Giáo án Bài 20. Hiện tượng nhiễm điện do cọ xát

Tạo tình huống có vấn đề, kích thích tò mò và dẫn dắt HS đến câu hỏi nghiên cứu: vì sao thước nhựa sau khi cọ xát lại hút được giấy vụn?

GV cọ thước nhựa vào mảnh vải len khô vài giây, sau đó đưa thước lại gần đĩa giấy vụn. HS quan sát hiện tượng và trả lời: (1) Hiện tượng gì xảy ra với giấy vụn? (2) Trước khi cọ xát, thước nhựa có hút giấy không? (3) Theo em, cọ xát đã làm thay đổi điều gì ở thước nhựa? Sau đó GV chiếu mô phỏng NeoEdu về đĩa giấy vụn trung hòa để HS dự đoán kết quả khi đưa thước lại gần.

Câu trả lời dự kiến: (1) Giấy vụn bị hút về phía thước và dính vào thước. (2) Trước khi cọ xát, thước không hút giấy. (3) Cọ xát làm thước nhựa mang điện tích, có khả năng hút vật nhẹ. Nhiệm vụ học tập được ghi lên bảng: Thước nhựa đã nhiễm điện như thế nào? Vì sao vật nhiễm điện hút được giấy trung hòa? Các vật nhiễm điện tương tác với nhau ra sao?

Giải thích được nhiễm điện do mất cân bằng electron khi cọ xát; phân biệt được chủ yếu là chuyển electron giữa các vật, không phải tạo thêm proton; nêu được khái niệm vật trung hòa.

HS hoạt động nhóm 4 bằng kĩ thuật khăn trải bàn với Phiếu học tập số 1. Nhóm quan sát mô phỏng: thước nhựa trung hòa có 12 điện tích dương và 12 electron; khi cọ vào vải len, electron chuyển từ len sang thước. Nhóm trả lời các câu hỏi: (1) Thước nhựa nhận hay mất electron? Thước nhiễm điện âm hay dương? (2) Vải len nhiễm điện gì? Số điện tích dương trong thước có thay đổi không? (3) Vì sao giấy vụn trung hòa vẫn bị thước hút? (4) Vật trung hòa có đặc điểm gì?

Kết quả trên khăn trải bàn: Nhiễm điện là hiện tượng vật mất cân bằng electron sau tương tác như cọ xát. Thước nhựa nhận thêm electron từ vải len, thừa electron nên nhiễm điện âm; vải len mất electron nên nhiễm điện dương. Số điện tích dương trong thước không đổi, chỉ có electron chuyển giữa các vật. Vật trung hòa là vật có tổng điện tích dương và âm cân bằng nhưng vẫn có điện tích thành phần, nên vật nhiễm điện có thể hút giấy trung hòa do phân bố điện tích. Ghi nhớ: cọ xát không tạo thêm proton trong vật.

Phát biểu được quy luật: cùng dấu đẩy, trái dấu hút; vận dụng quy luật để dự đoán và giải thích kết quả tương tác giữa các vật nhiễm điện.

HS làm việc theo kĩ thuật trạm với 2 trạm: Trạm 1 (thước nhựa và thước nhựa trên giá quay, đều nhiễm điện âm) và Trạm 2 (thanh thủy tinh cọ lụa, nhiễm điện dương và thước nhựa trên giá quay). Ở mỗi trạm, HS quan sát mô phỏng NeoEdu hoặc thí nghiệm GV đã chuẩn bị, ghi kết quả đẩy hay hút vào Phiếu học tập số 1 (mục 2). Câu hỏi: (1) Hai vật cùng dấu tương tác thế nào? (2) Hai vật trái dấu tương tác thế nào? (3) Hãy phát biểu quy luật tương tác điện tích.

Trạm 1: Hai thước nhựa cùng mang điện âm đẩy nhau. Trạm 2: Thanh thủy tinh mất electron, nhiễm điện dương, hút thước nhựa đang mang điện âm vì trái dấu hút nhau. Quy luật: Tương tác điện tích: cùng dấu đẩy, trái dấu hút. Các HS ghi được sơ đồ: (−) đẩy (−); (+) hút (−).

