CHƯƠNG I: ĐIỆN TÍCH - ĐIỆN TRƯỜNG pot

“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
19
CHƯƠNG I: ĐI
ỆN TÍCH
- ĐI
ỆN TR
ƯỜNG
I. M
ỤC TIÊU
- Hi
ểu sâu sắc những k
i
ến thức Vật
lí đư
ợc
trình bày trong chương theo tinh th
ần của
v
ật
lí h
ọc phổ thông
- Có đư
ợc những kỹ n
ăng về
thi
ết kế bài dạy
và tổ chức dạy học theo tinh th
ần
đổi
m

ới
hi
ện nay
.
II. GIỚI THIỆU CHUNG
Đây là chương đ
ầu tiên
đ
ề cập đến kiến thức và kỹ năng thiết kế bài dạy học cũng
như t
ổ chức dạy học theo tinh thần đổi mới hiện nay. Ở
chương này, HV có đi
ều kiện tìm
hi
ểu
, phân tích và làm sâu s
ắc thêm những kiến thức vật
lí ph
ổ thông
đượ
c trình bày trong
sách giáo khoa (Đi
ện tích và Điện trường
).
Công vi
ệc rất quan trọng là học viên thiết kế các bài dạy học cụ thể trong chương,
cùng nhau th
ảo luận, trao đổi để tìm được phương án thiết kế
bài d
ạy học tối ưu

nh
ất.
Th
ời gian cho
chương này là 4 ti
ết
III. TÀI LIỆU VÀ THIẾT BỊ
Sách V
ật
lí 11, Sách giáo viên V
ật
lí 11, Tài li
ệu bồi d
ưỡng thay sách giáo khoa Vật
lí 11, Ph
ụ lục
3
IV. HO
ẠT ĐỘNG
Ho
ạt
động 1:
Phân tích ki
ến thức có trong ch
ương
 Nhi
ệm vụ:
- GgV gi
ới thiệu cấu trúc Phụ lục
3a

- HV làm vi
ệc theo nhóm bằng cách đọc tài liệu có trong phần phụ lục và thảo luận
 Thông tin cho ho
ạt
động:
Ph
ụ lục 3
a
Hoạtđộng 2: Thiết kế bài dạy học
 Nhi
ệm vụ:
- GgV gi
ới thiệu một ph
ương án cụ thể về thiết kế bài dạy học trong chương
đư
ợc
trình bày trong Ph
ụ lục 3b.
- M
ỗi nhóm HV chọn một bài bất kỳ trong chương rồi cùng nhau thiết kế
 Thông tin cho ho
ạt
động:
- Sách V
ật
lí 11, Sách giáo viên V
ật
lí 11, Ph
ụ lục 3b
Ho

ạt động 3:
Các nhóm trình bày b
ản thiết kế của nhóm mình
 Nhi
ệm vụ
:
- M
ỗi nhóm cử
đại diện lên trình bày bản thiết kế của nhóm mình
- Các nhóm khác góp ý, b
ổ sung
 Thông tin cho ho
ạt động:
- B
ản thiết kế có
được từ các nhóm
V. ĐÁNH GIÁ
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
20
- GgV đánh giá tinh th
ần và thái
độ làm việc của các nhóm cũng như sản phẩm mà
các nhóm có đư
ợc.
- Thông tin ph
ản hồi của
đánh giá môđun:
Ý ki
ến thảo luận và các bản thiết kế bài

d
ạy học.
V. PH
Ụ LỤC
3a:
3.1. Khái ni
ệm điện tích
(electric charge)
T
ừ thời cổ đại, con người đã biết đến điện ma sát
. Nhi
ều nhà lịch sử
đó ch
ỉ rằng nhà triết
h
ọc Hy lạp Thalet lần đầu tiên mô tả hiện tựợng khi
c
ọ xát hổ phách
(amber) (hình bên) vào mi
ếng dạ th
ì nó có th
ể hút các
v
ật nhẹ mà không cần phải tiếp xúc với các vật ấy
(The word "electricity" is
based on the Greek name for amber: "elektron."). Không ph
ải chỉ có hổ phách
m
ới có tính chất như vậy. Nếu cọ xát một cái lược thông thường
(hình

dư
ới)
r
ồi đưa lại gần những mẫu giấy nhỏ thì những mẫu giấy đó cũng bị
hút. Năm 1600, m
ột bác sĩ ng
ười Anh U. Gi
lbert đ
ặt c
ơ
s
ở cho việc nghiên cứu các hiện tượng tĩ
nh đi
ện. Ông
nhận thấy sự khác nhau giữa các tác
d
ụng điện và từ và đưa ra thuật ngữ
đi
ện. Gi
lbert đó g
ọi lực hút của vật đó
b
ị cọ xát là
điện lực. Sau đó, Benjamin
Franklin đưa ra khái ni
ệm điện tích
dương và điện tích âm. Franklin gọi
đi
ện tích ở thanh t
h

ủy tinh
(glass rod)
c
ọ xát với lụa
(silk) là đi
ện tích dương
(+). Hơn m
ột thế kỉ sau những thí
nghi
ệm của Gilbert, tri thức về điện không tiến thêm một bước nào. Khả
năng th
ực nghiệm ở thế kỉ XVII mới chỉ cho phép tạo ra những
điện tích
r
ất nhỏ tồn tại t
rong nh
ững thời gian rất ngắn, và những vật tích điện chỉ
có kh
ả năng hút những vật rất nhỏ như giấy vụn, lông chim
Đầu thế kỉ XVIII, điện ma sát lại được nhiều người quan tâm, vì
đ
ã có nh
ững dụng cụ cho phép tạo ra điện ma sát khá mạnh, đủ để
phóng ra tia đi
ện và làm cho cơ bắp người co giật.
Đ
ến
gi
ữa thế kỉ
XVIII, b

ằng những thí nghiệm nổi tiếng của mình, Benjamin Franklin
ch
ứng minh
được rằng “điện thiên nhiên” phóng ra từ những đám mây
(tia chớp, sét) và “điện nhân tạo” sinh ra bằng ma sát có cùng mộ t bản chất và hiện tượng
như nhau. Nh
ững hiện t
ượng đó là biểu hiện của một lượng lớn điện tích được chứa trong
các v
ật.
V
ật chứa điện tích hay vật tích điện, vật mang điện đều gọi là vật nhiễm điện.
Thu
ật ngữ điện tích được dùng để chỉ một vật mang điện,
m
ột hạt mang điện hoặc một
“lư
ợng
điện” của vật.
Điện tích là một khái niệm cơ bản mà học sinh tiếp xúc đầu tiên khi nghiên cứu các
hi
ện tượng về điện. Điện tích là một đại lượng vô hướng, là một thuộc tính không thể tách
r
ời hạt vật chất và tồn tại dưới
d
ạng các hạt sơ cấp mang điện (có những hạt sơ cấp không
mang đi
ện) nh
ưng không thể có điện tích không gắn liền với hạt sơ cấp.
Vì v

ậy nói
điện
tích
ở ngoài hạt là không có nghĩa.
Có hai lo
ại điện tích: điện tích dương (
+) (đi
ện tích của thanh thủy tinh kh
i c
ọ xát với
lụa) và điện tích âm (-) ( điện tích của thanh nhựa (plastic) khi cọ xát với lông thú (fur))
Ngư
ời ta thấy rằng nếu một hạt sơ cấp mang điện thì không có cách nào làm cho nó
William Gilbert
(1540 – 1603)
Benjamin Franklin
(1706 – 1790)
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
21
m
ất
điện tích. Khi một vật mang điện, thì điện tích q của nó bao giờ
c
ũng là một số nguyên
l
ần
điện tích nguyên tố
(elementary) có đ
ộ lớn e = 1,6.10

-19
C ngh
ĩa là
q= ne (n = 1, 2,
3 ). Khi m
ột
đại lượng vật lý nào đó chỉ nhận các giá trị gián đoạn mà không phải có
một giá trị bất kỳ nào, ta nói đại lượng đó bị lượng tử hóa. Như vậy, điện tích là một đại
lư
ợng vật lý bổ sung vào các
đại lượng
b
ị l
ượng tử hóa như năng lượng, momen xung
lư
ợng
(momen góc) Trong nh
ững năm gần đây
nhi
ều công trình nghiên cứu lí thuyết và thực
nghi
ệm
đ
ã ch
ứng tỏ khả năng tồn tại những hạt
nh
ỏ hơn các hạt sơ cấp đã biết gọi là những hạt
quác (quark). M
ặc dầu cho
đến nay chưa hề phát

hi
ện được qu
ark t
ồn tại ở trạng thái tự do, nhưng
có nhi
ều cơ sở vững chắc để tin rằng chúng quả
th
ật tồn tại mang
điện tích nhỏ hơn điện tích
nguyên t
ố (bằng
e/3 ho
ặc
2e/3). N
ếu như vậy
thì khái ni
ệm điện tích nguyên tố sẽ phải được
xây d
ựng lại. Tuy nhiên, trong ch
ương trình vật lí
ph
ổ thông hiện tại, chúng ta vẫn dựa vào quan
niệm chung từ trước đến nay về hạt sơ cấp.
S
ự có mặt của điện tích ở các hạt cơ bản l
àm cho các v
ật hay các hạt mang điện tương
tác v
ới nhau theo định luật C
oulomb. Vì th

