Các Dạng Bài Tập Lực Tương Tác Tĩnh điện Chọn Lọc Có đáp án Chi Tiết

Các dạng bài tập Lực tương tác tĩnh điện chọn lọc có đáp án chi tiết - Vật Lí lớp 11 ❮ Bài trước Bài sau ❯

Các dạng bài tập Lực tương tác tĩnh điện chọn lọc có đáp án chi tiết

Với Các dạng bài tập Lực tương tác tĩnh điện chọn lọc có đáp án chi tiết Vật Lí lớp 11 tổng hợp các dạng bài tập, 100 bài tập trắc nghiệm có lời giải chi tiết với đầy đủ phương pháp giải, ví dụ minh họa sẽ giúp học sinh ôn tập, biết cách làm dạng bài tập Lực tương tác tĩnh điện từ đó đạt điểm cao trong bài thi môn Vật Lí lớp 11.

• Lý thuyết Lực tương tác tĩnh điện Xem chi tiết
• Dạng 1: Lực tương tác giữa hai điện tích điểm Xem chi tiết
• Trắc nghiệm Lực tương tác giữa hai điện tích điểm Xem chi tiết
• Dạng 2: Lực điện tổng hợp tác dụng lên một điện tích Xem chi tiết
• Trắc nghiệm Lực điện tổng hợp tác dụng lên một điện tích Xem chi tiết
• Dạng 3: Sự cân bằng của một điện tích Xem chi tiết
• Trắc nghiệm Sự cân bằng của một điện tích Xem chi tiết

Bài tập trắc nghiệm

• 100 câu trắc nghiệm Điện tích, Điện trường có lời giải chi tiết (cơ bản) Xem chi tiết
• 100 câu trắc nghiệm Điện tích, Điện trường có lời giải chi tiết (nâng cao) Xem chi tiết

Lý thuyết Lực tương tác tĩnh điện

Hai loại điện tích: Có hai loại điện tích là điện tích dương và điện tích âm. Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, trái dấu thì hút nhau.

Định luật Cu-lông:

Lực hút hay đẩy giữa hai điện tích điểm đặt trong chân không có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm đó, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Lực đó được gọi là lực Culông hay lực tĩnh điện:

Với k = 9.109 Nm2/C2; q1, q2 là điện tích, đơn vị là Culông (C); r là khoảng cách giữa hai điện tích (m).

Hằng số điện môi:

Điện môi là môi trường cách điện. Hằng số điện môi (ε) đặc trưng cho tính cách điện của chất cách điện.

Khi đặt các điện tích trong một điện môi đồng tính thì lực tương tác giữa chúng sẽ yếu đi ε lần so với khi đặt nó trong chân không, ε luôn ≥ 1 (ε của không khí ≈ chân không = 1).

Lực tương tác giữa các điện tích điểm đặt trong điện môi: .

Thuyết electrôn:

- Nguyên tử gồm:

Hạt nhân mang điện tích dương gồm:	Prôtôn	mp = 1,67.10-27kg		Nơtrôn	mn ≈ mp
		qp = +1,6.10-19 C = + e			qn = 0
Các electrôn chuyển động xung quanh hạt nhân:	Elêctrôn		me = 9,1.10-31kg << mp, mn
			qe = −1,6.10-19 C = - e

- Bình thường số p = số e → nguyên tử trung hòa về điện.

- Do me << mn, mp nên electrôn rất linh động. Electrôn có thể bứt ra khỏi nguyên tử, di chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác, di chuyển từ vật này sang vật khác và làm cho các vật nhiễm điện.

- Nguyên tử (vật) nhận electrôn trở thành ion âm (vật mang điện âm). Nguyên tử (vật) mất electrôn trở thành ion dương (vật mang điện dương).

Vận dụng thuyết electrôn:

- Vật dẫn điện là vật có chứa nhiều điện tích tự do, như: kim loại, dung dịch muối, axit,... Vật cách điện là vật không chứa hoặc chứa rất ít các điện tích tự do,như: không khí khô, cao su, một số nhựa…Sự phân biệt vật dẫn điện và vật cách điện chỉ là tương đối.

- Sự nhiễm điện do cọ xát: khi cọ xát, electrôn có thể di chuyển từ vật này sang vật khác.

