Lực Tương Tác Giữa Hai điện Tích điểm Không Phụ Thuộc Vào Yếu Tố ...

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.

Nội dung chính Show

• I. Tổng quan lý thuyết vật lý 11 bài 1: Điện tích và định luật Cu-lông
• 1. Sự nhiễm điện của các vật - Điện tích - Sự tương tác điện
• b. Điện tích và điện tích điểm
• c. Tương tác điện - Hai loại điện tích
• 2. Định luật Cu-lông và hằng số điện môi
• II. Bài tập vật lý 11 bài 1: Điện tích và định luật Cu-lông
• 1. Bài tập trắc nghiệm
• 2. Bài tập tự luận
• Video liên quan

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.

Công thức tính lực tương tác giữa 2 điện tích, điện tích vật lý 11, Lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích, có thể áp dụng định luật cu-lông cho tương tác nào sau đây, Những câu hỏi thực tế Vật lý 11 chương 1, Lực tương tác giữa hai điện tích điểm đứng yên trong chân không thì, Điện tích điểm là, Độ lớn của lực tương tác giữa hai điện tích điểm trong không khí, Trắc nghiệm lý 11 chương 4, Tròn bộ trắc nghiệm vật lý 11, Lực tương tác giữa hai điện tích điểm đứng yên trong chân không sẽ thay đổi như thế nào, Lực tương tác giữa hai điện tích điểm đứng yên trong chân không thì, Lực tương tác giữa hai điện tích điểm đứng yên đặt cách nhau, Lực tương tác giữa 2 điện tích đứng yên trong điện môi đồng chất có hằng số điện môi thì, Độ lớn lực tương tác giữa hai điện tích điểm đứng yên không phụ thuộc yếu tố nào, Lực tương tác giữa hai điện tích điểm trong chân không, Lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm đứng yên đặt cách nhau một khoảng 4cm là F. Hãy tham khảo với onthihsg

Lực tương tác tĩnh điện, điện tích vật lý 11, Lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích, có thể áp dụng định luật cu-lông cho tương tác nào sau đây, Những câu hỏi thực tế Vật lý 11 chương 1, Lực tương tác giữa hai điện tích điểm đứng yên trong chân không thì, Điện tích điểm là, Độ lớn của lực tương tác giữa hai điện tích điểm trong không khí.

Ở cấp Trung học cơ sở (THCS), ta đã biết các vật mang điện hoặc hút nhau, hoặc đẩy nhau. Lực tương tác (đẩy, hút) giữa chúng phụ thuộc vào những yếu tố nào? Người ta dựa vào cơ sở nào để giải thích các hiện tượng nhiễm điện?

Tải Về

1. Điện tích – Định luật Cu-lông a.  Điện tích • Điện tích là vật bị nhiễm điện, hay là vật mang điện, vật tích điện. • Điện tích điểm là một vật tích điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách tới điểm mà ta đang xét.

• Có hai loại điện tích: Điện tích dương (kí hiệu bằng dấu +) và điện tích âm (kí hiệu bằng dấu -).

Chú ý

Các điện tích cùng dấu (cùng loại) thì đẩy nhau, các điện tích trái dấu (khác loại) thì hút nhau.

b.  Định luật Culông Độ lớn của lực tương tác giữa hai điện tích điểm đặt trong chân không tỉ lệ thuận với tích các độ lớn của hai điện tích đó và ti lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Trong đó:             k là hệ số tỉ lệ, trong hệ đơn vị SI,  F là lực tương tác giữa hai điện tích (N).

  lần lượt là điện tích của điện tích điểm thứ 1 và thứ 2 (C).

r là khoảng cách giữa hai điện tích (m). + Nếu các điện tích điểm được đặt trong môi trường điện môi (môi trường cách điện) đồng tính thì công thức của định luật Cu-lông trong trường hợp này là:   là hằng số điện môi của môi trường. Hằng số điện môi cho biết khi đặt các điện tích trong các môi trường đó thì lực tương tác giữa chúng sẽ giảm đi bao nhiêu lần so với khi đặt chúng trong chân không.

Lưu ý

Trong chân không thì  Trong không khí thì

• Véc tơ lực tương tác giữa hai điện tích điểm: –  Có điểm: đặt trên mỗi điện tích. –  Có phương: trùng với đường thẳng nối hai điện tích.

