ĐIỆN TÍCH. ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG

BÀI 1. ĐIỆN TÍCH. ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG

A. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Sự nhiễm điện của các vật

• Khi cọ xát những vật như thanh thủy tinh, thanh nhựa, mảnh pôliêtilen, … vào dạ hoặc lụa, … thì những vật đó sẽ có thể hút được những vật nhẹ như mẩu giấy, sợi bông,… Ta nói rằng những vật đó đã bị nhiễm điện.
• Để kiểm tra xem một vật có nhiễm điện hay không người ta dựa vào hiện tượng hút các vật nhẹ.

2. Điện tích. Điện tích điểm

• Vật bị nhiễm điện còn gọi là vật mang điện, vật tích điện hay là một điện tích.
• Điện là một thuộc tính của vật và điện tích là số đo độ lớn của thuộc tính đó.
• Khi kích thước của vật tích điện rất nhỏ so với khoảng cách từ vật tới điểm mà ta xét thì người ta coi vật tích điện như một điểm, và gọi nó là điện tích điểm, biểu diễn như hình vẽ.

3. Tương tác điện. Hai loại điện tích

Có hai loại điện tích, là điện tích dương (q > 0) và điện tích âm (q < 0).

• Các điện tích khác loại (tức trái dấu nhau, q1.q2 < 0) thì hút nhau.
• Các điện tích cùng loại (tức cùng dấu nhau, q1.q2 > 0) thì đẩy nhau.

4. 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 hai điện tích điểm đó, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích các độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Công thức độ lớn : \(F=k\frac{\left| {{q}_{1}}{{q}_{2}} \right|}{{{r}^{2}}}.\)

Trong đó: q1, q2 là điện tích của các điện tích điểm [C]. 

r là khoảng cách giữa hai điện tích [m].

k là hệ số tỉ lệ, k = 9.109 [N.m2/ C2].

5. Hằng số điện môi 𝜺

• Điện môi là một môi trường cách điện
• Hằng số điện môi là một đặc trưng quan trọng cho tính chất điện của một chất cách điện. Nó cho biết, khi đặt các điện tích trong chất đó thì lực tác dụng giữa chúng sẽ nhỏ đi bao nhiêu lần so với khi đặt chúng trong chân không.

+ Kí hiệu: ε (ε ≥ 1)

+ Đối với chân không ε = 1

B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

Dạng 1. Tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm

• Áp dụng công thức tổng quát cho mọi môi trường \(F=k\frac{\left| {{q}_{1}}{{q}_{2}} \right|}{\varepsilon {{r}^{2}}}.\)

e là hằng số điện môi của môi trường, riêng chân không hoặc không khí thì ta lấy e = 1.

• Nếu tính thêm lực hút của Trái Đất \(\vec{P}\) thì ta vẽ lực này có phương thẳng đứng, chiều hướng xuống. Dùng phép tổng hợp lực theo quy tắc hình bình hành.

Dạng 2. Tìm lực tổng hợp do nhiều điện tích tác dụng lên một điện tích

• Bước 1: Tính độ lớn của các lực thành phần.
• Bước 2: Vẽ hình, trong hình vẽ biểu diễn các lực thành phần tác dụng lên điện tích.
• Bước 3: Viết biểu thức (vectơ) lực tổng hợp: \(\vec{\text{F}}={{\vec{\text{F}}}_{1}}+{{\vec{\text{F}}}_{2}}+\ldots +{{\vec{\text{F}}}_{\text{n}}}.\)
• Bước 4: Nhóm thành các nhóm nhỏ, mỗi nhóm gồm hai lực để vận dụng quy tắc hình bình hành.
• Bước 5: Chuyển biểu thức vectơ về biểu thức đại số. Giải phương trình hoặc hệ phương trình để tìm các đại lượng cần tìm.

Dạng 3. Tìm điều kiện để một điện tích/ một hệ điện tích nằm cân bằng

• Xem điện tích cần xét chịu tác dụng của những lực thành phần nào: \({{\vec{\text{F}}}_{1}};\,\,{{\vec{\text{F}}}_{2}};\,...\text{;}\,{{\vec{\text{F}}}_{\text{n}}}.\)
• Viết biểu thức hợp lực tác dụng lên vật: \(\vec{\text{F}}={{\vec{\text{F}}}_{1}}+{{\vec{\text{F}}}_{2}}+\ldots +{{\vec{\text{F}}}_{\text{n}}}.\)
• Vì điện tích nằm cân bằng nên ta cho hợp lực bằng không: \(\vec{\text{F}}={{\vec{\text{F}}}_{1}}+{{\vec{\text{F}}}_{2}}+\ldots +{{\vec{\text{F}}}_{\text{n}}}=\vec{0}.\)

C. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu C1 (trang 6 SGK Vật Lí 11):

Trên hình 1.2 SGK, AB và MN là hai thanh đã được nhiễm điện. Mũi tên chỉ chiều quay của đầu B khi đưa đầu M đến gần. Hỏi đầu B và đầu M nhiễm điện cùng dấu hay trái dấu?

Trả lời:

Khi đặt đầu M gần đầu B thì đầu B bị đẩy ra xa có nghĩa là hai đầu M và B phải nhiễm điện cùng dấu với nhau.