- Sự nhiễm điện do tiếp xúc: Nếu cho một vật tiếp xúc với một vật nhiễm điện thì nó sẽ nhiễm điện cùng dấu với vật đó = .

- Sự nhiễm điện do hưởng ứng: Đưa một quả cầu A nhiễm điện dương lại gần đầu M của một thanh kim loại MN trung hoà về điện thì đầu M nhiễm điện âm còn đầu N nhiễm điện dương. Điện tích của thanh MN là không thay đổi. Khi đưa quả cầu A ra xa điện tích trong thanh MN phân bố lại như ban đầu.

Định luật bảo toàn điện tích: Trong một hệ cô lập về điện, tổng đại số của các điện tích là không đổi: q1 + q2 + q3+...+ qn = q'1 + q'2 + q'3+...+ q'n

► Hệ cô lập về điện là hệ mà các vật trong hệ chỉ trao đổi điện tích với nhau mà không trao đổi điện tích với bên ngoài.

Cách giải bài tập Lực điện tổng hợp tác dụng lên một điện tích

A. Phương pháp & Ví dụ

- Khi một điện tích điểm q chịu tác dụng của nhiều lực tác dụng F→1, F→2, ... do các điện tích điểm q1, q2, ... gây ra thì hợp lực tác dụng lên q là: F→ = F→1 + F→2 + F→3 + ... + F→n

- Các bước tìm hợp lực F→ do các điện tích q1; q2; ... tác dụng lên điện tích qo:

Bước 1: Xác định vị trí điểm đặt các điện tích (vẽ hình).

Bước 2: Tính độ lớn các lực F1, F2 lần lượt do q1 và q2 tác dụng lên qo.

Bước 3: Vẽ hình các vectơ lực F→1, F→2

Bước 4: Từ hình vẽ xác định phương, chiều, độ lớn của hợp lực F→.

- Các trường hợp đặc biệt:

F→1 và F→2 cùng chiều thì: F = F1 + F2 (α = 0, cosα = 1).

F→1 và F→2 ngược chiều thì: F = |F1 – F2| (α = π, cosα = –1).

F→1 và F→2 vuông góc thì: (α = 90°, cosα = 0).

F→1 và F→2 cùng độ lớn (F1 = F2) thì:

Tổng quát: F2 = F12 + F22 + 2F1F2cosα(α là góc hợp bởi F→1 và F→2 ).

Ví dụ 1: Hai điện tích q1 = 8.10-8 C, q2 = - 8.10-8 C đặt tại A, B trong không khí (AB = 6 cm). Xác định lực tác dụng lên q3 = 8.10-8 C, nếu:

a) CA = 4cm, CB = 2cm

b) CA = 4cm, CB = 10cm

c) CA = CB = 5cm

Hướng dẫn:

Điện tích q3 sẽ chịu hai lực tác dụng của q1 và q2 là F→1 và F→2.

Lực tổng hợp tác dụng lên q3 là: F→ = F→1 + F→2

a) Trường hợp 1: CA = 4cm, CB = 2cm

Vì AC + CB = AB nên C nằm trong đoạn AB.

q1, q3 cùng dấu nên F→1 là lực đẩy

q2, q3 trái dấu nên F→2 là lực hút.

Trên hình vẽ, ta thấy F→1 và F→2 cùng chiều.

Vậy: F→ cùng chiều F→1, F→2 (hướng từ C đến B).

Độ lớn:

b) Trường hợp 2: CA = 4cm, CB = 10cm

Vì CB – CA = AB nên C nằm trên đường AB, ngoài khoảng AB, về phía A.

Ta có:

Theo hình vẽ, ta thấy F→1 và F→2 ngược chiều, F→1 > F→2.

Vậy:

+ F→ cùng chiều F→1 (hướng xảy ra A, B)

+ Độ lớn F = F1 – F2 = 30,24.10-3N

c) Trường hợp 3: Vì C cách đều A, B nên C nằm trên đường trung trực của đoạn AB.

Ta có:

Vì F1 = F2 nên F→ nằm trên phân giác góc (F→1; F→2).

