Chuyên đề 1. ĐIỆN TÍCH - ĐỊNH LUẬT CULÔNG

SỞ GD&ĐT THANH HOÁ TÀI LIỆU BỒI DƯỠNG VẬT LÝ 11 TRƯỜNG THPT CẦM BÁ THƯỚC PHẦN 1. TỈNH ĐIỆN HỌC CHUYÊN ĐỀ 1. ĐIỆN TÍCH - ĐỊNH LUẬT CULÔNG A. lý thuyết 1. Hai loại điện tích- Sự tương tác giữa các điện tích - Trong tự nhiên có hai loại điện tích: Điện tích dương(+) và điện tích âm(-). - Sự tương tác giữa chúng: Khi đặt các điện tích lại gần nhau: Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, khác dấu thì hút nhau - Đơn vị điện tích: Cu-Lông Ký hiệu: C 2. Thuyết elctron Nội dung thuyết elctron nói về sự có mặt và chuyển động của e để giải thích một số hiện tượng điện từ. a. Cấu tạo của nguyên tử: Phần vỏ gồm các elctron mang điện tích âm, có khối lượng tổng cộng không đáng kể so với khối lượng nguyên tử  Phần hạt nhân bao gồm các Nuclon, có hai loại Nuclon đó là Nơtron và Proton. Nơtron không mang điện, Proton mang điện tích +e. Hạt nhân có kích thước vô cùng bé nhỏ so với kích thước nguyên tử song lại mang hầu hết khối lượng của nó. hạt nhân nằm ở trung tâm nguyên tử. b. Thuyết electron Bình thường tổng đại số tất cả các điẹn tích bên trong nguyên tử bằng không, nguyên tử trung hoà về điện. Nếu nguyên tử bị mất đi một vài e thì tổng đại số về điện tích của nguyên tử sẽ nhận giá trị dương - Nguyên tử nhiễm điện dương(Nguyên tử là Ion dương) Nếu nguyên tử đang trung hoà về điện mà nhận thêm một vài e thì tổng đại số điện tích của nguyên tử mang dấu âm - Nguyên tử nhiễm điện âm(Nguyên tử là Ion âm) Chú ý: Tổng đại số tức khi đem cộng các điện tích của nguyên tử lại với nhau ta cần chú ý đến dấu của nó. Khối lượng của các electron rất nhỏ nên chúng có độ linh động rất lớn. Vì vậy trong một số điều kiên nào đó(Cọ xát, tiếp xúc, nung nóng…) một số electron có thể bứt ra khỏi nguyên tử, di chuyển trong vật từ điểm này đến điểm khác hoặc có thể di chuyển từ vật này sang vật khác. Chính sự di chuyển này làm cho các vật bị nhiểm điện. Vật thừ e là vật nhiễm điện âm, vật thiếu e nhiễm điện dương. 3. Các hiện tượng nhiễm điện trong tự nhiên a.Nhiễm điện do cọ xát. Hiện tượng - Khi cho thanh thuỷ tinh cọ xát trên lụa ta thấy sau đó chúng bị nhiễm điện trái dấu. Giải thích - Bình thường khi cho thuỷ tinh tiếp xúc với lụa sẽ có một số điểm tiếp xúc chặt chẽ. tại những điểm này có một số electron di chuyển từ thuỷ tinh sang lụa. Khi thanh thuỷ tinh cọ sát với lụa thì số điểm tiếp xúc chặt chẽ tăng lên rất lớn do đó số electron di chuyển từ thuỷ tinh sang lụa cuãng tăng lên vì thế lụa sẽ thừa e nhiễm điện âm còn thuỷ tinh sẽ thiếu e và nhiễm điện dương. b. Nhiễm điện do hưởng ứng Hiện tượng - Dùng một dây mãnh nhẹ, treo một thanh kim loại đang trung hoà về điện(HV1). Đưa quả cầu tích điện âm lại gần thành kim loại, người ta thấy thanh kim loại bị hút về phía quả cầu. Vấn đề là: Lực nào hút thanh kim loại về phía quả cầu? Giải thích - Lực hút thanh kim loại về phía quả cầu tích điện âm chính là lực điện. Có thể giải thích như sau: Ban đầu thanh kim loại là trung hoà về điện. Khi đưa quả cầu tích điện âm lại gần các electron tự do trong thanh kim loại bị đẩy về đầu ở xa quả cầu hơn. Kết quả là đầu gần quả cầu nhiễm điện dương khi đó sẽ bị quả cầu tích điện âm hút về phía nó.  c. Nhiễm điện do tiếp xúc Hiện tượng - Khi đưa thanh kim loại trung hoà về điện tiếp xúc với quả cầu tích điện âm, sau đó thanh kim loại này cũng nhiễm điện âm Giải thích - Nguyên nhân là do một phần các electron thừa bên quả cầu đã di chuyển sang thanh kim loại làm thanh này cũng thừa e nên nhiễm điện âm. 4. Định luật bảo toàn điện tích Sự xuất hiện điện tích âm trên thanh êbônit khi nó bị cọ xát vào dạ luôn luôn kèm theo sự suất hiện điện tích dương, có cùng độ lớn, ở trên dạ. Hoặc khi một vật mang điện truyền điện tích cho một vật chưa nhiễm điện, thì sau khi hai vật tách ra xa nhau, chúng mang điện tích cùng dấu nhưng tổng điện tích hai vật bằng điện tích của vật mang điện ban đầu. Như vậy mọi quá trình nhiễm điện, về thực chất, đều chỉ là những quá trình tách các điện tích âm và dương, và phân bố lại các điện tích đó trong các vật hoặc trong các phần của một vật. Điều đó đưa ta có định