BÀI 2: THUYẾT ÊLECTRON. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH
A. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM
1. Cấu tạo nguyên tử về phương diện điện. Điện tích nguyên tố
+ Cấu tạo nguyên tử về phương diện điện
|
|
| |
+ Điện tích nguyên tố (âm hoặc dương): là điện tích nhỏ nhất mà ta có được, chính là điện tích của êlectron hoặc prôtôn. Trên thực tế, điện tích nhỏ nhất mà ta có được không phải là êlectron hay prôtôn nhưng do chương trình Vật lí phổ thông chỉ xét đến prôtôn, êlectron nên ta coi đó là điện tích nguyên tố.
2. Thuyết êlectron
- Thuyết êlectron là 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.
- Nội dung
- Êlectron có thể rời khỏi nguyên tử để di chuyển tử nơi này sang nơi khác. Nguyên tử bị mất êlectron sẽ trở thành một hạt mang điện dương gọi là ion dương.
- Một nguyên tử trung hòa có thể nhận thêm một êlectron để tạo thành một hạt mang điện âm gọi là ion âm.
- Một vật nhiễm điện âm khi số êlectron mà nó chứa lớn hơn số điện tích nguyên tố dương (prôtôn). Nếu số êlectron ít hơn số proton thì vật nhiễm điện dương.
- Sự cư trú và di chuyển của các êlectron tạo nên các hiện tượng về điện và tính chất điện muôn màu muôn vẻ của tự nhiên.
3. Vật (chất) dẫn điện, vật (chất) cách điện
- Điện tích tự do: là điện tích có thể di chuyển từ điểm này đến điểm khác trong phạm vi thể tích của vật dẫn.
- Vật dẫn điện: là vật có chứa nhiều điện tích tự do
Ví dụ: kim loại chứa êlectron tự do, các dung dịch axit, bazo, muối chứa các ion tự do…
- Vật cách điện: là vật không chứa hoặc chứa rất ít điện tích tự do.
Ví dụ: không khí khô, thủy tinh, sứ, cao su…
4. Sự nhiễm điện do tiếp xúc
- Nếu cho một vật chưa nhiễm điện tiếp xúc với một vật nhiễm điện khi đó điện tích sẽ di chuyển từ vật nhiễm điện sang nó dẫn đến cả hai vật đều nhiễm điện cùng dấu. Đó là sự nhiễm điện do tiếp xúc.
5. Sự nhiễm điện do hưởng ứng
- Đưa quả cầu A nhiễm điện dương lại gần thanh kim loại MN. Khi đó quả cầu A sẽ hút các êlectron dịch chuyển về đầu M dẫn đến đầu M nhiễm điện âm, đầu N nhiễm điện dương. Sự nhiễm điện trong thanh MN gọi là nhiễm điện do cảm ứng.
6. Định luật bảo toàn điện tích
- Hệ cô lập: hệ không có trao đổi điện tích với các vật ngoài hệ.
- Nội dung định luật: Trong một hệ vật cô lập về điện, tổng đại số của các điện tích là không đổi.
B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP
Dạng 1. Xác định số êlectron thừa (thiếu) của vật nhiễm điện.
- Khi một vật nhiễm điện, thì điện tích của vật bao giờ cũng là một số nguyên lần điện tích nguyên tố.
- Nếu vật bị mất đi n êlectron (còn gọi là thiếu n êlectron) thì vật đó sẽ mang điện tích dương, điện tích của vật là q = n.1,6.10-19.
- Nếu vật được nhận thêm n êlectron (còn gọi là thừa n êlectron) thì vật đó sẽ mang điện tích âm, điện tích của vật là q = - n.1,6.10-19.
- Số êlectron thừa hoặc thiếu của vật nhiễm điện: \(n=\frac{\left| q \right|}{1,{{6.10}^{-19}}}\)
Dạng 2. Tính điện tích của mỗi vật sau khi tiếp xúc.
- Trong một hệ cô lập về điện, ta áp dụng định luật bảo toàn điện tích \({{q}_{1}}^{\prime }+{{q}_{2}}^{\prime }+...+{{q}_{n}}^{\prime }={{q}_{1}}+{{q}_{2}}+...+{{q}_{n}}\) để tìm điện tích trước hay sau trao đổi.
- Khi cho hai vật tích điện q1 và q2 tiếp xúc với nhau rồi tách chúng ra thì điện tích của chúng sẽ bằng nhau: \({{q}_{1}}^{\prime }={{q}_{2}}^{\prime }=\frac{{{q}_{1}}+{{q}_{2}}}{2}\)
Dạng 3. Giải thích các hiện tượng nhiễm điện.
- Sự nhiễm điện do cọ xát: Khi hai vật cọ xát, êlectron dịch chuyển từ vật này sang vật khác, dẫn tới một vật thừa êlectron và nhiễm điện âm, còn một vật thiếu êlectron và nhiễm điện dương.