⇒ F→ ⊥ CH(phân giác của hai góc kề bù) ⇒ F→ // AB

Nên:

Vậy: F→ có phương song song với AB, chiều hướng từ A đến B, độ lớn F = 27,65.10-3N.

Ví dụ 2: Ba điện tích điểm q1 = -10-7 C, q2 = 5.10-8 C, q3 = 4.10-8 C lần lượt tại A, B, C trong không khí. Biết AB = 5 cm, BC = 1 cm, AC = 4 cm. Tính lực tác dụng lên mỗi điện tích.

Hướng dẫn:

Trong một tam giác tổng hai cạnh bất kì luôn lớn hơn cạnh còn lại nên dễ thấy A, B, C phải thẳng hàng.

Lực tác dụng lên điện tích q1

+ Gọi lần lượt là lực do điện tích q2 và q3 tác dụng lên q1

+ Ta có:

+ Lực F→2, F→3 được biểu diễn như hình

+ Gọi F→ là lực tổng hợp do q2 và q3 tác dụng lên q1. Ta có: F→ = F→2 + F→3

+ Vì F→2, F→3 cùng phương cùng chiều nên ta có: F = F2 + F3 = 0,0405 N

Lực tác dụng lên điện tích q2

+ Gọi F→1, F→3 lần lượt là lực do điện tích q1 và q3 tác dụng lên q2

+ Ta có:

+ Lực F→1, F→3 được biểu diễn như hình

+ Gọi F→ là lực tổng hợp do q2 và q3 tác dụng lên q1. Ta có: F→ = F→1 + F→3

+ Vì F→1, F→3 cùng phương, ngược chiều nên ta có: F = F3 – F1 = 0,162 N

Lực tác dụng lên điện tích q3

+ Gọi F→1, F→2 lần lượt là lực do điện tích q1 và q2 tác dụng lên q3

+ Ta có:

+ Lực F→1, F→2 được biểu diễn như hình

+ Gọi F→ là lực tổng hợp do q1 và q2 tác dụng lên q3. Ta có: F→ = F→1 + F→2

+ Vì F→1, F→2 cùng phương cùng chiều nên ta có: F = F1 + F2 = 0,2025 N

Ví dụ 3: Ba điện tích điểm q1 = 4.10-8C, q2 = –4.10-8C, q3 = 5.10-8C đặt trong không khí tại ba đỉnh ABC của một tam giác đều, cạnh a = 2cm. Xác định vectơ lực tác dụng lên q3.

Hướng dẫn:

Vậy: Vectơ lực tác dụng lên q3 có:

+ điểm đặt: tại C.

+ phương: song song với AB.

+ chiều: từ A đến B.

+ độ lớn: F3 = 45.10-3N.

Ví dụ 4: Người ta đặt 3 điện tích q1 = 8.10-9 C, q2 = q3 = -8.10-9 C tại 3 đỉnh của tam giác đều ABC cạnh a = 6 cm trong không khí. Xác định lực tác dụng lên q0 = 6.10-9 C đặt tại tâm O của tam giác.

Hướng dẫn:

Gọi F→1, F→2, F→3 lần lượt là lực do điện tích q1, q2 và q3 tác dụng lên q0

+ Khoảng cách từ các điện tích đến tâm O:

+ Lực tác dụng F→1, F→2, F→3 được biểu diễn như hình

+ Gọi F→ là lực tổng hợp tác dụng lên điện tích q0:

Suy ra:

+ Vì tam giác ABC đều nên F→23 ↑ ↑ F→1, nên: F = F1 + F23 = 7,2.10-4 N

+ Vậy lực tổng hợp F→ có phương AO có chiều từ A đến O, độ lớn 7,2.10-4

Ví dụ 5: Hai điện tích điểm q1 = 3.10-8 C, q2 = 2.10-8 C đặt tại hai điểm A và B trong chân không, AB = 5 cm. Điện tích q0 = -2.10-8 C đặt tại M, MA = 4 cm, MB = 3 cm. Xác định lực điện tổng hợp tác dụng lên q0.

Hướng dẫn:

+ Nhận thấy AB2 = AM2 + MB2 → tam giác AMB vuông tại M

+ Gọi F→1, F→2 lần lượt là lực do điện tích q1 và q2 tác dụng lên q0

+ Ta có:

+ Vậy lực tổng hợp F→ tác dụng lên q0 có điểm đặt tại C, phương tạo với F→2 một góc φ ≈ 40° và độ lớn F = 5,234.10-3 N.