ế khi biết định luật này ta có thể chỉ ra phương
pháp đo đi
ện tích.
Định luật C
oulomb xác đ
ịnh t
ương tác của hai điện tích đứng yên
và là
m
ột định luật cơ bản được rút ra
t
ừ thực nghiệm.
Trong h
ệ SI,
đơn vị điện tích là culông (C); culông là một đơn vị dẫn xuất, được
định
ngh
ĩa thông qua đơn vị ampe
. Culông là đi
ện lượng do dòng điện 1 ampe tải qua tiết diện
th
ẳng của dây dẫn trong 1 giây
”. Vì v
ậy trong SGK
không nêu ra đ
ịn
h ngh
ĩa culông vì
chưa đ
ịnh nghĩa

đơn vị cơ bản là ampe
(p 156 SGKNC).
Lưu
ý về mặt
chi
ến lược dạy học
 Đi
ện tích là một đại lượng vô hướng, đặc trưng cho tính chất của một vật
(property of
matter) hay m
ột hạt về mặt tương tác điện và gắn liền với hạt hay v
ật
đó. Nói “có một
đi
ện tích ” cũng vô nghĩa nh
ư khi nói “có một khối lượng ” chúng ta nên hiểu đó là
cách nói t
ắt. Thực ra phải nói "một vật có điện tích ” cũng như "một vật có khối
lư
ợng ”. Khi nói tích điện cho một vật, phải hiểu là đã làm cho v
ật
đó có một tính
ch
ất mới và vật
đó thu được hay mất đi một số hạt điện tích, do đó khối lượng của vật
tăng lên hay gi
ảm đi.
 Khái niệm điện tích âm, điện tích dương khác với khái niệm số âm, số dương trong
toán học. Chẳng hạn, số âm luôn luôn nhỏ hơn số dương, nhưng ngược lại không thể
nói điện tích âm luôn luôn nhỏ hơn điện tích dương

 Nhi
ều học sinh nghĩ rằng vật cách điện
thì không th
ể nhiễm điện
(!)
 Nhi
ều học sinh nghĩ rằng một vật nhiễm điện dương là vật đó thừa proton. Prot
on có
th
ể chuyển
đ
ộng như electron
(!)
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
22
 H
ọc sinh không thể “thấy”
điện tích vì vậy GV cần tiến hành các thí nghiệm biểu diễn
(ảo)
 Nhi
ều học sinh không hiểu rằng khi giải thích vật trung hòa hay vật nhiễm
điện là
đang s
ử dụng quan điểm nhận thức hiện đại: qu
an đi
ểm cấu trúc (quan điểm cơ chế vi
mô) trong vi
ệc trình bày và giải thích các hiện tượng vật lí.
 GV ch

ỉ thông báo đơn vị điện tích là culông mà không nêu định nghĩa.
 N
ội dung của phần 1 học sinh
đã học tương đối đầy đủ ở THCS. GV có thể cho học
sinh t
ự
đ
ọc, tự tìm hiểu trong SGK rồi trả lời các câu hỏi
3.2. L
ực tương tác giữa các điện tích
3.2.1. Vài nét l
ịch sử
Đ
ể nghiên cứu điện về mặt định lượng, Franklin đã làm thí nghiệm tích điện cho một
cái bình s
ắt. Ông quan sát thấy rằng bên trong cái bình đó,
các v
ật thử không phát hiện
đư
ợc một t
ương tác nào, nghĩa là bên trong bình không có điện tích mặc dù bình đã được
tích đi
ện.
Prixli đ
ã đánh giá đúng tầm quan trọng của thí nghiệm đó. Năm
1767, v
ới các phép tính lí thuyết, ông chứng tỏ rằng nếu lực điện t
ỉ lệ
ngh
ịch với

n
r
1
(r là kho
ảng cách giữa các điện tích) thì chỉ trong
trư
ờng hợp r = 2 các điện tích mới dàn hết ra ngoài vật dẫn như trong
thí nghi
ệm của Franklin.
Năm 1771, Henry Cavendish đ
ã làm thí nghiệm để xác định giá
tr
ị cụ
th
ể của n. Ông đặt một quả cầu thứ nhất vào trong một quả cầu thứ hai rỗng và nối
hai qu
ả cầu với nhau bằng một dây dẫn điện.
Sau đó nhi
ễm điện cho quả cầu rỗng, Cavendish nhận thấy
r
ằng điện tích không truyền vào quả cầu bên trong mà chỉ phân bố
m
ặt ngoài
c
ủa quả cầu rỗng. Dựa vào cấp chính xác của dụng cụ
đo trong thí nghi
ệm của mình, Cavendish đã kết luận rằng
05,02n 
.
Nh

ững thí nghiệm và lập luận
đó đã mở đường dẫn tới những
đ
ịnh luật định tính về các hiện tượng điện. Nhưng muốn khẳng
định các
định luật đó một cách chắc chắn cần thực hiện những
phép đo chính xác v
ề các lực
điện.
3.2.2. L
ực t
ương tác giữa các điện tích điểm trong
không khí – Đ
ịnh luật Coulomb
Không th
ể tìm
được định luật tổng quát cho sự tương
tác gi
ữa hai vật mang điện b
ất kỳ, vì lực này phụ thuộc vào
nhi
ều yếu tố, trong
đó có hình dạng, vị trí tương đối giữa
hai v
ật và môi trường bao quanh các vật. Ta chỉ có thể tìm
đư
ợc định luật tổng quát cho lực tương tác giữa các điện
tích đi
ểm.
Năm 1785, Charles Augustin de Coulomb

(Pháp), b
ằng thực nghiệm đã tìm ra định luật về sự tương
tác l
ực giữa hai
điện tích điểm đứng yên.
Henry Cavendish
(1731 – 1810)
Charles Augustin de Coulomb
(1736 – 1806)
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
23
Coulomb dùng th
ực nghiệm bằng một cân xoắn, gồm hai quả cầu nhỏ bằng kim loại
A và B. A là qu
ả cầu cố định gắn ở đầu một thanh thẳng đứng. B là quả cầu linh
đ
ộng gắn
ở
đầu một thanh nằm ngang. Đầu kia của thanh có một quả đối trọng.
A và B đư
ợc tích điện cùng dấu. Thanh nằm ngang được treo bằng sợi dây kim loại
m
ảnh có hằng số xoắn
đã biết.
Khi hai qu
ả cầu đẩy nhau thì nó làm cho thanh ngang quay. Khi mômen củ
a l
ực đẩy
t

ĩnh
điện cân bằng với mômen xoắn của dây treo thì thanh ngừng quay. Biết góc quay và
chi
ều dài của thanh ngang ta sẽ tính được lực đẩy tĩnh điện giữa hai quả cầu A và B.
D
ựa vào thí nghiệm trên, Coulomb thấy rằng lực t
ương tác giữa hai điện tích
có
phương trùng v
ới đường thẳng nối hai điện tích.
Lực
đẩy nếu hai điện tích cùng dấu, lực
hút khi hai đi
ện tích trái dấu
V
ới cân xoắn
, Coulomb đ
ã thực hiện nhiều phép đo khác nhau khi giữ các điện tích
cùng d
ấu không
đổi. Ông cho khoảng cách giữa chúng
thay đ
ổi theo tỉ lệ 36 : 18 : 8,5 thì
l
ực đẩy giữa chúng thay đổi theo tỉ lệ 36 : 144 : 575, tức là lực đẩy gần đúng tỉ lệ nghịch
v
ới bình ph
ương khoảng cách. Coulomb đã giải thích có sự sai số là do trong khi tiến hành
thí nghi
ệm, một phần điện tích đã bị

rò
đi mất.
Sau đó Coulomb ti
ến hành
đo lực hút. Phép đo này khó hơn nhiều vì khi cho hai hòn
bi nh
ỏ tích điện, rất khó ngăn sao cho chúng khỏi chạm nhau. Nhưng sau nhiều lần thí
nghi
ệm, ông đã đi đến kết quả là lực hút của các điện tích cũng tỉ lệ nghịch
v
ới bình
phương kho
ảng cách giữa chúng.
2
1
~
r
F
Đ
ể biết lực tác dụng phụ thuộc vào độ lớn của các điện tích như thế nào cần so sánh
các đi
ện tích. Lấy vật A và vật B có kích th
ước nhỏ so với khoảng cách của chúng. Truyền
cho v
ật A điện t
ích q
0
và truy
ền cho vật B lần lượt các điện tích q
1

r
ồi q
2
. Gi
ữ khoảng cách
gi
ữa A và B không đổi.
G
ọi F
1
là l
ực tác dụng giữa A và B khi điện tích tương ứng của chúng là q
0
và q
1
.
F
2
là l
ực tác dụng giữa A và B khi
điện tích tương ứng của chúng là q
0
và q
2
.
Thí nghi
ệm chứng tỏ rằng tỉ số
2
1
F