- Sự nhiễm điện do tiếp xúc: Khi vật không mang điện tiếp xúc với vật mang điện, thì êlectron có thể dịch chuyển từ vật này sang vật khác làm cho vật không mang điện khi trước cũng bị nhiễm điện theo.
- Sự nhiễm điện do hưởng ứng: Khi một vật bằng kim loại được đặt gần một vật đã nhiễm điện, các điện tích ở vật nhiễm điện sẽ hút hoặc đẩy êlectron tự do trong vật bằng kim loại làm cho một đầu của vật này thừa êlectron, một đầu thiếu êlectron. Do vậy, hai đầu của vật bị nhiễm điện trái dấu.
C. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA
Câu C1 (trang 12 SGK Vật Lí 11):
Hãy vận dụng thuyết êlectron để giải thích hiện tượng nhiễm điện của thanh thủy tinh khi cọ sát vào dạ, cho rằng trong hiện tượng này, chỉ có các êlectron có thể di chuyển từ vật nọ sang vật kia.
Trả lời:
Khi hai vật cọ xát vào dạ thì thanh thủy tinh bị nhiễm điện dương, êlectron dịch chuyển từ thủy tinh sang dạ, dẫn tới dạ thừa êlectron và nhiễm điện âm, còn thủy tinh thiếu êlectron và nhiễm điện dương.
Câu C2 (trang 12 SGK Vật Lí 11):
Hãy nêu một định nghĩa khác về vật dẫn điện và vật cách điện
Trả lời:
- Vật dẫn điện là vật trong đó ta có thể di chuyển từ điểm nọ đến điểm kia các điện tích mà ta đưa từ ngoài vào.
- Vật cách điện là vật mà ta không thể di chuyển các điện tích mà ta đưa vào từ điểm nọ đến điểm kia.
Câu C3 (trang 12 SGK Vật Lí 11):
Chân không dẫn điện hay cách điện? Tại sao?
Trả lời:
Chân không là chất cách điện vì trong chân không không có điện tích tự do
Câu C4 (trang 13 SGK Vật Lí 11):
Hãy giải thích sự nhiễm điện của một quả cầu kim loại khi cho nó tiếp xúc với một vật nhiễm điện dương.
Trả lời:
- Một quả cầu kim loại ở trạng thái trung hòa điện vẫn chứa các êlectron tự do.
- Khi cho quả cầu kim loại tiếp xúc với vật nhiễm điện dương, thì một số êlectron của quả cầu sẽ bị hút sang vật nhiễm điện dương làm cho quả cầu cũng bị nhiễm điện dương.
Câu C5 (trang 13 SGK Vật Lí 11):
Hãy vận dụng thuyết êlectron để giải thích hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng. Biết rằng trong kim loại có êlectron tự do.
Trả lời:
Hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng : Đưa quả cầu A nhiễm điện dương lại gần đầu M của thanh kim loại MN trung hòa về điện (hình 2.3).
Đầu M nhiễm điện âm, đầu N nhiễm điện dương. Nếu đưa quả cầu A ra xa thì thanh kim loại MN trở lại trạng thái trung hòa về điện .
Giải thích: Điện tích dương ở quả cầu A sẽ hút các êlectron tự do trong thanh kim loại MN về phía nó. Vì vậy, ở đầu M gần quả cầu A sẽ thừa êlectron nên nhiễm điện âm, còn đầu N thiếu êlectron nên nhiễm điện dương.
Khi đưa quả cầu A ra xa thì không có lực tương tác tĩnh điện nên các điện tích sắp xếp một cách mất trật tự và thanh MN trở về trạng thái trung hòa về điện.
D. CÂU HỎI – BÀI TẬP
Bài 1 (trang 14 SGK Vật Lí 11):
Trình bày nội dung của thuyết êlectron.
Lời giải:
- Thuyết êlectron là 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.
- Nội dung
- Êlectron có thể rời khỏi nguyên tử để di chuyển tử nơi này sang nơi khác. Nguyên tử bị mất êlectron sẽ trở thành một hạt mang điện dương gọi là ion dương.
- Một nguyên tử trung hòa có thể nhận thêm một êlectron để tạo thành một hạt mang điện âm gọi là ion âm.
- Một vật nhiễm điện âm khi số êlectron mà nó chứa lớn hơn số điện tích nguyên tố dương (prôtôn). Nếu số êlectron ít hơn số proton thì vật nhiễm điện dương.
Bài 2 (trang 14 SGK Vật Lí 11):
Giải thích hiện tượng nhiễm điện âm của một quả cầu kim loại do tiếp xúc bằng thuyết êlectron.