–  Có chiều: hướng ra xa nhau nếu hai điện tích cùng dấu; hướng lại gần nhau nếu hai điện tích trái dấu (hình vẽ). – Có độ lớn: xác định bằng định luật Cu-lông.

Ở hình vẽ bên,  là lực do   tác dụng lên   và   là lực do  tác dụng lên 

+ Nếu có một điện tích q đặt trong một hệ có n điện tích điểm thì lực tương tác giữa n điện tích điểm và điện tích q là: Trong đó   lần lượt là các lực do điện tích  tác dụng lên điện tích q.

Chú ý

Định luật Cu-lông chỉ áp dụng được cho: –    Các điện tích điểm. –    Các điện tích phân hố đều trên những vật dẫn hình cầu (coi như điện tích điểm ở tâm).

2. Thuyết êlectron

a. Cấu tạo nguyên tử về phương diện điện. Điện tích nguyên tố + Các chất được cấu tạo từ các phân tử, nguyên tử. Các phân tử do các nguyên tử tạo thành. Mỗi nguyên tử gồm: một hạt nhân mang điện dương nằm ở trung tâm và các êlectron có khối lượng rất bé so với hạt nhân nguyên tử mang điện tích âm và luôn chuyển động xung quanh hạt nhân nguyên tử.

– Êlectron là hạt sơ cấp mang điện tích âm,  và khối lượng 

– Proton có điện tích là   và khối lượng  – Notron không mang điện và có khối lượng xấp xỉ bằng khối lượng của proton.

– Điện tích của êlectron và của proton là điện tích nhỏ nhất mà ta có thể có được, nên ta gọi êlectron và proton là những điện tích nguyên tố (âm hoặc dương).

STUDY TIP

Bình thường thì tổng đại số tất cả các điện tích trong nguyên tử bằng không. Ta nói nguyên tử trung hòa điện.

b. Thuyết êlectron Thuyết dựa vào sự cư trú và di chuyển của các êlectron để giải thích các hiện tượng điện và các tính chất điện của các vật được gọi là thuyết êlectron. + Êlectron có thể rời khỏi nguyên tử để đi từ nơi này đến nơi khác. Nguyên tử mất êlectron sẽ trở thành một hạt mang điện dương gọi là ion dương.

Ví dụ: Nguyên tử kali bị mất một êlectron sẽ trở thành ion K+

+ Một nguyên tử trung hòa có thể nhận thêm êlectron để trở thành một hạt mang điện âm được gọi là ion âm.

Ví dụ: Nguyên tử clo nhận thêm một êlectron để trở thành ion Cl–

STUDY TIP

Vật nhiễm điện âm là vật thừa êlectron, vật nhiễm điện dương là vật thiếu êlectron.

c.   Vật (chất) dẫn điện – điện môi Vật (chất) dẫn điện là những vật (chất) có chứa nhiều các điện tích tự do. Điện tích tự do là điện tích có thể di chuyển tự do trong phạm vi thể tích của vật dẫn. Ví dụ: Kim loại chứa nhiều êlectron tự do. Các dung dịch axit, bazơ, muối chứa nhiều các ion tự do. Điện môi là những vật không có hoặc chứa rất ít điện tích tự do. Ví dụ: không khí khô, dầu, thủy tinh, sứ, cao su, một số loại nhựa,… d.  Sự nhiễm điện do tiếp xúc Nếu cho một vật chưa nhiễm điện tiếp xúc với một vật nhiễm điện thì nó sẽ bị nhiễm điện cùng dấu với vật đó. Giải thích: Gọi vật chưa nhiễm điện là vật A, vật đã nhiễm điện là vật B. Theo thuyết electron, nếu vật A tiếp xúc với vật B nhiễm điện dương thì các electron của vật A sẽ di chuyển sang vật B làm cho vật A mất electron và nhiêm điện dương (cùng dấu với vật B). Nếu vật A tiếp xúc với vật B nhiễm điện âm thì các electron của vật B sẽ di chuyển sang vật A làm cho vật A nhận thêm electron và nhiễm điện âm (cùng dấu với vật B). e.  Sự nhiễm diện do hưởng ứng