F
không ph
ụ thuộc vào q
0
và r, như v
ậy tỉ số ấy chỉ
đư
ợc xác định bởi chính q
1
và q
2
.
Ta có th
ể
đặt tỉ lực
2
1
F
F
b
ằng tỉ số
điện tích
2
1
2
1
q
q
F
F


K
ết quả trên
đây cho th
ấy rằng lực tác dụng giữa hai điện tích A và B tỉ lệ với độ lớn
c
ủa các
điện tích. Vì lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm tuân theo định luật 3
Newton. V
ậy suy ra rằng lực tương tác tỉ lệ với độ lớn của từng điện tích, do đó tỉ lệ với
tích đ
ộ lớn của các điện tích A và B.
21
.~ qqF
T
ừ hai kết quả trên ta có
định luật sau gọi là định luật Coulomb.
/>Interaction between electric charges
/>Phát bi
ểu
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
24
Đ
ộ lớn của lực t
ương tác
gi
ữa hai
điện tích đi
ểm

đ
ặt trong chân không có độ
l
ớn
t
ỉ
l
ệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích
đó và t
ỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách
gi
ữa chúng.
Phương của lực tương tác giữa hai điện tích điểm là đường thẳng nối hai điện tích
đi
ểm
đó. Hai điện tích cùng dấu th
ì
đ
ẩy nhau, hai điện tích khác dấu thì hút nhau.
Bi
ểu thức độ lớn của lực tương tác giữa hai điện tích điểm
2
21
.
r
qq
kF 
(3.1)
q
1

, q
2
là đ
ộ lớn của hai điện tích điểm.
r là kho
ảng cách giữa hai điện tích điểm.
k là h
ệ số tỉ lệ
ph
ụ thuộc
h
ệ
đơn v
ị,
Trong h
ệ SI,k = 9.10
9
(N.m
2
/C
2
)
Ngoài ra ta c
ũng có thể viết:
Bi
ểu thức
dư
ới dạng vectơ
c
ủa lực

tương tác gi
ữa
hai đi
ện tích điểm
12
12
2
12
21
12
r
r
r
qq
kF 
(3.2)
12
F
là vectơ l
ực t
ác d
ụng của điện tích 1 lên điện tích 2
12
r
là bán kính vectơ hư
ớng từ điện tích 1 đến điện tích 2, có độ lớn là r.
Ta qui ư
ớc điện tích dương nhận giá trị dương, điện tích âm nhận giá trị âm
.
Như v

ậy
q
1
và q
2
là nh
ững giá t
r
ị đại số
. V
ậy công thức tính lực tác dụng giữa hai điện
tích đi
ểm sẽ là một công thức
đại số.
2
21
.
r
qq
kF 
(3.3)
N
ếu q
1
và q
2
cùng d
ấu thì q
1
.q

2
> 0 và
12
F
cùng chi
ều với
12
r
thì l
ực điệ
n là l
ực đẩy.
N
ếu q
1
và q
2
trái d
ấu thì q
1
.q
2
< 0 và
12
F
ngư
ợc chiều với
12
r
thì l

ực
điện là lực hút
Ð
ịnh luật Coulomb là một định luật cơ bản của tĩnh điện học, nó giúp ta hiểu rõ thêm
khái ni
ệm điện tích.
Ta th
ấy
r
ằng công thức
2
1
2
1
q
q
F
F

rút ra t
ừ thực nghiệm như đã nói ở trên là một điều
h
ợp lí, vì dựa vào lực tương tác điện ta có thể nhận biết được sự có mặt của điện tích. Như
v
ậy, ta đã có cách để so sánh độ lớn của các điện tích. Từ đó, nếu chọn
m
ột điện tích làm
đơn v
ị, ta có thể xác định độ lớn của mọi điện tích khác.
/>Ph

ạm vi áp dụng
Cho đ
ến nay, định luật Coulomb đã vượt qua mọi sự kiểm
tra b
ằng thực
nghi
ệm
,
không th
ấy một ngoại lệ nào
.
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
25
-Năm 1936, Plimpton và Lauton (ngư
ời Mĩ) thực hiện nhiều thí nghiệm với
độ chính
xác cao, đ
ã xác định số mũ của r, nếu
2
1
~
r
F
thì
δ < 10
-9
. G
ần đây
năm 1971 Williams

Faller và Hill cho r
ằng
δ < 10
-16
. Như v
ậy
định luật Coulomb đã được thực nghiệm xác
nh
ận với độ chính xác cao.Thực nghiệm còn cho thấy định luật này được thoả mãn với độ
chính xác cao
ở những kho
ảng cách rất lớn cũng nh
ư rất nhỏ.
-Đ
ịnh luật Coulomb đúng cả trong phạm vi tương tác giữa các hạt của nguyên tử để
t
ạo thành phân tử, thậm chí nó cũng
đúng trong cả phạm vi tương tác giữa các hạt trong
m
ột nguyên tử. Nó mô tả đúng lực giữa hạt nhân mang
đi
ện dương và mỗi electron mang
đi
ện âm trong nguyên tử mặc dù ở đó cơ học sổ điển của Newton không còn đúng nữa mà
ph
ải thay bằng vật lí l
ượng tử.
-Đ
ịnh luật
đó cũng đúng cho phép tính đúng lực liên kết các nguyên tử nhau để tạo

thành phân t
ử, các lực li
ên k
ết của các nguyên tử và phân tử với nhau để tạo thành chất rắn
và ch
ất lỏng.
Vì v
ậy hiện nay khi nói đến tương tác giữa hai điện tích điểm, người ta coi định luật
Coulomb đư
ợc áp dụng trong phạm vi vi mô cũng như trong phạm vi vĩ mô. Tuy nhiên nó
ch
ỉ
đư
ợc áp dụng trong điều kiện các điện tích điểm đó đứng yên
.
3.3. L
ực t
ương tác giữa các điện tích điểm trong điện môi
Đi
ện môi là một môi trường cách điện.
Khi đ
ặt các điện tích trong một điện môi
(ch
ẳng hạn trong dầu cách điện) thì lực
tương tác s
ẽ
y
ếu
đi so v
ới chân không.

2
21
r
qq
kF


(3.5)
Đ
ại lượng ε chỉ phụ thuộc vào tính chất của điện môi mà không phụ thuộc vào độ lớn
c
ủa các
điện tích và khoảng cách giữa các điện tích. ε được gọi là
h
ằng số
điện môi. Hằng
s
ố điện môi là một đại lượng đặc trưng cho tính chất điện của một chất cách điện. Nó cho
bi
ết khi đặt các điện tích trong chất đó thì lực tác dụng giữa chúng sẽ nhỏ đi bao nhiêu lần
so v
ới khi chúng đặt trong chân không. Tuy nhiên nó
ch
ỉ đúng trong một số trường hợp là
đi
ện môi đồng tính, đẳng hướng và chiếm toàn bộ không gian.
Khái ni
ệm hằng số điện môi
không liên quan gì
đến tính dẫn điện tốt hay kém của

m
ột chất. Các chất dẫn điện không có hằng số điện môi.
H
ằng số điện môi của một
ch
ất
cách đi
ện liên quan đến độ phân cực điện của điện môi trong điện trường
 
EP
0
1  
và chiết suất của môi trường mà không liên quan gì đến điện trở suất của môi trường.
H
ằng số điện môi của không khí gần bằng 1, nên thí nghiệm Coulomb được
ti
ến hành
trong không khí nhưng k
ết quả của nó cũng đúng trong cả chân không.
Khác v
ới lực hấp
d
ẫn, lực t
ương tác giữa các điện tích phụ thuộc vào môi trường mà tương tác xẩy ra trong
đó.
Th
ật là kỳ lạ dạng của biểu thức định luật mà Coulomb tìm ra (1) lạ
i gi
ống hệt dạng
c

ủa biểu thức mà Newton tìm ra cho độ lớn của lực hấp dẫn giữa hai hạt có khối lượng m
1
và m
2
ở cách nhau một khoảng r (2).
2
21
r
qq
kF
dt