Câu C2 (trang 8 SGK Vật Lí 11):

Nếu tăng khoảng cách giữa hai quả cầu tích điện cùng dấu lên ba lần thì lực tương tác giữa chúng tăng, giảm bao nhiêu lần?

Trả lời:

Lực tương tác tỉ lệ với bình phương khoảng cách giữa 2 điện tích điểm nên khi tăng khoảng cách giữa hai quả cầu nên 3 lần thì lực tương tác giữa chúng giảm 9 lần.

Câu C3 (trang 9 SGK Vật Lí 11):

Không thể nói về hằng số điện môi của chất nào dưới đây?

A. Không khí khô. B. Nước tinh khiết.

C. Thủy tinh. D. Đồng.

Trả lời: Chọn D.

• Hằng số điện môi chỉ đặc trưng cho chất cách điện nên không thể nói về hằng số điện môi của chất dẫn điện.
• Không khí khô, nước tinh khiết, thủy tinh là các chất cách điện. Đồng là chất dẫn điện. Do đó không thể nói về hằng số điện môi của đồng.

D. CÂU HỎI – BÀI TẬP

Bài 1 (trang 9 SGK Vật Lí 11):

Điện tích điểm là gì?

Lời giải:

Điện tích điểm là một vật tích điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách tới điểm mà ta xét.

Bài 2 (trang 9 SGK Vật Lí 11):

Phát biểu định luật Cu-lông.

Lời giải:

Phát biểu định luật Cu-lông: Lực hút hay lực 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 các độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Công thức độ lớn : \(F=k\frac{\left| {{q}_{1}}{{q}_{2}} \right|}{{{r}^{2}}}.\)

Bài 3 (trang 9 SGK Vật Lí 11):

Lực tương tác giữa các điện tích khi đặt trong một điện môi sẽ lớn hay nhỏ hơn khi đặt trong chân không?

Lời giải:

Lực tương tác giữa các điện tích đặt trong điện môi sẽ nhỏ hơn khi đặt trong chân không vì hằng số điện môi của chân không có giá trị nhỏ nhất (ɛ = 1).

Bài 4 (trang 9 SGK Vật Lí 11):

Hằng số điện môi của một chất cho ta biết điều gì?

Lời giải:

Hằng số điện môi của một chất cho biết khi đặt các điện tích trong môi trường điện môi đó thì lực tương tác Cu-lông giữa chúng sẽ giảm đi bao nhiêu lần so với khi đặt chúng trong chân không.

Bài 5 (trang 9 SGK Vật Lí 11):

Chọn câu đúng.

Khi tăng đồng thời độ lớn của mỗi điện tích điểm và khoảng cách giữa chúng lên gấp đôi thì lực tương tác giữa chúng

A. tăng lên gấp đôi. B. giảm đi một nửa.

C. giảm đi bốn lần. D. không thay đổi.

Lời giải: Chọn D.

\(F=k\frac{\left| {{q}_{1}}{{q}_{2}} \right|}{{{r}^{2}}}\Rightarrow \left\{ \begin{align}   & {{q}_{1}}^{\prime }=2{{q}_{1}} \\  & {{q}_{2}}^{\prime }=2{{q}_{2}} \\  & {r}'=2\text{r} \\ \end{align} \right.\Rightarrow {F}'=k\frac{\left| 2{{q}_{1}}2{{q}_{2}} \right|}{{{\left( 2r \right)}^{2}}}=F\)

Bài 6 (trang 9 SGK Vật Lí 11):

Trong trường hợp nào sau đây, ta có thể coi các vật nhiễm điện là các điện tích điểm?

A. Hai thanh nhựa đặt gần nhau.

B. Một thanh nhựa và một quả cầu đặt gần nhau.

C. Hai quả cầu nhỏ đặt xa nhau.

D. Hai quả cầu lớn đặt gần nhau.

Lời giải: Chọn C.

Khi kích thước của vật tích điện rất nhỏ so với khoảng cách từ vật tới điểm mà ta xét thì người ta coi vật tích điện như một điểm, và gọi nó là điện tích điểm.

Bài 7 (trang 10 SGK Vật Lí 11):

Nêu những điểm giống nhau và khác nhau giữa định luật Cu-lông và định luật vạn vật hấp dẫn.

Lời giải:

Bài 8 (trang 10 SGK Vật Lí 11):

Hai quả cầu nhỏ mang hai điện tích có độ lớn bằng nhau, đặt cách xa nhau 10 cm trong không khí thì tác dụng lên nhau một lực 9.10-3 N. Xác định điện tích của quả cầu đó.

Lời giải:

Ta có: q1 = q2 = q

Khoảng cách: r = 10 cm = 0,1 m

Môi trường là không khí nên hằng số điện môi: ε ≈ 1

Lực tương tác Cu-lông giữa hai quả cầu là: \(F=k\frac{{{q}^{2}}}{{{r}^{2}}}\Leftrightarrow {{9.10}^{-3}}={{9.10}^{9}}.\frac{{{q}^{2}}}{0,{{1}^{2}}}\Rightarrow q=\pm {{10}^{-7}}\,C.\)

Trên đây là gợi ý giải bài tập Vật Lý 11 bài Điện tích. Định luật Cu-lông do giáo viên Ican trực tiếp biên soạn theo chương trình mới nhất. Chúc các bạn học tập vui vẻ.