Nếu ta đưa quả cầu A nhiễm điện dương lại gần điểm M của một thanh kim loại MN trung hòa về điện, thì đầu M nhiễm điện âm, còn đầu N nhiễm điện dương. Sự nhiễm điện của thanh kim loại MN là sự nhiễm điện do hưởng ứng (hay hiện tượng cảm ứng tĩnh điện). Giải thích: Theo thuyết electron, khi quả cầu A để gần thanh MN, thì quả cầu A sẽ tác dụng lực Cu-lông lên các electron trong kim loại, làm cho các electron di chuyển về phía đầu M làm đầu M thừa electron, nên đầu M nhiễm điện âm. Đầu N thiếu electron nên đầu N nhiễm điện dương. 3. Định luật bảo toàn điện tích Hệ cô lập về điện: Là hệ gồm các vật không trao đổi điện tích với các vật khác ngoài hệ. Trong một hệ cô lập về điện, tổng đại số của các điện tích của các vật trong hệ là không đổi.

DẠNG 1: Xác định các đại lượng liên quan đến lực tương tác giữa hai điện tích điểm đứng yên

Ví dụ 1: Hai điện tích   đặt cách nhau một khoảng r trong chân không. Nếu điện tích   tác dụng lên điện tích   có độ lớn là F thì lực tác dụng của điện tích   lên  có độ lớn là A. F.                                         B. 3 F.                                            C. 1,5 F.                                         D. 6 F. Lời giải Theo định luật Cu-lông thì lực tương giác giữa hai điện tích là:

Lực tác dụng của điện tích   lên    có độ lớn cũng là F. Đáp án A Ví dụ 2: Hai hạt bụi trong không khí, mỗi hạt chứa {{5.10}^{8}} electron và cách nhau 2 cm. Lực đẩy tĩnh điện giữa hai hạt bằng Lời giải Điện tích của mỗi hạt bụi là Lực đẩy tĩnh điện giữa hai hạt là: Đáp án C.

STUDY TIP

Điện tích của một electron là

Ví dụ 3: Trong một môi trường điện môi đồng tính, lực hút tĩnh điện giữa hai điện tích là {{2.10}^{-6}} N. Khi đưa chúng xa nhau thêm 2 cm thì lực hút tĩnh điện lúc này là . Khoảng cách ban đầu giữa chúng là? A. 1 cm.                                  B. 2 cm.                                         C. 3 cm.                                         D. 4 cm. Lời giải Gọi khoảng cách ban đầu giữa hai điện tích là a (m). Theo định luật Cu-lông, ta có:

Đáp án B.

Chú ý

Các điện tích điểm được đặt trong môi trường điện môi đồng tính thì công thức của định luật Cu-lông trong trường hợp này là:

Ví dụ 4: Hai điện tích điểm đứng yên trong không khí cách nhau một khoảng r tác dụng lên nhau lực có độ lớn bằng F. Khi đưa chúng vào trong dầu hoả có hằng số điện môi \varepsilon =2 và giảm khoảng cách giữa chúng còn   thì độ lớn của lực tương tác giữa chúng là A. 18 F.                                   B. 1,5 F.                                         C. 6 F.                                            D. 4,5 F. Lời giải Theo định luật Cu-lông, ta có lực tương tác giữa hai điện tích điểm tỉ lệ nghịch với \varepsilon {{r}^{2}}

Đáp án D. Ví dụ 5: Hai quả cầu nhỏ giống nhau bằng kim loại A và B đặt trong không khí, có điện tích lần lượt là  , cách nhau một khoảng 12 cm. a)    Khi đó, số electron thừa, thiếu ở mỗi quả cầu là

A.    Số electron thừa ở quả cầu A là  electron, số electron thiếu ở quả cầu B là 

B.    Số electron thiếu ở quả cầu A là electron, số electron thừa ở quả cầu B là  C. Số electron thừa ở quả cầu A là   electron, số electron thiếu ở quả cầu B là  D. Số electron thiếu ở quả cầu A là   electron, số electron thừa ở quả cầu B là  b)    Lực tương tác điện giữa chúng là c)    Cho hai quả cầu tiếp xúc điện với nhau rồi đặt về chỗ cũ. Lực tương tác điện giữa hai quả cầu sau đó là Lời giải a)    Điện tích của 1 electron có độ lớn là  Vì quả cầu A nhiễm điện âm nên quả cầu A thừa electron.