(1)
2
21
r
mm
GF
hd

(2)
Tuy nhiên, khác v
ới lực hấp dẫn bao giờ c
ũng là lực hút và không phụ thộc vào môi
trư
ờng, lực t
ương tác giữa hai điện tích điểm có thể là lực hút hoặc là lực đẩy tùy thuộc dấu
c
ủa điện tích và môi trường mà tương tác xẩy ra trong đó. Sự khác nhau đó là do chỉ có
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một

món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
26
m
ột loại khối l
ượng nhưng lại có h
ai lo
ại
điện tích (dương hoặc âm)
Lưu ý về mặt chiến lược dạy học
 Trư
ớc khi trình bày
định luật C
oulomb, chúng ta c
ần
đưa ra khái niệm điện tích điểm
.
Điện tích điểm là một vật tích điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách tương
tác. Khi nêu ra định luật Coulomb cần chú ý cho học sinh biểu thức đó chỉ xác định
đ
ộ lớn của lực t
ương tác của các điện tích điểm và chỉ được áp dụng khi các điện tích
điểm đứng yên trong môi trường chân không.
 Đ
ịnh luật Cul
ông đư
ợc rút ra từ thực nghiệm. Tuy nhiên, ph
ương
án hai b
ộ
SGK đ

ều
trình bày
định luật này như một thông báo, vì vậy G
V có có th
ể dùng phương pháp
thuy
ết trình để giảng dạy định luật này. Vì trong thực tế khó có thể thiết kế một thí
nghi
ệm
để rút ra định luật Coulomb. Mặc dầu,
n
ếu
có đi
ều kiện
để tiến
hành thí
nghi
ệm, nhưng ta cần phải cho học sinh nắm được nguyên tắc và kết quả thí nghiệm.
 V
ề sự phụ thuộc của lực t
ương tác vào q
1
và q
2
ta có th
ể h
ướng dẫn học sinh lập luận
t
ại sao lực tương tác phải phụ thuộc vào tích q
1

q
2
mà không ph
ụ thuộc tổng q
1
+q
2
?
 C
ần
chú ý m
ột sai lầm th
ường hay mắc phải của học sinh là xem lực hút giữa hai điện
tích thì mang d
ấu âm, còn lực đẩy giữa hai điện tích thì mang dấu dương. GV cần chỉ
ra cho h
ọc sinh thấy dấu dương hay dấu âm là tùy thuộc vào chiều dương được quy
ư
ớc.
L
ực t
ương tác giữa hai điện tích là hai lực ngược chiều nhau. Vì vậy, với một
chi
ều dương quy uớc tùy í thì trong hai lực đẩy (hay hút) giữa hai điện tích, một lực có
giá tr
ị dương lực kia có giá trị âm.
 Khi nói v
ề hằng số điện môi GV cần làm rõ cho học s
inh là khi đ
ặt các điện tích trong

đi
ện môi thì lực tương tác giữa chúng sẽ yếu đi, hằng số điện môi

c
ủa chất đó cho
bi
ết lực t
ương tác bị yếu đi

l
ần so với khi
đặt trong chân không. Một chất có hằng
s
ố điện môi lớ
n chưa ch
ắc đã là chất cách điện tốt hơn so với một chất có hằng số điện
môi nh
ỏ. Không có
khái ni
ệm hằng số điện môi của môi trường
d
ẫn
điện.
3.4. Thuyết electron cổ điển
3.4.1. S
ự ra đời của thuyết electron
Thuyết electron, mà người ta gọi là thuyết electron cổ điển, ra
đ
ời vào cuối thế kỉ XIX, sau khi ng
ười ta phát hiện ra electron, nhờ

các công trình c
ủa Stoney, Plucker, Crookes, Schuster và đặc biệt là
c
ủa Thomson và Millikan.
3.4.2. Cơ s
ở của thuyết
Cơ s
ở đầu tiên của thuyết là quan niệm về cấu tạo hạ
t c
ủa vật
ch
ất đã được hình thành trong thuyết động học phân tử. Đó là vật chất được tạo nên từ
nh
ững hạt rất nhỏ không thể phân chia
được thành những hạt nhỏ hơn. Những hạt này
đư
ợc gọi là những hạt sơ cấp.
Ti
ếp đến là các công trình nghiên cứu lí thuyết
và th
ực nghiệm về điện và từ: định
lu
ật
Coulomb v
ề tương tác điện và khái niệm điện tích; khái niệm về dòng điện, hiệu điện
John Joseph Thomson
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
27
th

ế và
định luật Ohm; khái niệm về điện trường, điện từ trường
Cu
ối cùng và có mối liên hệ mật thiết nhất là sự phát hiện ra elec
tron v
ới các công
trình nghiên c
ứu về “nguyên tử
điện”: Từ các công trình nghiên cứu về điện phân, người ta
đ
ã rút ra kết luận là “một nguyên tử vật chất bao giờ cũng ứng với “một nguyên tử điện”.
Năm 1874, Stoney d
ựa vào hiện tượng điện phân đã xác định đ
ư
ợc độ lớn của điện
tích nguyên t
ố (e = 1,602023.10
-19
C). Năm 1891, ngư
ời ta đã đặt tên cho điện tích nguyên
t
ố là electron theo đề nghị của Stoney.
Năm 1894, Thomson đo đư
ợc tỉ số
m
e
c
ủa electron.
Năm 1900, Millikan m
ới

đo được điệ
n tích c
ủa eletron
b
ằng thí nghiệm sau:
S
ử dụng một máy phun h
ương thơm, Millikan đã phun các
gi
ọt dầu vào một cái hộp trong suốt. Đáy và đỉnh của hộp làm
b
ằng kim loại
được nối với nguồn pin với một đầu âm (
-), m
ột
d
ầu dương (+). Trong thí nghiệm này, Mil
likan đ
ã đặt một hiệu
đi
ện thế cực lớn (khoảng 10.000V) giữa hai điện cực kim loại đó.
Millikan quan sát t
ừng giọt r
ơi một và sự thay đổi điện áp rồi ghi
chú l
ại tất cả những hiệu ứng.
Khi các gi
ọt dầu nhỏ được phun vào buồng A, do cọ xát với
mi
ệng vòi phu

n nên chúng đư
ợc nhiễm điện. Qua một lỗ nhỏ có
m
ột số hạt dầu r
ơi vào bên trong khoảng không gian giữa hai tấm kim loại.
Khi hai t
ấm kim loại này chưa nối với nguồn thì các hạt dầu rơi xuống với vận tốc
l
ớn dần. Sau đó vận tốc của chúng không đổi khi lực
ma sát cân b
ằng với lực hấp dẫn.
Khi n
ối tấm kim loại 1 với cực d
ương, tấm 2 với cực âm thì lúc đó có những hạt
không rơi xu
ống mà lại chuyển động lên trên, đó là những hạt nhiễm điện âm. Khi hạt này
đ
ạt đến vận tốc không đổi ta có
1
kvmg
d
U
q 
(4.1)
q: đi
ện tích của hạt dầu
; U: hi
ệu điện thế giữa hai tấm kim loại
; d: kho
ảng cách giữa

hai t
ấm kim loại
Khi nh
ững hạt nhận thêm điện tích này đạt đến vận tốc không đổi v
2
ta có
Robert Andrews Millikan
(1868 – 1953)
Đèn chi
ếu sáng
tấm kim
lo
ại tích
đi
ện
(+)
tấm kim
lo
ại tích
đi
ện
(-)
Kính
quan sát
Máy
phun
gi
ọt dầu
gi
ọt dầu

đ
ã tích
đi
ện
Ion hoá
b
ằng tia
phóng
x
ạ
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
28
2
)( kvmg
d
U
qq
n

(4.2)
q
n
: đi
ện tích
h
ạt dầu nhận thêm
được
T
ừ (4.1) và (4.2) ta

được
)(
12
vvkq
d
U
n

d và U là đ
ại l
ượng đo được, v
1
và v
2
có th
ể xác
định được bằng kính quan sát, k xác
đ
ịnh bằng phương pháp riêng. Từ đó tìm được q
n
.
T
ừ rất nhiều thí nghiệm, Millikan đo
đư
ợc điện tích nhỏ nhất là 1,6.10
-19
C và đi
ện
tích c
ủa các hạt đều bằng số nguyên lần 1,6.10

-19
C. T
ừ đó ông rút ra kết luận là tồn tại một
đi
ện tích nguyên tố (1,6.10
-19
C).
4.3. H
ạt nhân của thuyết
Tư tư
ởng cơ bản của thuyết electron là quan niệm về tí
nh gián đo
ạn của điện. Định
lu
ật c
ơ bản của thuyết electron là định luật Coulomb với mô hình toán học là các công thức
của định luật. Trong thuyết có hằng số cơ bản là điện tích của electron.
4.4. M
ột số nội dung chính của thuyết electron cổ điển
V
ật chất
đư
ợc cấu tạo từ những hạt rất nhỏ không thể phân chia
được nữa gọi là hạt
cơ bản.
Nguyên t
ử của mọi nguyên tố đều gồm một hạt nhân mang điện dương và những
electron mang đi
ện âm chuyển động xung quanh hạt nhân. Hạt nhân nguyên tử gồm những
proton mang đi

