- Từ đó, ta có: A_MN = (V_M – V_N).q = U_MN.q

*Trả lời Câu hỏi (SGK – tr80)

Công của điện trường trong dịch chuyển của electron từ catot đến anot:

q = 45.1,6.10^-19 = 72.10^-19 J.

*Kết luận

- Điện thế là một đại lượng gắn với điện trường, còn thế năng điện là đại lượng gắn với điện tích đặt trong điện trường.

- Thế năng điện và điện thế liên hệ với nhau bởi công thức

W_M = V_M.q

*Trả lời Câu hỏi (SGK – tr80)

Thế năng điện của một electron đặt tại điểm M là:

W = qV = 1,6.10^-19.1000 = 1,6.10^-16 J.

*Kết luận

- Trong điện trường đều, độ lớn của cường độ điện trường bằng độ giảm của điện thế dọc theo một đơn vị độ dài đường sức.

- Cường độ điện trường tại một điểm M có độ lớn bằng thương của hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trên một đoạn nhỏ đường sức chia cho độ dài đại số của đoạn đường sức đó.

*Giải Bài tập ví dụ (SGK – tr81)

(Tham khảo lời giải trong SGK)

*Trả lời Câu hỏi (SGK – tr82)

Khi chọn mốc điện thế tại mặt đất bằng 0, áp dụng công thức  ta có V_N = 0,  = 5 m vì chiều của MN cùng chiều với chiều điện trường, từ đó ta tính được điện thế tại điểm M cách mặt đất  5 m:

V_M = 5.114 = 570 V.