B. Bài tập

Bài 1: Đặt hai điện tích điểm q1 = -q2 = 8.10-8 C tại A,B trong không khí cách nhau 6 cm. Xác định lực điện tác dụng lên q3 = 8.10-8 C đặt tại C trong hai trường hợp:

a) CA = 4 cm, CB = 2 cm

b) CA = 4 cm, CB = 10 cm.

Lời giải:

a. Trường hợp C trong AB.

Gọi F→1, F→2 lần lượt là lực do điện tích q1 và q2 tác dụng lên q3

+ Ta có:

+ Lực tác dụng F→1, F→2 được biểu diễn như hình

+ Gọi F→ là lực tổng hợp tác dụng lên điện tích q3, ta có: F→ = F→1 + F→2

+ Vì F→1 ↑↑ F→2 nên: F = F1 + F2 = 0,18 N.

b. Trường hợp C ngoài AB về phía A

Gọi F→1, F→2 lần lượt là lực do điện tích q1 và q2 tác dụng lên q3

+ Ta có:

+ Lực tác dụng F→1, F→2 được biểu diễn như hình

+ Gọi F→ là lực tổng hợp tác dụng lên điện tích q3, ta có: F→ = F→1 + F→2

+ Vì F→1 ↓↑ F→2 và F1 > F2 nên: F = F1 – F2 = 0,03 N.

Bài 2: Trong chân không, cho hai điện tích q1 = -q2 = 10-7 C đặt tại hai điểm A và B cách nhau 8 cm. Xác định lực tổng hợp tác dụng lên điện tích q0 = 10-7 C trong các trường hợp sau:

a) Điện tích q0 đặt tại H là trung điểm của AB.

b) Điện tích q0 đặt tại M cách A đoạn 4 cm, cách B đoạn 12 cm.

Lời giải:

a) Gọi F→1, F→2 lần lượt là lực do điện tích q1 và q2 tác dụng lên q0

+ Ta có:

+ Lực tác dụng F→1, F→2 được biểu diễn như hình

+ Gọi F→ là lực tổng hợp tác dụng lên điện tích q0, ta có: F→ = F→1 + F→2

+ Vì F→1 ↑↑ F→2 nên: F = F1 + F2 = 0,1125 N

b) Gọi F→1, F→2 lần lượt là lực do điện tích q1 và q2 tác dụng lên q0

+ Ta có:

+ Lực tác dụng F→1, F→2 được biểu diễn như hình

+ Gọi F→ là lực tổng hợp tác dụng lên điện tích q0, ta có: F→ = F→1 + F→2

+ Vì F→1 ↓↑ F→2 nên: F = F1 - F2 = 0,05 N

Bài 3: Cho năm điện tích Q được đặt trên cùng một đường thẳng sao cho hai điện tích liền nhau cách nhau một đoạn a. Xác định lực tác dụng vào mỗi điện tích. Vẽ hình ký hiệu các điện tích bằng các chỉ số 1,2,3,4,5.

Lời giải:

+ Lực tác dụng vào điện tích q1 là :

+ Lực tác dụng vào điện tích 2 là :

+ Lực tác dụng vào điện tích 3 là : F3 = 0

+ Lực tác dụng vào điện tích 4 là :

+ Lực tác dụng vào điện tích 5 là :

Bài 4: Đặt hai điện tích điểm q1 = -q2 = 2.10-8 C tại A, B trong không khí cách nhau 12 cm. Xác định lực điện tác dụng lên q3 = 4.10-8 C tại C mà CA = CB = 10 cm.

Lời giải:

Các lực điện được biểu diễn như hình bên :

F→ = F→1 + F→2

F1 = F2 ⇒ F→ // AB→

Hay F2 = 2F1.cosα = 2F1cosA = 0,432.10-3 N.

Bài 5: Tại hai điểm A và B cách nhau 20 cm trong không khí, đặt hai điện tích q1 = -3.10-6C, q2 = 8.10-6C. Xác định lực điện trường tác dụng lên điện tích q3 = 2.10-6C đặt tại C. Biết AC = 12 cm, BC = 16 cm.

