Bài giảng phân tích chương trình vật lý phổ thông - Chương 6

Điện học là một phần của vật lý nghiên cứu tập hợp các hiện tượng và quátrình vật lý liên quan đến sự tồn tại, chuyển động và tương tác của các hạt (hoặccác vật) mang điện.Trong chương trình vật lý phổ thông, Điện học thường được chia ra làm 6phần: Tĩnh điện học (Điện tích và điện trường), Những định luật cơ bản của dòngđiện không đổi (Dòng điện không đổi), Dòng điện trong các môi trường, Từtrường, Cảm ứng từ và Dòng điện xoay chiều.Do tính chất tuần hoàn của dòng điện xoay chiều nên phần này sẽ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng phân tích chương trình vật lý phổ thông - Chương 6 bµi gi¶ng ph©n tÝch ch−¬ng tr×nh vËt lÝ phæ th«ng - 2004 Ch−¬ng 6 d¹y häc phÇn tÜnh §iÖnI. Më ®Çu1.1. CÊu t¹o cña ch−¬ng tr×nh ®iÖn häc ë bËc trung häc phæ th«ng §iÖn häc lµ mét phÇn cña vËt lý nghiªn cøu tËp hîp c¸c hiÖn t−îng vµ qu¸tr×nh vËt lý liªn quan ®Õn sù tån t¹i, chuyÓn ®éng vµ t−¬ng t¸c cña c¸c h¹t (hoÆcc¸c vËt) mang ®iÖn. Trong ch−¬ng tr×nh vËt lý phæ th«ng, §iÖn häc th−êng ®−îc chia ra lµm 6phÇn: TÜnh ®iÖn häc (§iÖn tÝch vµ ®iÖn tr−êng), Nh÷ng ®Þnh luËt c¬ b¶n cña dßng®iÖn kh«ng ®æi (Dßng ®iÖn kh«ng ®æi), Dßng ®iÖn trong c¸c m«i tr−êng, Tõtr−êng, C¶m øng tõ vµ Dßng ®iÖn xoay chiÒu. Do tÝnh chÊt tuÇn hoµn cña dßng ®iÖn xoay chiÒu nªn phÇn nµy sÏ ®−îc tr×nhbµy ë líp 12 trong phÇn dao ®éng vµ sãng ®iÖn tõ.1.2. §Æc ®iÓm phÇn tÜnh ®iÖn TÜnh ®iÖn häc lµ phÇn ®iÖn häc nghiªn cøu sù t−¬ng t¸c vµ ®iÒu kiÖn c©n b»ngcña c¸c h¹t (hay vËt) mang ®iÖn ë tr¹ng th¸i ®øng yªn ®èi víi hÖ quy chiÕu qu¸ntÝnh. §Þnh luËt Cul«ng lµ c¬ së cña TÜnh ®iÖn häc. Néi dung chñ yÕu cña TÜnh®iÖn häc lµ ®Þnh luËt Cul«ng, c¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n nh− ®iÖn tÝch, ®iÖn tr−êng vµmèi liªn hÖ gi÷a ®iÖn tÝch vµ ®iÖn tr−êng, nh÷ng ®Æc tr−ng c¬ b¶n cña tr−êng tÜnh®iÖn (c−êng ®é ®iÖn tr−êng vµ ®iÖn thÕ) vµ thuyÕt ªlectron cæ ®iÓn. Môc ®Ých cña phÇn nµy trong ch−¬ng tr×nh vËt lý bËc trung häc phæ th«ng lµtr×nh bµy mét c¸ch cã hÖ thèng vµ chÝnh x¸c hãa mét sè kiÕn thøc c¬ b¶n cña tÜnh®iÖn häc mµ häc sinh ®· ®−îc häc ë líp 