Mở đầu chương trình vật lý 11 là chương điện tích và điện trường, trong chương này nói về các điện tích, định luật, định lý tương tác của điện tích,.... Bài đầu tiên của chương, các em sẽ được nghiên cứu về : Điện tích và định luật Cu-lông. Bài viết này sẽ trình bày hệ thống lý thuyết và các phương pháp giải các dạng bài tập của điện tích và định luật Cu-lông một cách chi tiết và dễ hiểu nhất, nhằm giúp các em vừa nắm vững lý thuyết vừa có thể thực hành làm bài tập một cách hiệu quả nhất.
I. Tổng quan lý thuyết vật lý 11 bài 1: Điện tích và định luật Cu-lông
Vật lý 11 bài 1: Điện tích và định luật Cu-lông bao gồm các lý thuyết các em cần nắm sau:
1. Sự nhiễm điện của các vật - Điện tích - Sự tương tác điện
a. Các vật nhiễm điện như thế nào
- Một vật có khả năng hút được các vật nhẹ như các mẩu giấy, sợi bông,... khi đó ta nói vật bị nhiễm điện
- Để làm một vật bị nhiễm điện, ta có thể: cọ xát với các vật khác, tiếp xúc với vật bị nhiễm điện,..
- Các hiện tượng nhiễm điện của một vật:
+ Nhiễm điện do cọ xát
+ Nhiễm điện do tiếp xúc
+ Nhiễm điện do hưởng ứng
b. Điện tích và điện tích điểm
- Vật bị nhiễm điện còn gọi là vật mang điện, vật tích điện hay là điện tích
- Một vật tích điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách tới điểm ta xét thì được gọi là điện tích điểm.
c. Tương tác điện - Hai loại điện tích
- Có hai loại điện tích:
+ Điện tích âm
+ Điện tích dương
- Tương tác điện
+ Sự đẩy nhau hay hút nhau giữa các điện tích là sự tương tác điện
+ Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, khác dấu thì hút nhau,
2. Định luật Cu-lông và hằng số điện môi
a. Định luật Cu-lông
- Phát biểu: Lực hút hay lực đẩy giữa hai điện tích điểm đặt trong chân không có phương trùng với đường thẳng nối giữa hai điện tích điểm đó, có độ lớn tỉ lệ với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.
- Biểu thức:
- Với:
+ k : hệ số tỉ lệ [ Trong hệ SI, k = 9.109N.m2C2]
+ q1, q2: các điện tích ©
r: khoảng cách giữa q1 và q2 [m2]
- Biểu diễn:
b. Lực tương tác giữa các điện tích điểm đặt trong điện môi đồng tính - Hằng số điện môi
- Điện môi là môi trường cách điện, điện môi có hằng số điện môi là .
- Hằng số điện môi của một môi trường cho ta biết:
+ Khi đặt các điện tích trong môi trường có điện môi thì lực tương tác giữa chúng giảm đi bao nhiêu lần so với đặt trong chân không.
+ Đối với chân không, hằng số điện môi ε= 1.
- Công thức của định luật Cu-lông trong trường hợp tính lực tương tác giữa hai điện tích điểm đặt trong môi trường đồng tính:
- Phát biểu: Lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm đặt trong môi trường có hằng số điện môi tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích điểm và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.
Như vậy, phần lý thuyết của bài đầu tiên vật lý lớp 11, các em cần hoàn thành được mục tiêu là nắm được các khái niệm về điện tích, điện tích điểm, 2 loại điện tích, tương tác tác giữa các điện tích và định luật Cu-lông.
II. Bài tập vật lý 11 bài 1: Điện tích và định luật Cu-lông
Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học thông qua các bài tập trắc nghiệm và tự luận vật lý 11 bài 1 sau đây:
1. Bài tập trắc nghiệm
Câu 1: Trong những cách dưới đây cách nào có thể làm nhiễm điện cho một vật?
A. Cọ chiếc vỏ bút lên tóc
B. Đặt một nhanh nhựa gần một vật đã nhiễm điện
C. Đặt một vật gần nguồn điện
D. Cho một vật tiếp xúc với viên pin.
Đáp án: A
Câu 2: Điện tích điểm là
A. Vật chứa rất ít điện tích.
B. Điểm phát ra điện tích.
C. Vật có kích thước rất nhỏ.
D. Điện tích coi như tập trung tại một điểm
Đáp án: D
Câu 3: Khi khoảng cách giữa hai điện tích điểm trong chân không giảm xuống 2 lần thì độ lớn lực Cu – lông
A. Tăng 2 lần
B. Tăng 4 lần.
C. Giảm 4 lần.
D. Giảm 8 lần
Đáp án: B
Câu 4: Nhận xét không đúng về điện môi là:
A. Hằng số điện môi có thể nhỏ hơn 1.
B. Điện môi là môi trường cách điện.
C. Hằng số điện môi của chân không bằng 1.
D. Hằng số điện môi của một môi trường cho biết lực tương tác giữa các điện tích trong môi trường đó nhỏ hơn so với khi chúng đặt trong chân không bao nhiêu lần.