ện
dương và nh
ững n
ơtron không mang điện.
Electron có điện tích là -1,6.10
-19
C và khối lượng m
e
= 9,1.10
-31
kg. Proton có điện
tích là +1,6.10
-19
C và kh
ối lượng m
p
= 1,67.10
-27
kg
S
ố proton trong hạt nhân bằng số electron quay xung quanh
h
ạt nhân nên độ
l
ớn của điện tích dương của hạt nhân bằng độ lớn
của điện tích âm của các electron và nguyên tử ở trạng thái trung
hòa
điện.
Electron có th
ể rời khỏi nguyên tử

để di chuyển từ nơi này
đ
ến nơi khác. Nếu nguyên tử mất một hay vài electron, nó sẽ
mang đi
ện dư
ơng và tr
ở thành ion dương. Nếu nguyên tử thu thêm
electron, nó s
ẽ tích điện âm và trở thành ion âm. Quá trình nhiễm
đi
ện của các vật thể chính là quá trình các vật thể ấy
thu thêm
hay m
ất
đi m
ột số electron.
Động thái cư trú hay di chuyển của
các electron t
ạo nên các hiện tượng điện và các tính chất điện của tự nhiên.
Thuy
ết giải
thích tính ch
ất khác nhau của các vật thể dựa trên việc nghiên cứu electron và chuyển động
c
ủa chúng gọi là thuyết electron.
4.5. H
ệ quả của thuyết
Thuy
ết electron cổ điển giúp ta
gi

ải thích được một loạt các hiện tượng điện và tính
ch
ất điện của các vật. Thuyết electron cổ điển là tiền đề để cho ra đời một số thuyết mới
như: thuy
ết electron về tính dẫn điện của kim loại, thuyết electron về tán sắc ánh sáng,
thuy
ết eletron về sự ph
át x
ạ
4.6. H
ạn chế của thuyết
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
29
Thuy
ết electron cổ
điển chỉ áp dụng được trong phạm vi vĩ mô chứ không áp dụng
đư
ợc trong phạm vi vi mô, thuyết cũng
không gi
ải thích được hiện tượng siêu dẫn
.
4.7. Đ
ịnh luật bảo toàn
điện tích
4.7.1. Nội dung của định luậ t
Như đ
ã biết, cọ xát các vật với nhau là một cách làm cho chúng nhiễm điện. Tuy
nhiên s
ự cọ xát không

đóng vai trò quan trọng mà quyết định là sự tiếp xúc giữa các vật.
Khi ta c
ọ xát hai vật với nhau, do sự tiếp xúc chặt chẽ giữa một số nguyên tử của 2
v
ật, mà
m
ột số electron chuyển dịch từ vật này sang vật kia. Ðộ dịch chuyển này vào cỡ khoảng
cách gi
ữa các nguyên tử
(10
-8
cm). Khi ta tách hai v
ật ra, thì chúng đều tích điện, nhưng
trái d
ấu nhau. Nếu hai vật không trao đổi điện tích với các vật khác (ha
i v
ật lập thành một
h
ệ cô lập) thì thí nghiệm chứng tỏ rằng
độ lớn điện tích dương xuất hiện trên vật này đúng
b
ằng độ lớn của điện tích âm xuất hiện trên vật kia. Lúc đầu, hệ hai vật có điện tích tổng
c
ộng bằng không, vì mỗi vật
đều trung hòa điện. Sau kh
i đ
ã ti
ếp xúc với nhau, hai vật đều
nhi
ễm điện, nhưng tổng đại số điện tích của hai vật trong hệ vẫn bằng không. Như vậy bản

ch
ất của sự nhiễm điện là mọi quá trình nhiễm điện về thực chất đều chỉ là những quá trình
tách các đi
ện tích âm và d
ương và phân b
ố lại các
đi
ện tích đó trong các vật hay trong các
ph
ần tử của một vật.
Ði
ện tích tồn tại dưới dạng các hạt sơ cấp mang điện. Trong những điều kiện nhất
đ
ịnh, các hạt sơ cấp có thể biến đổi qua lại. Chúng có thể xuất hiện thêm hay mất bớt đi
trong quá trình chuy
ển hóa. Tuy nhiên, thực tế quan sát cho thấy rằng các hạt mang
điện
bao gi
ờ cũng sinh ra từng cặp có điện tích trái dấu và bằng nhau, và nếu mất đi (để chuyển
thành nh
ững hạt khác), chúng cũng mất
đi từng cặp như vậy. Nếu có một hạt mang điện
chuy
ể
n hóa thành nhi
ều hạt khác, thì trong số những hạt mới sinh ra, bắt buộc phải có hạt
mang đi
ện tích cùng dấu với hạt ban đầu.
Gi
ả thiết về sự bảo toàn của điện tích được đưa

ra đ
ầu tiên bởi Benjamin Franklin, nhà khoa học ng
ười Mĩ.
T
ừ những nhận xé
t trên ta đưa đ
ến kết luận là: Trong một hệ kín (hệ cô lập) tổng đại
s
ố các điện tích luôn luôn là một hằng số.
H
ệ cô lập về
điện là hệ gồm nhiều vật chỉ tương tác điện và trao đổi điện tích với
nhau mà không có s
ự liên hệ, trao đổi điện tích với các vật
khác ngoài h
ệ đó.
4.7.2. Ph
ạm vi áp dụng
Ð
ịnh luật bảo toàn
điện tích là một trong những nguyên
lí cơ b
ản nhất của vật lí. Nó
có tính ch
ất tuyệt đối đúng. Cho đến nay người ta chưa phát hiện một sự vi phạm định luật:
M
ọi kết quả thực nghiệm đều phù hợp vớ
i đ
ịnh luật.
5. Các hi

ện tượng
nhi
ễm
đi
ện
5.1. S
ự nhiễm điện của các vật
M
ỗi vật bao gồm nhiều hạt mang
điện (hạt nhân,
electron, iôn). Bình th
ường thì tổng đại số các điện tích của
t
ất cả các hạt
đó bằng không, nghĩa là vật trung hòa về điện.
Kh
ối lượng
c
ủa electron rất nhỏ so với khối lượng của
proton nên đ
ộ linh
động của chúng lớn. Vì vậy do một số
đi
ều kiện nào đó (cọ xát, tiếp xúc, nung nóng, ) một số
electron có th
ể di chuyển từ vật này sang vật khác. Khi
đó vật
tr
ở thành thừa hay thiếu electron,
ta nói v

ật được nhiễm điện
(c
ũng có thể nói là vật được tích điện). Vật nhiễm điện âm là
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
30
v
ật thừa electron, vật nhiễm
điện dương là vật thiếu electron.
5.2. Các phương pháp nhi
ễm điện
5.2.1. Nhi
ễm điện do cọ xát
Hi
ện tượng
Thanh thư
ớc làm bằng cao su
(rubber) sau khi c
ọ xát vào lông thú sẽ có khả n
ăng hút
đư
ợc các vật nhẹ.
/> /> /> />confeti ( gi
ấy vụn và máy phát tĩnh
điện)
Gi
ải thích
Khi c
ọ xát vào lông thú, một số electron của lông thú chuyển sang cây thước. Cây
thư

ớc
đang ở trạng thái không mang điện, khi nhận electron sẽ bị nhiễm điện âm.
Ở trình
đ
ộ THPT, ta tạm thừa nhận cách giải th
ích hi
ện tượng nhiễm điện do cọ xát là kết quả của
s
ự di chuyển của electron từ vật này sang vật kia.
Lưu ý
1.Cơ ch
ế của hiện tượng nhiễm điện do cọ xát rất phức tạp, có nhiều điểm đến nay
v
ẫn còn chưa rõ ràng.
 Có th
ể khi hai vật tiếp xúc với nhau thì có s
ự liên kết của các nguyên tử ở lớp
b
ề mặt của chúng. Khi tách rời hai vật thì mối liên kết sẽ bị
đứt, electron liên
k
ết mạnh với nguyên tử chất nào sẽ ở lại trong chất đó. Nếu giả thuyết này
đúng th
ì khi ép mạnh hai chất với nhau (không cọ xát) rồi sau đó
tách chúng
ra thì chúng ph
ải bị nhiễm điện.
 Có th
ể khi cọ xát thì sinh ra nhiệt và làm bứt electron. Tuy nhiên nhiệt
độ ở