9.II. Ph©n tÝch néi dung kiÕn thøc vµ ph−¬ng ph¸p d¹y häc c¸c kh¸i niÖm c¬ b¶n2.1. §iÖn tÝch - §Þnh luËt Cul«ng2.1.1. Néi dung kiÕn thøc §iÖn tÝch lµ mét kh¸i niÖm c¬ b¶n mµ häc sinh tiÕp xóc ®Çu tiªn khi nghiªncøu c¸c hiÖn t−îng vÒ ®iÖn. §iÖn tÝch lµ mét ®¹i l−îng v« h−íng, lµ mét thuéctÝnh kh«ng thÓ t¸ch rêi h¹t vËt chÊt vµ tån t¹i d−íi d¹ng c¸c h¹t s¬ cÊp mang ®iÖn(cã nh÷ng h¹t s¬ cÊp kh«ng mang ®iÖn) nh−ng kh«ng thÓ cã ®iÖn tÝch kh«ng g¾nliÒn víi h¹t s¬ cÊp. V× vËy nãi ®iÖn tÝch ë ngoµi h¹t lµ kh«ng cã nghÜa. 61 bµi gi¶ng ph©n tÝch ch−¬ng tr×nh vËt lÝ phæ th«ng - 2004 Ng−êi ta thÊy r»ng nÕu mét h¹t s¬ cÊp mang ®iÖn th× kh«ng cã c¸ch nµo lµmcho nã mÊt ®iÖn tÝch. Khi mét vËt mang ®iÖn, th× ®iÖn tÝch q cña nã bao giê cònglµ mét sè nguyªn lÇn ®iÖn tÝch nguyªn tè cã ®é lín e = 1,6.10-19 C. Nh− vËy q=ne(n = ±1, ±2, ±3...). Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu lýthuyÕt vµ thùc nghiÖm ®· chøng tá kh¶ n¨ng tån t¹i nh÷ng h¹t nhá h¬n c¸c h¹t s¬cÊp ®· biÕt gäi lµ nh÷ng h¹t qu¸c. MÆc dÇu cho ®Õn nay ch−a hÒ ph¸t hiÖn ®−îcqu¸c tån t¹i ë tr¹ng th¸i tù do, nh−ng cã nhiÒu c¬ së v÷ng ch¾c ®Ó tin r»ng chóngqu¶ thËt tån t¹i mang ®iÖn tÝch nhá h¬n ®iÖn tÝch nguyªn tè (b»ng ±1/3 hoÆc ±2/3®iÖn tÝch nguyªn tè). NÕu nh− vËy th× kh¸i niÖm ®iÖn tÝch nguyªn tè sÏ ph¶i ®−îcx©y dùng l¹i. Tuy nhiªn, trong ch−¬ng tr×nh vËt lý phæ th«ng hiÖn t¹i, chóng tavÉn dùa vµo quan niÖm chung tõ tr−íc ®Õn nay vÒ h¹t s¬ cÊp. Sù cã mÆt cña ®iÖn tÝch ë c¸c h¹t c¬ b¶n lµm cho c¸c vËt hay c¸c h¹t mang®iÖn t−¬ng t¸c víi nhau theo ®Þnh luËt Cul«ng. V× thÕ khi biÕt ®Þnh luËt nµy ta cãthÓ chØ ra ph−¬ng ph¸p ®o ®iÖn tÝch. §Þnh luËt Cul«ng x¸c ®Þnh t−¬ng t¸c cña hai®iÖn tÝch ®øng yªn. §©y lµ mét ®Þnh luËt c¬ b¶n ®−îc rót ra tõ thùc nghiÖm. Tuynhiªn, kh¸c víi lùc hÊp dÉn, lùc t−¬ng t¸c gi÷a c¸c ®iÖn tÝch phô thuéc vµo m«itr−êng mµ t−¬ng t¸c x¶y ra trong ®ã. V× c¸c ®iÖn tÝch cã thÓ d−¬ng hoÆc ©m chonªn lùc t−¬ng t¸c gi÷a c¸c vËt tÝch ®iÖn cã thÓ lµ lùc ®Èy hay lùc hót. C¬ chÕt−¬ng t¸c gi÷a c¸c ®iÖn tÝch chÝnh lµ ®iÖn tr−êng do nã g©y ra t¸c dông lªn ®iÖntÝch kh¸c n»m trong ®iÖn tr−êng ®ã.2.1.2. Mét sè l−u ý cÇn thiÕt