Lời giải:

Các điện tích q1 và q2 tác dụng lên điện tích q3 các lực F→1 và F→2 có phương chiều như hình vẽ, có độ lớn:

Lực tổng hợp do q1 và q2 tác dụng lên q3 là: F→ = F→1 + F→2

có phương chiều như hình vẽ,

có độ lớn:

Bài 6: Ba điện tích q1 = q2 = q3 = 1,6.10-19 C đặt trong không khí, tại 3 đỉnh của tam giác đều ABC cạnh a = 16 cm. Xác định véctơ lực tác dụng lên q3.

Lời giải:

Gọi F→1, F→2 lần lượt là lực do điện tích q1 và q2 tác dụng lên q3

+ Ta có:

+ Lực tác dụng F→1, F→2 được biểu diễn như hình

+ Vì tam giác ANB đều nên α = 60°

+ Gọi F→ là lực tổng hợp tác dụng lên điện tích q0

+ Ta có: F→ = F→1 + F→2

+ Thay số được F = 9√3.10-27

+ Vậy lực tổng hợp F→ tác dụng lên q3 có điểm đặt tại C, phương vuông góc với AB, chiều như hình và độ lớn F = 9√3.10-27.

Bài 7: Tại ba đỉnh tam giác đều cạnh a = 6cm trong không khí có đặt ba điện tích q1 = 6.10-9C, q2 = q3 = – 8.10-9C. Xác định lực tác dụng lên q0 = 8.10-9C tại tâm tam giác.

Lời giải:

⇒ F0 = 3,6.10-4 + 4,8.10-4 = 8,4.10-4N

Vậy: Vectơ lực tác dụng lên q0 có:

+ điểm đặt: tại O.

+ phương: vuông góc với BC.

+ chiều: từ A đến BC.

+ độ lớn: F0 = 8,4.10-4N.

11 câu trắc nghiệm: Lực điện tổng hợp tác dụng lên một điện tích

Câu 1: Cho hệ ba điện tích cô lập q1, q2, q3 nằm trên cùng một đường thẳng. Hai điện tích q1, q3 là hai điện tích dương, cách nhau 60 cm và q1 = 4q3. Lực điện tác dụng lên điện tích q2 bằng 0. Nếu vậy, điện tích q2.

A. Cách q1 20 cm, cách q3 80 cm B. Cách q1 20 cm, cách q3 40 cm

C. Cách q1 40 cm, cách q3 20 cm D. Cách q1 80 cm, cách q3 20 cm

Lời giải:

Vì q1, q3 dương → để Fq2 = 0 thì F→12 ↑↓ F→23 và F12 = F23

→ q2 nằm trên đoạn nối q1, q3 và nằm trong khoảng q1, q3

Chọn C.

Câu 2: Hai quả cầu nhỏ tích điện giống nhau đặt trong không khí cách nhau một đoạn 1 m, đẩy nhau một lực 7,2 N. Điện tích tổng cộng của chúng là 6.10-5 C. Tìm điện tích mỗi quả cầu ?

A. q1 = 2.10-5 C; q2 = 4.10-5 C B. q1 = 3.10-5 C; q2 = 2.10-5 C

C. q1 = 5.10-5 C; q2 = 10-5 C D. q1 = 3.10-5 C; q2 = 3.10-5 C

Lời giải:

Lực điện tương tác giữa hai điện tích điểm

Lại có q1 + q2 = 6.10-5 (2)

Từ (1)(2) → q1 = 2.10-5 C; q2 = 4.10-5 C. Chọn A.

Câu 3: Tại ba đỉnh A, B, C của một tam giác đều cạnh a = 0,15 m có ba điện tích qA = 2 μC; qB = 8 μC; qC = - 8 μC . Véc tơ lực tác dụng lên có độ lớn

A. F = 5,9 N và hướng song song với BC B. F = 5,9 N và hướng vuông góc với BC

C. F = 6,4 N và hướng song song với BC D. F = 6,4 N và hướng song song với AB

Lời giải:

Lực tương tác giữa hai điện tích là

Áp dụng quy tắc tổng hợp lực → F hướng song song với BC. Chọn C.