ch
ỗ cọ xát không cao đến mức xảy ra sự phát xạ nhiệt electron. Mặt khác sự
phát xạ nhiệt electron dễ xảy ra ở kim loại và rất khó xảy ra ở các chất cách
đi
ện.
 Có th
ể khi cọ xát gây ra những chỗ khuyết tật ở bề mặt tiếp xúc, ở những chỗ
này s
ẽ xuất hiện những điện tích trái dấu.
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
31
 Có gi
ả thuyết cho rằng nguyên nhân của sự nhiễm
điện do cọ xát là sự cày
x
ới lớp khí hấp thụ ở bề mặt các chất
làm b
ật lên những lớp điện tích trái
d
ấu
Nhi
ều người lại thiên về giả thuyết này
.[2]
2.Thủy tinh khi cọ xát với dạ thì đa số nhiễm điện dương; cũng có loại thủy tinh khi
c
ọ xát với dạ thì nhiễm
điện âm
. Đi
ều này phụ thuộc vào tạp chất mà ta pha vào thủy

tinh.
Các lo
ại nhựa (P
olyEtilen; PolyPropylen…) khi c
ọ xát vào dạ thì nhiễm điện âm, tuy nhiên
c
ũng có loại nhựa khi cọ xát vào dạ thì nhiễm điện dương. Nilon (nhựa tổng hợp) là loại
nhi
ễm
điện kém. Các loại nhựa mỏng pôliêtilen
(PE) dùng làm túi đ
ựng thự
c ph
ẩm có khả
năng nhi
ễm điện khá tốt. Nhựa cứng bọc bảo hiểm các chai nước khoáng nhiễm điện rất
m
ạnh.
5.2.2. Nhi
ễm điện do tiếp xúc
Hi
ện tượng
N
ếu một vật chưa nhiễm điện tiếp xúc với một vật nhiễm điện thì nó sẽ bị nhiễm điện
cùng d
ấu với vật đó. Đó là
s
ự nhiễm điện do tiếp xúc.
N
ếu ta

đưa một vật nhiễm điện dương đến tiếp xúc với vật nhiễm điện âm sẽ xảy ra
m
ột trong ba trường hợp:
 Hai v
ật trở thành không nhiễm
điện. Điện tích của chúng đã trung hòa lẫn nhau.
 Hai v
ật cùng nhiễm điện dương.
 Hai v
ật cùng nhiễm
điện âm.
Gi
ải thích
Khi vật chưa nhiễm điện tiếp xúc với vật đã nhiễm điện, ví dụ như vật nhiễm điện âm
thì m
ột phần electron thừa ở vật nhiễm
điện âm truyền sang vật chưa nhiễm điện. Vì thế
v
ật chưa nhiễm điện đó sẽ thừa electron nên cũng sẽ nhiễm điện âm.
V
ật nhi
ễm
đi
ện dương bị thiếu một số electron. Vật nhiễm điện âm lại thừa một số
electron. N
ếu cho hai vật đó tiếp xúc với nhau thì sẽ có sự trao đổi electron giữa chúng:
electron ở chỗ thừa sẽ di chuyển sang chỗ thiếu để trung hòa bớt điện tích dương. Vì thế sẽ
x
ảy ra ba trường hợp như nói ở trên
 N

ếu số electron thừa bằng đúng số electron thiếu thì sau khi trao đổi hai vật sẽ trở
v
ề trạng thái trung hòa
điện.
 N
ếu số electron thiếu lớn hơn số electron thừa thì các electron thừa của vật nhiễm
đi
ện âm không
đủ để t
rung hòa các
đi
ện tích dương của vật nhiễm điện dương.
Tình tr
ạng thiếu electron sẽ trở thành chung cho hai vật. Do đó có sự phân bố lại
c
ủa các electron tự do giữa hai vật, mỗi vật sẽ bị thiếu một ít electron nên hai vật
vùng nhi
ễm điện dương.
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
32
 Tương t
ự, n
ếu số electron thiếu lại nhỏ h
ơn số electron thừa thì sau khi trao đổi,
electron v
ẫn còn d
ư một số electron. Số electron còn dư này sẽ phân bố cho hai vật,
m
ỗi vật thừa một ít electron nên hai vật đều nhiễm điện âm

(?).
/>(s
ợi
kim tuy
ến
và khinh khí c
ầu
)
5.2.3. Nhi
ễm điện do hưởng ứng
(Induction)
Hi
ện tượng
Khi đưa thanh kim lo
ại nhiễm điện âm lại gần quả cầu trung hòa về điện. Ta thấy
phía quả cầu gần thanh kim loại nhiễm điện dương, còn phía quả cầu xa thanh kim loại sẽ
nhi
ễm điện âm. Sự nhiễm điện của quả cầu gọi là sự nhiễm điện do hưởng ứng.
N
ếu
đưa thanh kim loại ra xa thì quả cầu lại trở lại trạng thái trung hòa điện. Điều đó
ch
ứng tỏ độ lớn của các đ
i
ện tích âm và dương ở hai phía của quả cầu là bằng nhau.
DIEN\Electroscope_rubber_wool.mpeg
/>Gi
ải thích
Khi đưa thanh kim lo
ại nhiễm

điện âm lại gần quả cầu thì thanh kim loại sẽ đẩy các
electron t
ự do của quả cầu ra xa mình làm cho electron tập trung nhiều ở phía xa thanh kim
lo
ại nên quả cầu phía xa thanh kim loại sẽ nhiễm
điện âm, còn phí
a g
ần thanh kim loại của
qu
ả cầu thiếu nhiều electron nên sẽ nhiễm điện dương.
Nh
ững
điện tích tập trung ở hai phía của quả cầu sẽ tác dụng lên các electron tự do
còn l
ại trong quả cầu những lực ngược chiều với lực hút của thanh kim loại. Nếu các điện
tích t
ập trung đủ lớn thì các lực tác dụng của các điện tích ở thanh kim loại, ở hai phía của
qu
ả cầu lên mỗi electron tự do còn lại trong quả cầu sẽ cân bằng nhau và sẽ không còn có
thêm electron đ
ến tập trung ở phía xa thanh kim loại của quả cầu nữa.
Đ
ầu này
c
ủa quả cầu thừa bao nhiêu electron thì đầu kia sẽ thiếu bấy nhiêu electron.
5.3. Cách phát hi
ện ra vật nhiễm
điện
Ta có th
ể phát hiện ra vật nhiễm

điện bằng điện nghiệm
(electroscope). Đi
ện nghiệm
là m
ột
d
ụng cụ gồm: Bình thuỷ tinh, nút cách điện, núm k
im lo
ại, thanh kim loại, hai lá
kim lo
ại nhẹ.
M
ột vật nhiễm điện chạm vào thanh kim loại thì điện tích truyền đến hai lá kim loại
và hai lá kim lo
ại trở thành nhiễm
điện cùng dấu. Do đó chúng đẩy nhau và xoè ra.
Đưa m
ột cây bút đã nhiễm điện lại gần điện
nghi
ệm, ta thấy hai lá điện nghiệm xoè
ra. Đi
ện tích truyền cho hai lá kim loại càng lớn thì góc xoè cũng càng lớn. Vì vậy có thể
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
33
dùng đi
ện nghiệm
để so sánh các điện tích đã truyền cho điện nghiệm.
Hư
ớng dẫn chế tạo ra điện nghiệm (How to make an electroscope)

/> />5.4.
Ứng dụng
Hi
ện tượng nhiễm điện thường gặp trong đời sống, tuy nhiên người ta đã ít quan tâm
đ
ến nó, chẳng hạn xoa tay trên áo len, chải tóc bằng l
ược nhựa, các vật chuyển động nhanh
trong không khí Các v
ật
đó đ
ều đã bị nhiễm điện.
Chi
ếc lược đã bị nhiễm điện có khả
năng hút các phân t
ử nước
núm kim lo
ại
nút cách đi
ện
thanh kim lo
ại
hai lá kim
lo
ại nhẹ
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
34
Trong k
ĩ thuật ng
ười ta dựa vào đặc điểm của vật nhiễm điện để chế tạo nhiều dụng

c
ụ. Ví dụ
trong các phân xư
ởng dệt thường treo những tấm nhiễm điện trên cao để hút bụi
v
ải lên đó, bảo vệ sức khỏe cho công nhân hoặc thu gom tro trong các ống khói nhờ thiết bị
l
ọc bụi tĩnh
điện.
Không khí có nhi
ều bụi
được quạt vào máy qua lớp lọc bụi thông thườ
ng. T
ại
đây
các h
ạt bụi có kích thước lớn bị gạt lại. Dòng không khí có lẫn các hạt bụi kích thước nhỏ
v
ẫn bay lên. Hai lưới 1 và 2 thực chất là hai điện cực: lưới 1 là điện cực dương, lưới 2 là
đi
ện cực âm. Khi bay qua l
ưới 1, các hạt bụi bị nhiễm điện dư
ơng. Do đó khi g
ặp l
ưới 2
nhi
ễm điện âm, các hạt bụi bị hút vào lưới. Vì vậy khi đi qua lưới 2 không khí đã được lọc
s
ạch bụi. Sau
đó có thể cho không khí đi qua lớp lọc bằng than để khử mùi. Bằng cách này

có th
ể lọc đến 95% bụi trong không khí.
Trong k
ĩ t
hu
ật ng
ười ta làm cho sơn và vật cần sơn nhiễm điện trái dấu, làm cho lớp
sơn bám ch
ắc hơn Sự hút và đẩy giữa các vật tích điện còn được ứng dụng trong in ấn và
photocopy.
Máy phát t
ĩnh điện
a.Lo
ại Wimshurst (Wimshurst machine)
Cấu tạo:Máy phát t
ĩnh điện Wimshurst
g
ồm có 3 bộ phận chính:
1. Hai đ
ĩa làm bằng chất cách điện tốt
:
đ
ĩa tròn có bề dày cỡ 0.3 cm và đường kính
kho
ảng 24 cm, trên mặt ngoài của
đĩa có dán
20 lá nhôm m
ỏng cách đều nhau; hai đĩa được
đ
ặt song song,