Häc sinh ®· ®−îc häc c¸c kh¸i niÖm ®iÖn tÝch vµ sù t−¬ng t¸c gi÷a chóngngay tõ líp 9 song chØ míi s¬ l−îc vµ ®Þnh tÝnh h¬n n÷a thêi gian häc qu¸ xa nªnc¸c em hÇu nh− ®· quªn hÕt. ViÖc ®µo s©u quan niÖm vÒ ®iÖn tÝch vµ mÆt ®Þnhl−îng cña t−¬ng t¸c lµ hÕt søc cÇn thiÕt. §iÖn tÝch lµ mét ®¹i l−îng v« h−íng, ®Æc tr−ng cho tÝnh chÊt cña mét vËt haymét h¹t vÒ mÆt t−¬ng t¸c ®iÖn vµ g¾n liÒn víi h¹t hay vËt ®ã. Nãi “cã mét ®iÖntÝch...” còng v« nghÜa nh− khi nãi “cã mét khèi l−îng...” chóng ta nªn hiÓu ®ã lµc¸ch nãi t¾t. Thùc ra ph¶i nãi mét vËt cã ®iÖn tÝch...” còng nh− mét vËt cã khèil−îng...”. Khi nªu ra ®Þnh luËt Cul«ng cÇn chó ý biÓu thøc ®ã chØ x¸c ®Þnh ®é lín cñalùc t−¬ng t¸c cña c¸c ®iÖn tÝch ®iÓm vµ chØ ®−îc ¸p dông khi c¸c ®iÖn tÝch ®iÓm®ã ®øng yªn trong m«i tr−êng ch©n kh«ng do ®ã chØ cÇn chó ý tíi ®é lín cña ®iÖntÝch ®iÓm. Khi nãi ®iÖn tÝch ®iÓm th× ph¶i hiÓu ®ã lµ mét vËt tÝch ®iÖn cã kÝchth−íc rÊt nhá so víi kho¶ng c¸ch t−¬ng t¸c. Khi nãi tÝch ®iÖn cho mét vËt, ph¶i hiÓu lµ ®· lµm cho vËt ®ã cã mét tÝnh chÊtmíi vµ vËt ®ã thu ®−îc hay mÊt ®i mét sè h¹t ®iÖn tÝch, do ®ã khèi l−îng cña vËtt¨ng lªn hay gi¶m ®i. 62 bµi gi¶ng ph©n tÝch ch−¬ng tr×nh vËt lÝ phæ th«ng - 2004 2.2. ThuyÕt ªlectron cæ ®iÓn vµ sù nhiÔm ®iÖn ThuyÕt ªlectron, th−êng gäi lµ thuyÕt ªlectron cæ ®iÓn, ra ®êi vµo cuèi thÕ kûXIX sau khi ªlectron ®−îc ph¸t hiÖn nhê c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu cña Stoney,Plucker, Crookes, Schuster vµ ®Æc biÖt lµ cña Thomson vµ Millican. C¬ së cña thuyÕt lµ quan niÖm vÒ cÊu t¹o h¹t vËt chÊt ®−îc h×nh thµnh trongthuyÕt ®éng häc ph©n tö. TiÕp ®Õn lµ c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu lý thuyÕt vµ thùcnghiÖm vÒ ®iÖn vµ tõ nh− ®Þnh luËt Cul«ng, ®Þnh luËt ¤m, c¸c kh¸i niÖm vÒ dßng®iÖn, hiÖu ®iÖn thÕ, ®iÖn tõ tr−êng vµ hÖ ph−¬ng tr×nh Maxwell vÒ tr−êng ®iÖn tõvÜ m«... Nh−ng c¬ së quan träng nhÊt lµ viÖc ph¸t hiÖn ra ªlectron. Tõ c¸c c«ng tr×nhnghiªn cøu vÒ ®iÖn ph©n ®· rót ra ®−îc kÕt luËn lµ mét nguyªn tö vËt chÊt baogiê còng øng víi mét nguyªn tö ®iÖn. Maxwell nhËn xÐt: ...Trong c¸c hiÖnt−îng ®iÖn th× hiÖn t−îng ®iÖn ph©n tá ra cã ...