Đáp án: A
Câu 5: Hai điện tích điểm trái dấu có cùng độ lớn 10-4/3 C đặt cách nhau 1m trong parafin có điện môi bằng 2 thì chúng
A. Hút nhau một lực 0,5N.
B. Đẩy nhau một lực 5N.
C. Hút nhau một lực 5N.
D. Đẩy nhau một lực 0,5 N.
Đáp án: C
2. Bài tập tự luận
Áp dụng công thức định luật Cu-lông để giải một số bài tập tự luận vật lí 11 bài 1 dưới đây:
Bài 1: Hai điện tích điểm có độ lớn bằng nhau đặt trong không khí cách nhau 12cm. Lực tương tác giữa hai điện tích bằng 10N. Nếu đặt hai điện tích đó trong dầu và để chúng cách nhau 8cm thì lực tương tác giữa chúng vẫn bằng 10N. Tính hằng số điện môi của dầu.
Hướng dẫn giải:
r1 = 12cm = 0.12 m, F1 = 10N, ε1 = 1
r2 = 8cm = 0.08m, F2 = 10N
Áp dụng định luật Cu-lông ta có:
Bài 2: Hai quả cầu nhỏ mang điện tích điện tích giống nhau, được đặt cách nhau 10cm trong chân không thì tác dụng lên nhau một lực là 0,009N. Xác định điện tích của hai quả cầu đó.
Hướng dẫn giải:
Áp dụng định luật Cu-lông ta có:
Với F=0,009N, r=0,1m và q1=q2=q
Thay vào biểu thức ta suy ra được
Trên đây là lý thuyết và bài tập của vật lý 11 bài 1: Bài 1: Điện tích và định luật Cu-lông mà chúng tôi đã soạn được. Hy vọng đây là một tài liệu bổ ích cho các em khi học vật lí 11. Chúc các em học tốt.
Đề bài:
A. tăng lên 4 lần. B. giảm đi 4 lần.
C. tăng lên 16 lần. D. giảm đi 16 lần.ĐÁP ÁN D
Công thức
- =
- : điện tích điểm thứ nhất [C]
- : điện tích điểm thứ hai [C]
- : khoảng cách giữa hai điện tích
- : điện môi
* Hai điện tích cùng dấu thì lực tương tác là đẩy nhau
* Hai điện tích trái dấu thì lực tương tác là hút nhau
Lực tương tác điện trường tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách và hằng số điện môi
Hai quả cầu có mang điện tích , sau khi tiếp xúc hoặc nối với nhau bằng 1 dây dẫn điện thì điện tích sẽ cân bằng và mang điện tích mới trên mỗi quả cầu là
các đóng góp xin gửi về email:
Hướng dẫn
Lực tương tác là , Do đó F tỉ lệ nghịch .
Do đó ta có:
,
Bài: Cho hai điện tích điểm và đặt cách nhau một khoảng cách bằng d trong không khí, lực tác dụng giữa chúng là F. Nếu đặt chúng trong dầu hỏa thì lực tương tác giữa chúng giảm đi 2,1 lần. Để lực tương tác giữa chúng vẫn là F thì phải thay đổi khoảng cách giữa chúng như thế nào?
Bài: Hai điện tích điểm hút nhau bằng một lực . Khi chúng dời xa nhau thêm 2 cm thì lực hút . Tính khoảng cách ban đầu giữa chúng
Bài:Hai vật nhỏ mang điện tích và đặt trong không khí cách nhau một khoảng d. Lực tác dụng giữa chúng là F. Nếu đặt trong dầu hoả thì lực tương tác giảm 2,1 lần. Để lực tương tác giữa chúng vẫn là F thì phải thay đổi khoảng cách giữa chúng như thế nào?
Hướng dẫn
Lực tương tác là
Nếu 2 điện tích cùng dấu thì lực tương tác là lực đẩy:
Nếu 2 điện tích trái dấu thì lực tương tác là lực hút:
Bài: hai quả cầu kim loại giống nhau mang điện tích và đặt trong không khí cách nhau 20 cm. Chúng hút nhau 1 lực . Cho hai quả cầu tiếp xúc với nhau rồi đưa về khoảng cách cũ, chúng đẩy nhau bằng một lực . Tính và
Bài: Hai quả cầu bằng kim loại giống nhau, tích các điện tích q1và q2đặt trong không khí nhau r = 2cm, đẩy nhau 1 lực F = 2,7.10-4 .Cho hai quả cầu tiếp xúc nhau rồi đưa về vị trí cũ thì chúng đẩy nhau bởi một lực F = 3,6.10-4N. Xác định q1và q2?
