Vật dẫn cân bằng tĩnh điện – mũi nhọn, lồng Faraday, hai quả cầu nối dây và điện môi

Mở rộng chủ đề Điện trường của Vật lí 11 (Chương trình GDPT 2018) và là nội dung vật dẫn cân bằng tĩnh điện trong các chương trình quốc tế: khi electron tự do trong kim loại ngừng chuyển động, điện trường bên trong vật dẫn bằng 0, điện tích chỉ nằm ở mặt ngoài, cả vật dẫn là một khối đẳng thế và đường sức điện vuông góc với mặt vật dẫn. Mật độ điện mặt σ lớn nhất ở chỗ mặt cong nhiều (mũi nhọn), vì thế cột thu lôi có đầu nhọn; vật dẫn rỗng kín che chắn điện trường cho khoang bên trong (lồng Faraday). Màn Vật dẫn trong điện trường: chọn khối tròn, hình quả lê có mũi nhọn, thanh chữ nhật hoặc hộp rỗng, đặt điện trường ngoài E₀ và điện tích của vật dẫn, bấm Cho điện tích dịch chuyển để thấy electron dồn về một phía và điện trường trong kim loại giảm về 0; kéo đầu đo để đọc E và điện thế V, bật đường đẳng thế, đọc đồ thị σ quanh mặt vật dẫn và ghi số đo vào bảng. Màn Hai quả cầu nối dây: chọn bán kính và điện tích ban đầu của hai quả cầu, bấm Nối dây để thấy electron chạy qua dây cho tới khi hai điện thế bằng nhau (q₁/r₁ = q₂/r₂), quả cầu nhỏ có mật độ điện mặt lớn hơn và một phần năng lượng toả ra trong dây. Màn Tấm điện môi: tấm điện môi bị phân cực, điện tích liên kết trên hai mặt làm điện trường bên trong giảm ε lần; thay bằng tấm kim loại thì điện trường bên trong bằng 0. Có ba nhiệm vụ tự kiểm tra. Câu hỏi gợi ý: – Vì sao điện trường bên trong kim loại bằng 0 khi điện tích đã đứng yên? – Vì sao đầu cột thu lôi được làm nhọn? – Sau khi nối hai quả cầu, quả cầu nào có mật độ điện mặt lớn hơn, vì sao?