đồng trục
và quay ngư
ợc chiều
nhau nh
ờ một cơ cấu truyền động gồm tay
quay, các dây đai cao su
2. Hai thanh trung tính là v
ật dẫn có
đư
ờng kính cỡ 0.4 cm và chiều dài khoảng 20
cm; g
ắn cố
định vào trục của hai đĩa; ở hai
đ
ầu mỗi thanh trung tính có hai chổi kim loạ
i
Sơ đ
ồ máy lọc bụi
không khí
s
ạch
không khí
có b
ụi
lư
ới 1
lư
ới 2
l
ớp lọc bằng than

l
ớp lọc bụi thông
thư
ờng
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
35
(thư
ờng làm bằng các dây dẫn mảnh và
đàn hồi tốt), hai chổi này luôn trượt sát trên bề mặt
đ
ĩa khi đĩa quay;
3.Hai c
ần gom
điện tích; mỗi cần gom điện tích dạng hình chữ U, ở hai nhánh có hai
mũi nhọn đối diện nhau; các mũi nhọn này rất gần với các lá nhôm trên hai mặt ngoài của
hai đ
ĩa, nh
ưng không tiếp xúc với chúng;
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
36
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
37
-Nguyên t
ắc hoạt động
:
b.Lo
ại

Van de Graaff (Van de Graaff generator)
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
38
/>Bài t
ập
Câu 2; câu 3; câu 8
/>6. Đi
ện trường
6.1. Khái ni
ệm điện trường
Khi nghiên c
ứu sự tương tác giữa các điện tích, câu hỏi được đặt ra là các điện tích
đ
ặt ở cách xa nhau tác dụng lực lên nhau bằng cách nào? Ðiện tích có gây ra sự biến đổi gì
trong không gian xung quanh không ? Trong quá trình phát tri
ển của vật lí, vấn
đề này đã
đư
ợc giải đáp bằng nhiều cách. Nhìn chung lại, có hai cách trả lời trái ngược nhau.
M
ột thuyết cho rằng các vật có thể tương tác lên nhau không cần có các vật thể hay
môi trư
ờng trung gian, lực có thể truyền từ vật này sang
v
ật khác một cách tức thời. Như
v
ậy, vận tốc truyền t
ương tác là lớn vô hạn. Khi chỉ có một điện tích, thì nó không gây ra
m

ột sự biến đổi nào ở không gian xung quanh. Ðó là nội dung của thuyết tương tác xa.
Thuy
ết thứ hai cho rằng lực tương tác giữa các
v
ật thể chỉ có thể truyền từ vật này
sang v
ật kia nhờ một môi trường nào đó bao quanh các vật. Lực tương tác được truyền liên
ti
ếp từ phần này sang phần khác của môi tr
ường và với vận tốc hữu hạn gọi là vận tốc lan
truy
ền tương tác. Khi chỉ có mặt một điệ
n tích thôi, thì kho
ảng không gian bao quanh nó
c
ũng chịu những biến đổi nhất định. Ðó là nội dung cơ bản của thuyết tương tác gần.
Thuy
ết tương tác gần được Faraday nêu lên lần đầu tiên, sau đó được Maxwell hoàn
thi
ện và chứng minh bằng
lí thuy
ết. Ngày n
ay, khoa h
ọc
đã hoàn toàn xác nhận sự đúng
đ
ắn của thuyết tương tác gần.
Định nghĩa
Trong s
ự tương tác giữa các điện tích, môi trường trung gian truyền tương tác là

đi
ện trường hay điện tích gây
ra xung quanh nó m
ột điện trường.
Ði
ện trường này lan truyền trong không gian với vận tốc hữu hạn. Trong chân không,
v
ận tốc lan truyền của
điện trường là 3.10
8
m/s, b
ằng vận tốc của ánh sáng.
6.2. Tính ch
ất
 Khi có m
ột điện tích đặt trong điện trường thì
đi
ện tích chịu tác dụng của lực
đi
ện. Dựa vào tính chất này của điện trường, ta biết được sự có mặt và sự phân bố
c
ủa nó.
Michael Faraday
(1791 – 1867)
James Clerk Maxwell
(1831 – 1909)
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
39
 Đi

ện trường có mang năng lượng.
6.3. Lưu
ý về mặt
chi
ến lược dạy học
 Trong b
ộ sách V
ật lý l
ớp 11 nâng cao SGK
định nghĩa rất đơn giả
n “nơi nào có l
ực
đi
ện thì ta nói nơi ấy có điện trường. Định luật Cu
-lông cho bi
ết hai điện tích ở gần
nhau thì có l
ực điện tác dụng lên chúng. Vậy ta nói điện trường tồn tại ở khoảng
không gian xung quanh đi
ện tích. Sau
đó, SGK xuất phát vào kiến thức
h
ọc sinh
đã
h
ọc ở lớp 10 là trường hấp dẫn dựa vào phương pháp tương tự mà đưa ra khái niệm
đi
ện trường. Xuất phát từ lực hấp mà đưa ra trường hấp dẫn. Trường hấp dẫn gây ra
l
ực hấp dẫn. T

ương tự như vậy, ở đây ta cũng nói đến lực điện thì cũng do một trườ
ng
nào đó gây ra. Trư
ờng gây ra lực điện ta gọi là điện trường.
 C
ần chú ý rằng
điện trường không chỉ truyền lực một chiều của điện tích này lên điện
tích kia, mà bao gi
ờ cũng truyền tương tác hai chiều. Cho hai điện tích nhỏ q1và q2
n
ằm cách nhau khá xa s
ao l
ực tương tác giữa chúng là không đáng kể. Nếu ta tăng
đi
ện tích q1 lên rất nhiều lần sao cho lực t
ương tác giữa hai điện tích trở nên đáng kể.
Đi
ện trường q1 ở chỗ q2 mạnh lên đáng kể còn điện trường của q2 ở chỗ q1 vẫn rất
y
ếu. Điện tích q2 tác dụng l
ực lên
điện tích q1 không thể thông qua điện trường của
chính nó mà ph
ải thông qua
điện trường của q1. Như vậy, mỗi điện trường đều truyền
l
ực tương tác giữa hai điện tích
6.4. Cường độ điện trường
6.4.1. Vectơ cư
ờng độ điện trường

Ð
ể đặc trưng cho điện tr
ư
ờng về mặt định lượng, người ta dùng một khái niệm vật lí
m
ới là cường độ điện trường. Muốn xác định cường độ điện trường, ta dựa vào tính chất cơ
b
ản của
điện trường là tác dụng lực lên các điện tích đặt trong nó.
T
ại cùng một điểm trong không gian có đ
i
ện trường, ta hãy lần lượt đặt các điện tích
điểm q1, q2, q3…và xác định lực
,,
321
FFF
do điện trường tác dụng lên chúng. Giá trị
c
ủa các lực này, tất nhiên, phụ thuộc vào độ lớn của các điện tích q
1
, q
2
, q
3
…Nhưng th
ực
nghi
ệm cho thấy rằng tỉ
s

ố giữa lực F
1
và đ
ộ lớn của điện tích q
1
không ph
ụ thuộc vào điện
tích q
1
. Do đó t
ỉ số này có thể dùng
để đặc trưng cho điện trường ở điểm đang xét về
phương di
ện tác dụng lực lên các điện tích đặt ở điểm đó. Ta gọi tỉ số
1
1
q
F
là cư
ờng
đ
ộ điện
trường tại điểm đặt q
1
và kí hiệu là
E
.
Vì
điện tích là một đại lượng vô hướng, còn lực là một đại lượng vectơ nên cường độ
đi

ện trường cũng là một đại lượng vectơ. Nếu tại một điểm nào đó trong điện trường, lực
tác dụng lên điện tích q là
F
thì vectơ cường độ điện trường
E
tại điểm đó là:
q
F
E 
(6.1)
N
ếu q = +1 đơn vị điện tích thì
FE 
-Phương, chi
ều
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
40
Cùng phương v
ớ
i
F
Cùng chi
ều với
F
n
ếu q>0, ngược chiều với
F
n
ếu q<0.