Bài: Hai quả cầu nhỏ, giống nhau, bằng kim loại. Quả cầu A mang điện tích 4,50 µC; quả cầu B mang điện tích -2,40 µC. Cho chúng tiếp xúc nhau rồi đưa chúng ra cách nhau 1,56 cm. Tính lực tách điện giữa chúng.
Hướng dẫn
Lực tương tác giữa hai điện tích điểm là
Nếu 2 điện tích cùng dấu thì lực tương tác là lực đẩy:
Nếu 2 điện tích trái dấu thì lực tương tác là lực hút:
Lực tương tác tổng hợp tại 1 điểm thứ 3 cũng mang điện tích là
; Góc giữa 2 vec-tơ =α
Độ lớn của vec-tơ lực bằng:
Bài: Hai điện tích ; đặt tại A và B trong môi trường biết AB=30 [ cm]. Một điện tích đặt tại C
a. Xác định vec-tơ lực tác dụng lên điện tích . Với AB=10 cm, BC= 40 cm.
b. Điện tích đặt tại D. Xác định vị trí của D để cân bằng dưới tác dụng của lực tĩnh điện
Bài ***: Hai điện tích và đặt cách nhau một khoảng r. Cần đặt điện tích thứ 3 Q ở đâu và có dấu như thế nào để hệ 3 điện tích cân bằng? Xét hai trường hợp:
a. Hai điện tích và được giữ cố định.
b. Hai điện tích và để tự do
Bài: Tại ba đỉnh A,B,C của một tam giác đều có 3 điện tích ; , . Cạnh của tam giác bằng 0,15 m. Hãy vẽ vectơ lực tác dụng lên và tính độ lớn lực đó.
Hướng dẫn
Các lực tác dụng lên quả cầu gồm: trọng lực , lực căng dây , lực tương tác tỉnh điện giữa hai quả cầu:
Khi quả cầu cân bằng ta có:
tương đương
Do cùng phương, ngược chiều với
Do đó
Bài: Hai quả cầu nhỏ giống nhau bằng kim loại, có khối lượng 5g, được treo vào cùng một điểm O bằng hai sợi chỉ không dãn, dài 10 cm. Hai quả cầu tiếp xúc với nhau. Tích điện cho một quả cầu thì thấy hai quả cầu đẩy nhau cho đến khi dây treo hợp với nhau một góc .
Tính điện tích mà ta đã truyền cho các quả cầu. Lấy
Bài: Hai quả cầu kim loại nhỏ giống hệt nhau, chứa các điện tích cùng dấu và được treo vào chung 1 điểm O bằng hai sợi dây chỉ mảnh, không dãn, dài bằng nhau. Hai quả cầu đẩy nhau và góc hợp bởi hai dây treo là . Cho hai quả cầu tiếp xúc với nhau, rồi thả ra thì chúng đẩy mạnh hơn và góc đẩy giữa hai dây treo là . Tính tỉ số
Bài 1: Hai quả cầu nhỏ mang điện tích q1= -3.10-9C và q2= 6.10-9C hút nhau bằng một lực điện F = 2.10-5N trong không khí.
a. Tính khoảng cách giữa chúng
b. Cho chúng chạm nhau rồi đưa về vị trí cũ. Xác định lực điện giữa chúng lúc này?
Hướng dẫn:
Bài 2: Hai quả cầu kim loại nhỏ giống nhau mang điện tích q1= 4.10-9C,q2= -2.10-9C đặt trong không khí tại hai điểm A, B cách nhau 40cm.
a. Xác định lực điện giữa hai điện tích.
b. Nối hai quả cầu bằng một dây dẫn. Tính số electron đi qua dây dẫn. Biết –e = -1,6 .10-19C
Bài 4: Hai quả cầu bằng kim loại nhỏ như nhau mang các điện tích q1và q2đặt trong không khí nhau 2cm, đẩy nhau bằng một lực 2,7.10-4 Cho hai quả cầu tiếp xúc nhau rồi đưa về vị trí cũ, chúng đẩy nhau bởi một lực 3,6.10-4N. Tính q1và q2?
Bài 6: Hai quả cầu nhỏ bằng kim loại giống nhau, mang điện tích như nhau q đặt cách nhau một khoảng R, chúng đẩy nhau bởi một lực 6,4 N. Sau khi cho chúng tiếp xúc nhau rồi tách ra một khoảng 2R thì chúng đẩu nhau một lực bao nhiêu?