Số electron thừa ở quả cầu A là: 

Vì quả cầu B nhiễm điện dương nên quả cầu B thiếu electron.

Số electron thiếu ở quả cầu B là: 

Đáp án A. b)    Lực tương tác điện giữa chúng là lực hút (vì hai quả cầu mang điện tích trái dấu) và có độ lớn xác định bởi định luật Cu-lông Đáp án B. c)    Khi cho hai quả cầu tiếp xúc với nhau thì điện tích trên các quả cầu được phân bố lại. Vì các quả cầu giống nhau nên sau khi tách ra, điện tích của chúng bằng nhau   Mặt khác theo định luật bảo toàn điện tích thì ta có . Từ đó suy ra Lực tương tác điện giữa chúng bây giờ là lực đẩy và có độ lớn: Đáp án B.

Phân tích

Tư tưởng giải ý c: –    Đã có khoảng cách giữa hai quả cầu, vì người ta cho chúng tiếp xúc nhau rồi đưa lại vị trí cũ nên khoảng cách không thav đổi. –    Tính điện tính hai quả cầu sau khi tiếp xúc nhau rồi tách nhau ra bằng định luật bảo toàn điện tính. –    Dùng định luật Cu-lông xác định lực tương tác.

Ví dụ 6: Hai điện tích {{q}_{1}} và {{q}_{2}} đặt cách nhau 20 cm trong không khí, chúng đẩy nhau với một lực  Biết   . Xác định loại điện tích của   Tính  Lời giải Hai điện tích đẩy nhau nên chúng cùng dấu, mặc khác   nên chúng đều là điện tích âm. Theo định luật Cu-lông, ta có Vì   cùng dấu nên  nên Từ (1) và (2) ta có  là nghiệm của phương trình: Từ đó suy ra

hoặc Vì  Vậy  Đáp án D.

STUDY TIP

Nếu tổng 2 số là S và tích 2 số là P thì 2 số đó là nghiệm của phương trình

Ví dụ 7: Hai điện tích điểm có độ lớn bằng nhau được đặt trong không khí cách nhau 12 cm. Lực tương tác giữa hai điện tích đó bằng 10 N. Đặt hai điện tích đó trong dầu và đưa chúng cách nhau 8 cm thì lực tương tác giữa chúng vẫn bằng 10 N. Tính độ lớn các điện tích và hằng số điện môi của dầu. Lời giải Khi đặt trong không khí, theo định luật Cu-lông ta có

Khi đặt trong dầu, vì lực tương tác vẫn như cũ, nên ta có: Đáp án A. Ví dụ 8: Cho hai quả cầu kim loại nhỏ, giống nhau, tích điện và cách nhau 20 cm thì chúng hút nhau một lực bằng 1,2 N. Cho chúng tiếp xúc với nhau rồi tách chúng ra đến khoảng cách như cũ thì chúng đẩy nhau với lực đẩy bằng lực hút. Tính điện tích lúc đầu của mỗi quả cầu. D. Cả A và B đều đúng. Lời giải Hai quả cầu hút nhau nên chúng tích điện trái dấu nhau. Vì điện tích trái dấu và theo định luật Cu-lông ta có Khi cho hai quả cầu tiếp xúc với nhau thì điện tích trên các quả cầu được phân bố lại. Vì các quả cầu giống nhau nên sau khi tách ra, điện tích của chúng bằng nhau . Mặt khác theo định luật bảo toàn điện tích thì ta có Từ đó suy ra  Theo định luật Cu-lông, ta có lực tương tác lúc này là Từ (1) và (2) ta có    và là nghiệm của các phương trình: Vậy  Đáp án D.

Phân tích

Ta cần tìm 2 phương trình 2 ẩn  –  Từ dữ kiện “cách nhau 20 cm thì chúng hút nhau một lực bằng 1,2 N” ta được 1 dữ kiện liên quan đến  –  Từ dữ kiện “Cho chúng tiếp xúc với nhau rồi tách chúng ra đến khoảng cách như cũ” ta được dữ kiện thứ 2 theo định luật bảo toàn điện tích.