Câu 4: Hai điện tích điểm = 2.10-2 μC và = - 2.10-2 μC đặt tại hai điểm A và B cách nhau một đoạn a = 30 cm trong không khí. Lực điện tác dụng lên điện tích qo = 2.10-9 C đặt tại điểm M cách đều A và B một khoảng bằng a có độ lớn là

A. F = 4.10-10 N B. F = 3,464.10-6 N C. F = 4.10-6 N D. F = 6,928.10-6 N

Lời giải:

Lực tương tác giữa hai điện tích

Chọn C.

Câu 5: Hai điện tích q1 = 4.10-8C và q2 = - 4.10-8C đặt tại hai điểm A và B cách nhau một khoảng 4 cm trong không khí. Lực tác dụng lên điện tích q = 2.10-7 C đặt tại trung điểm O của AB là

A. 0 N B. 0,36 N C. 36 N D. 0,09 N

Lời giải:

Lực tương tác giữa hai điện tích

F = F1 + F2 = 0,36N

Chọn B.

Câu 6: Cho hai điện tích điểm q1, q2 có độ lớn bằng nhau và cùng dấu, đặt trong không khí và cách nhau một khoảng r. Đặt điện tích điểm q3 tại trung điểm đoạn thẳng nối hai điện tích q1 , q2. Lực tác dụng lên điện tích q3 là

A. B. C. D. F = 0

Lời giải:

Lực tương tác giữa hai điện tích

Chọn D.

Câu 7: Có hai điện tích q1 = 2.10-6 C, q2 = - 2.10-6 C, đặt tại hai điểm A, B trong chân không và cách nhau một khoảng 6 cm. Một điện tích q3 = 4.10-6 C, đặt trên đường trung trực của AB, cách AB một khoảng 4 cm. Độ lớn của lực điện do hai điện tích q1 và q2 tác dụng lên điện tích q3 là

A. 14,40 N B. 17,28 N C. 34,56 N D. 28,80 N

Lời giải:

Ta có lực điện tương tác giữa hai điện tích là

Chọn C.

Câu 8: Hai điện tích = 4.10-8 C và = -4.10-8 C đặt tại hai điểm A và B cách nhau khoảng a = 4 cm trong không khí. Lực tác dụng lên điện tích q = 2.10-7 C đặt tại trung điểm O và AB là

A. 3,6 N B. 0,36 N C. 36 N D. 7,2 N

Lời giải:

→ F = F1 + F2 = 0,36N. Chọn B.

Câu 9: Hai quả cầu nhỏ tích điện giống nhau đặt trong không khí cách nhau một đoạn 0,5 m, đẩy nhau một lực 7,2 N. Điện tích tổng cộng của chúng là 4,5.10-5 C. Điện tích mỗi quả cầu bằng

A. = 0,5.10-5 C; = 4.10-5 C B. = 1.10-5 C; = 3,5.10-5 C

C. = 2.10-5 C; = 2,5.10-5 C D. = 3.10-5 C; = 1,5.10-5 C

Lời giải:

q1 + q2 = 4,5.10-5 (2)

. Chọn A.

Câu 10: Ba điện tích điểm q1 = 4.10-8 C; q2 = -4.10-8 C; q3 = 5.10-8 C đặt trong không khí tại ba đỉnh A, B, C của tam giác đều cạnh a = 2 cm. Xác định các véc tơ lực tác dụng lên ba điện tích.

A. F1 = F2 = 50.10-3 N; F3 = 45.10-3 N B. F1 = F2 = 70,3.10-3 N; F3 = 45.10-3 N

C. F1 = F2 = 45.10-3 N; F3 = 41,2.10-3 N D. F1 = F2 = 41,2.10-3 N; F3 = 45.10-3 N

Lời giải:

F3 = 2F23.cos60 = 0,045N = 45.10-3N. Chọn D.

Câu 11: Hai điện tích q1 = 4.10-8 C và q2= - 4.10-8 C đặt tại hai điểm A và B cách nhau một khoảng 4cm trong không khí. Lực tác dụng lên điện tích q = 2.10-7 C đặt tại trung điểm O của AB là

A. 0 N B. 0, 36 N C. 36 N D. 0, 09 N

Lời giải:

Chọn B.