-Đ
ộ lớn
q
F
E 
Đ
ịnh nghĩa c
ường độđiện trường
Cư
ờng
độ điện trường tại một điểm là một đại l
ư
ợng vect
ơ đặc trưng cho điện
trư
ờng về phương diện tác dụng lực tại điểm đó. Nó được xác định bằng thương số giữa
l
ực tác dụng lên một điện tích thử q đặt tại điểm đó và độ lớn của q.
Ở những
điểm khác nhau, cường độ điện trường nói chung có giá trị, phư
ơng, chi
ều
khác nhau. N
ếu ta biết cường độ điện trường
E
t
ại một điểm nào đó trong không gian, thì
ta có th
ể xác
định được lực tác dụng

F
lên m
ột
điện tích điểm q đặt tại điểm đó
EqF 
(6.2)
T
ừ đó ta thấy lực điện
F
tác d
ụng lên điện tích q>0 có xu hướng làm cho nó đi thuận
chi
ều
điện trường
E
. Còn l
ực
điện
F
tác d
ụng l
ên đi
ện tích q<0 có xu h
ướng làm cho nó
đi ngư
ợc chiều điện trường
E
.
N
ếu tại mọi điểm, vectơ cường độ điện trường bằng nhau tức là có cùng

phương, chi
ều,
độ lớn thì điện trường đó gọi là điện trường đều.
6.4.2. Đi
ện tr
ường của một điện tích điểm
Ta xác đ
ịnh cường độ điện trường gây bởi một điện tích điểm Q. Giả sử Q đặt tại
đi
ểm O, ta tính c
ường độ điện trường
E
do nó gây ra t
ại
điểm A. Ta đặt tại A một điện
tích q.
L
ực
F
do Q tác d
ụng lên q là
r
r
r
Qq
kF
2

(6.3)
trong đó

r
là đ
ộ dài vectơ OA, có gốc ở A, có ngọn ở A.
Cư
ờng
độ điện trường
E
do Q gây ra
ở
điểm đặt của q làđược xác định từ
r
r
r
Q
k
q
F
E
2

(6.4)
Đ
ịnh nghĩa
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
41
Vectơ cư
ờng độ điện trường
E
do đi

ện tích Q đặt ở O gây ra tại A là một vectơ có
phương là phương c
ủa đường thẳng qua O và A, có chiều hướng ra xa O nếu Q>0 và
hư
ớng về O nếu Q<0, có
đ
ộ lớn tỉ lệ với Q và tỉ lệ nghịch với r
2
.
Như v
ậy khi chỉ có mặt một
điện tích Q thì không gian xung quanh nó cũng đã bị
bi
ến đổi. Trong không gian xuất hiện điện trường mà cường độ ở mỗi điểm được xác định
bởi (6.4). Nếu ở một điểm nào đó có điện tích q thì điện tích này chịu lực của điện trường
theo (6.3). Đi
ều này phản ánh quan điểm cơ bản của thuyết tương tác gần.
Lưu
ý
: Đ
ộ lớn của điện trường không phụ thuộc vào độ lớn của điện tích thử.
Lưu í
-H
ọc sinh thường
nh
ầm lẫn mối quan hệ giữa
E
và q và cho r
ằng về độ lớn E tỉ lệ
ngh

ịch với q. Thực ra mối quan hệ giữa
F
,
E
và q trong công th
ức
EqF 
hoàn toàn
tương t
ự nh
ư mối quan hệ giữa
P
;
g
và m trong công th
ức
gmP 
.
E
và
g
đ
ều
đặc
trưng riêng cho trư
ờng (trọng trường và điện trường)
;
g
đ
ặc trưng riêng cho trọng trường

và không liên quan gì đ
ến vật
; q và m đ
ặc trưng riêng của vật. Còn
F
và
P
là đ
ặc trưng
cho tác d
ụng của tr
ường lên vật, chúng vừa phụ thuộc trường vừa phụ thuộc vào vật. Q và
m xem như là công c
ụ nghiên cứu trường và dĩ nhiên độ lớn
c
ủa trường không thể phụ
thu
ộc vào độ lớn của công cụ đo được
7. Đư
ờng sức
điện trường
Michael Faraday, ngư
ời
đã đưa ra khái niệm điện trường ở thế kỉ XIX, đã cho rằng
không gian quanh m
ột vật tích điện được lấp đầy bởi các đường sức.
7.1. Thí nghi
ệm
Để chụp ảnh các
đư

ờng sứcđiện ta đ
ặt hai quả cầu kim loại trong một bể nhỏ hình hộp chữ
nh
ật, có thành bằng thủy tinh trong suốt, bên trong đựng dầu cáchđiện. Cho một ít hạt cáchđiện
(ví d
ụ: mạt cưa) nằm lơ lửng trong dầu. Khuấyđều các hạt cách điện rồi
cho hai qu
ả cầu nhiễm
đi
ện. Ta thấy các hạt cách
điện nằm dọc theo nhữngđường nối hai quả
c
ầu
.
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
42
7.2Gi
ải thích
Trong đi
ện tr
ường của hai quả cầu, mỗi hạt
m
ạt c
ưa
nh
ỏ sẽ bị nhiễm
điện trái dấu ở
Ảnh chụp
đ

i
ện phổ của hai quả cầu nhiễm
điện trái dấu và cùng dấu
Đư
ờng sức điện (vẽ) của hai quả cầ
u nhi
ễm điện trái dấu và cùng
d
ấu
Ảnh chụp điện phổ và đường sức điện quả cầu nhiễm điện dương (+)
và âm (-) d
ấu và cùng d
ấu
“ Việc dạy học phải làm sao để những điều giảng dạy được học sinh tiếp nhận như một
món quà tặng có giá trị chứ không phải là một nhiệm vụ nặng nề”. (Albert Einstein)
43
hai đ
ầu
và tr
ở thành l
ưỡng cực điện. Dưới tác dụng của điện trường
l
ực
điện sẽ làm nó
quay cho đ
ến khi
tr
ục của lưỡng cực điện
n
ằm dọc theo phương của lực, tức là nằm dọc

theo phương c
ủa vectơ điện trường
t
ại điểm đó
. T
ập hợp các hạt nhỏ đó sẽ nằm dọc theo
nh
ững
đư
ờng mà tiếp tuyến tại mỗi
điểm là một vectơ điện trường
t
ạo ra một hình ảnh của
đi
ện trường
. M
ỗi đường đó gọi là đường sức điện
.
7.3. Đ
ịnh nghĩa
Đư
ờng sức
điện là đường mà tiếp tuyến tại mỗi điểm của nó là giá của một vectơ
đi
ện trường tại điểm đó. Nói
cách khác, đư
ờng sức điện là đường mà lực điện tác dụng lực
theo đó.
7.4. Đ
ặc điểm

 Qua m
ỗi điểm trongđiện trường chỉ có một đường sức điện và chỉ một mà thôi.
 Đư
ờng sức điện là những đường có hướng. Hướng của đường sức điện tại một
đi
ểm là h
ướng của vectơ
đi
ện tr
ường tại điểm đó.
 Đư
ờng sức điện của điện trường tĩnh điện là đường không khép kín. Nó đi ra từ
đi
ện tích d
ương và kết thúc ở điện tích âm, hoặc đi từ một điện tích ra vô cùng.
 Tuy các đư
ờng sức điện là dày đặc nhưng người ta chỉ vẽ một số ít đường
theo qui
ư
ớc sau: Số
đường sức đi qua một diện tích nhất định đặt vuông góc với đường sức
đi
ện tại điểm tỉ lệ với cường độ điện trường tại điểm đó. Như vậy, ở vị trí mà
cư
ờng độ điện trường lớn thì đường sức sẽ mau, còn ở những vị trí mà cường độ
đi
ện trư
ờng nhỏ thì
đường sức sẽ thưa.
 Đư

ờng sức của điện trường đều là những đường thẳng song song và cách đều nhau.
7.5. Hình d
ạng
đường sức của một số điện trường
 Lưu
ý
Ph
ải ch
ăng đường sức điện chỉ là một mô hình dùng để biể
u di
ễn
điện trường? Các
các
ảnh chụp
(đi
ện phổ)
ở trên cũng chỉ là mô hình. Nh
ưng chúng
không ph
ải mô hình
của điện trường mà là mô hình của đường sức có thật trong điện trường. Theo Faraday,
các đư
ờng sức điện là những cấu trúc có thật của điện trường. Ví
d
ụ
: mu
ốn vẽ một đường
s
ức đi qua một điểm M trong điện trường th
ì t

ất cả mọi người đểu phải vẽ một đường như