Nhận biết được đúng khái niệm nhiễm điện, tương tác điện tích, vật trung hòa; nhận diện được quan niệm sai về proton trong quá trình cọ xát.

HS làm nhanh bài tập 1, 2, 3, 4, 5 và 8 (phần lập luận bác bỏ quan niệm sai) theo cá nhân, sau đó đối chiếu với bạn cùng bàn. Bài 1: Trong bài này, nhiễm điện có đặc điểm nào? A. do tạo mới proton từ vải; B. chỉ là vật nóng lên; C. do mất cân bằng electron sau tương tác như cọ xát. Bài 2: Tương tác điện tích có đặc điểm nào? A. cùng dấu đẩy, trái dấu hút; B. cùng dấu hút, trái dấu đẩy; C. mọi vật hút nhau đều cùng dấu. Bài 3: Ghép khái niệm với đặc điểm (Nhiễm điện, Tương tác điện tích, Vật trung hòa). Bài 4: Cọ xát tạo thêm proton mới trong vật. Đúng hay sai? Bài 5: Chọn thuật ngữ phù hợp với mô tả “tổng điện tích dương và âm cân bằng nhưng vẫn có điện tích thành phần”. Bài 8: Một bạn khẳng định “Cọ xát tạo thêm proton mới trong vật”. Hãy bác bỏ bằng một lí do khoa học, chỉ ra một hệ quả của cách hiểu sai và viết lại kết luận đúng.

Đáp án: 1–C (do mất cân bằng electron sau tương tác như cọ xát). 2–A (cùng dấu đẩy, trái dấu hút). 3: Nhiễm điện – do mất cân bằng electron sau tương tác như cọ xát; Tương tác điện tích – cùng dấu đẩy, trái dấu hút; Vật trung hòa – tổng điện tích dương và âm cân bằng nhưng vẫn có điện tích thành phần. 4 – Sai, vì chủ yếu chuyển electron giữa các vật, proton trong hạt nhân không được tạo thêm bởi cọ xát thông thường. 5 – Vật trung hòa. 8 (thang điểm 40% lí do đúng, 30% hệ quả phù hợp, 30% phát biểu sửa đúng): Lí do: chủ yếu chuyển electron giữa các vật; proton trong hạt nhân không được tạo thêm bởi cọ xát thông thường. Hệ quả: sẽ giải thích sai nguồn điện tích và vi phạm bảo toàn điện tích trong mô hình. Viết lại: Cọ xát làm chuyển electron giữa các vật, làm vật nhiễm điện.

Vận dụng khái niệm vật trung hòa và quy luật tương tác điện tích để đánh giá khả năng kết luận về dấu điện tích của giấy; nhận diện an toàn khi làm thí nghiệm tĩnh điện.

HS làm việc cá nhân rồi cặp đôi với Phiếu học tập số 2, giải quyết tình huống: Thước nhựa cọ vải hút giấy nhỏ. Có thể kết luận giấy đã mang điện trái dấu trước đó không? Sau đó trả lời: Vì sao không nên thử tĩnh điện bằng cách chạm vào ổ điện?

Lập luận mẫu: Không chắc chắn. Vật nhiễm điện có thể hút vật trung hòa do phân bố điện tích trong vật trung hòa bị phân bố lại, nên sự hút đơn độc không xác định được dấu điện tích của giấy. Muốn kết luận, cần thêm thí nghiệm như dùng vật đã biết dấu để kiểm tra. Thang chấm: 40% xác định đúng dữ kiện và quan hệ khoa học; 40% suy luận như mô hình; 20% kết luận và điều kiện. An toàn: ổ điện có nguy cơ điện giật, cháy; thí nghiệm chỉ dùng thước, vải khô và giấy nhỏ dưới hướng dẫn của GV, để xa nhiên liệu dễ cháy.