Lời giải:
Khi cho quả cầu kim loại tiếp xúc với một vật nhiễm điện âm thì một phần trong số êlectron ở kim loại truyền sang quả cầu cho đến khi điện tích hai vật cân bằng. Do đó sau khi tiếp xúc với vật nhiễm điện âm thì quả cầu kim loại cũng sẽ nhiễm điện âm vì bị thừa êlectron.
Bài 3 (trang 14 SGK Vật Lí 11):
Trình bày hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng và giải thích hiện tượng đó bằng thuyết êlectron.
Lời giải:
Hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng : Đưa quả cầu A nhiễm điện dương lại gần đầu M của thanh kim loại MN trung hòa về điện (hình 2.3).
Đầu M nhiễm điện âm, đầu N nhiễm điện dương. Nếu đưa quả cầu A ra xa thì thanh kim loại MN trở lại trạng thái trung hòa về điện .
Giải thích: Điện tích dương ở quả cầu A sẽ hút các êlectron tự do trong thanh kim loại MN về phía nó. Vì vậy, ở đầu M gần quả cầu A sẽ thừa êlectron nên nhiễm điện âm, còn đầu N thiếu êlectron nên nhiễm điện dương.
Khi đưa quả cầu A ra xa thì không có lực tương tác tĩnh điện nên các điện tích sắp xếp một cách mất trật tự và thanh MN trở về trạng thái trung hòa về điện.
Bài 4 (trang 14 SGK Vật Lí 11):
Phát biểu định luật bảo toàn điện tích và vận dụng để giải thích hiện tượng xảy ra khi cho một quả cầu nhiễm điện dương tiếp xúc với một quả cầu tích điện âm.
Lời giải:
- Nội dung định luật: Trong một hệ vật cô lập về điện, tổng đại số của các điện tích là không đổi.
- Khi cho quả cầu nhiễm điện dương tiếp xúc với một quả cầu tích điện âm thì sau khi tiếp xúc hai quả cầu sẽ có thể cùng nhiễm điện dương hoặc cùng nhiễm điện âm, hoặc sẽ trung hòa về điện.
- Giải thích: Có thể xem hai quả cầu là hệ cô lập về điện và sau khi tiếp xúc các quả cầu sẽ nhiễm điện giống nhau, nên nếu tổng đại số của hai quả cầu
- là một số dương thì sau khi tiếp xúc hai quả cầu sẽ nhiễm điện dương
- là một số âm thì sau khi tiếp xúc hai quả cầu sẽ nhiễm điện âm
- bằng 0 thì sau khi tiếp xúc hai quả cầu sẽ trung hòa về điện
Bài 5 (trang 14 SGK Vật Lí 11):
Chọn câu đúng.
Đưa một quả cầu tích điện Q lại gần một quả cầu M nhỏ, nhẹ, bằng bấc, treo ở đầu một sợi chỉ thẳng đứng. Quả cầu bấc M bị hút dính vào quả cầu Q. Sau đó thì
A. M tiếp tục bị hút vào Q. B. M rời Q và vẫn bị hút lệch về phía Q.
C. M rời Q về vị trí thẳng đứng. D. M bị đẩy lệch về phía bên kia.
Lời giải: Chọn D.
Đầu tiên M bị hút dính vào Q do hiện tượng nhiễm điện hưởng ứng. Khi dính vào Q nó lại bị nhiễm điện tiếp xúc với Q nên M và Q bị nhiễm điện giống nhau và bị đẩy ra xa.
Bài 6 (trang 14 SGK Vật Lí 11):
Đưa một quả cầu Q tích điện dương lại gần đầu M của một khối trụ kim loại MN (hình 2.4) .
Tại M và N sẽ xuất hiện các điện tích trái dấu. Hiện tượng gì sẽ xảy ra nếu chạm tay vào điểm I trung điểm của MN?
A. Điện tích ở M và N không thay đổi
B. Điện tích ở M và N mất hết
C. Điện tích ở M còn, ở N mất
D. Điện tích ở M mất, ở N còn
Lời giải: Chọn A.
Vì các điện tích tập trung ở hai đầu M và N, ở I hầu như không có điện tích
Bài 7 (trang 14 SGK Vật Lí 11):
Hãy giải thích hiện tượng bụi bám chặt vào các cánh quạt trần, mặc dù cánh quạt thường xuyên quay rất nhanh.
Lời giải:
Khi cánh quạt quay, chúng cọ sát với không khí, khi đó chúng bị mất êlectron và trở thành vật nhiễm điện. Vật nhiễm điện có khả năng hút những vật nhẹ như bụi.
Trên đây là gợi ý giải bài tập Vật Lý 11 bài Thuyết electron. Định luật bảo toàn điện tích do giáo viên Ican trực tiếp biên soạn theo chương trình mới nhất. Chúc các bạn học tập vui vẻ