luật bảo toàn điện tích:Trong một hệ cô lập về điện, tổng đại số các điện tích luôn luôn là một hằng số. Định luật bảo toàn điện tích, là một trong những định luật chính xác nhất của vật lí, có tính chất tuyệt đối đúng. Nó đã được kiểm nghiệm. Hệ cô lập về điện tích là hệ không có sự liên hệ, trao đổi điện tích với bên ngoài. Bằng thực nghiệm trong mọi điều kiện khác nhau, và đúng trong mọi trường hợp. 5. Định luật Culông Để tìm được định luật tổng quan về tương tác điện nhà bác học Culông người Pháp năm 1785 đã khảo sát lực tương tác giữa các điện tích điểm, đó là những vật mang điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng (với điều kiện này hình dạng, kích thước của vật không ảnh hưởng đến lực tương tác). Culông đã thiết lập định luật nhờ một dụng cụ gọi là “cân xoắn”. Cân xoắn gồm một thanh thủy tinh nhẹ, treo ở hai đầu kim loại mảnh, đàn hồi. Một đâu thanh thủy tinh có gắn một quả cầu kim loại nhỏ, đầu kia có một đối trọng. Một quả cầu kim loại khác được cố định ở thành của cân. Lực tương tác giữa hai điện tích trên hai quả cầu kim loại (coi như hai điện tích điểm) được đo bằng góc xoắn của dây treo. Bằng cách đó, Culông đã khảo sát sự phụ thuộc của lực tương tác vào khoảng cách giữa hai quả cầu kim loại và vào độ lớn điện tích của hai quả cầu. Kết quả thực nghiệm được nêu lên thành định luật sau đây gọi là định luật Culông: Lực tương tác giữa hai điện tích điểm đứng yên trong chân không tỉ lệ với tích độ lớn của các điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Lực tương tác có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích. Nếu gọilần lượt là độ lớn của hai điện tíchđiểm, r là khoảng cách giữa chúng thì biểu thức xác định độ lớn lực tương tác giữa chúng theo định luật Cu - Lông là:   F= (1) Trong đó: có đơn vị là Cu lông(C) r có đơn vị là mét(m) là hắng số điện môi, không có đơn vị, chỉ phụ thuộc vào bản chất của điện môi, không phụ thuộc vào độ lớn các điện tích cũng như khoảng cách của các điện tích. Trong chân không =1, trong không khí ở điều kiện thường có thể xem gần đúng =1. K là hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào hệ đơn vị được dùng để đo lực Culong. Trong hệ đo lường SI thì Chú ý: - Tỉnh điện - Điện tích đứng yê, định luật Culoong chỉ đúng khi điện tích tương tác đứng yên. - Điện tích điểm - Hiểu như chất điểm  trong cơ học. Vật được coi là điện tích điểm khi kích thước của nó không đáng kể so với khoảng cách giữa chúng. 6. Sự tuơng đồng giưac định luật Culong với định luật Vạn vật hấp dẫn của Newton  - Có sự tương tự về mặt biểu thức. Tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa hai"đối tượng" tương tác. - Khác nhau là: Lực hấp dẫn chỉ là lực hút. Lực tỉnh điẹn có thể là hút hoặc đẩy tùy vào dấu của chúng đối với nhau ra sao.  7. Nguyên Lý chồng chất  Nếu một điện tích điểm đồng thời bị tương tác của n điện tích khác đặt quanh nó thì lực điện tổng hợp tác dụng lên điện tích đó bằng tổng tất cả các véc tơ lực do từng điện tích kia tác dụng lên. 8. Hai định lý về lớp vỏ   Nếu điện tích phân bố đều trên bề mặt  của một quả cầu thì lực tương tác do quả cầu tích điện này gây ra có thể xem như của một điện tích điểm có điện tích bằng tổng điện tích của cái vỏ đó và được đặt ở tâm quả cầu này.  Một lớp vỏ có điện tích phân bố đều sẽ không tác dụng lực điện lên các điện tích khác đặt bên trong lớp vỏ đó.  9. Điện tích bị lượng tử hóa  Ta có: điện tích của electron là:  C Điện tích của 1 proto là         C C là lượng điện tích bé nhất trong tự nhiên. Có một điều đặc sắc là mọi vật nhiễm điện khác, lượng điện tích mà nó có được bao giờ cũng bằng một số nguyên lần . Tức là ta có Q=n. n là số nguyên. Việc một vật nhiễm điện bất kỳ chỉ có thể có điện tích bằng một số nguyên lần này cho thấy điện tích bị lượng tử hóa(Chia thành các phần bằng nhau)   Đặt e =và gọi e là điện tích nguyên tố. Chuyên đề 1. Điện tích - Định luật Culông Các dạng toán thường gặp: Xác định các đại lượng có mặt trong biểu thức định luật. Xác định lực điện tổng hợp tác dụng 1 điện tích điểm Điều kiện cân bằng của một điện tích điểm hay một hệ điện tích điểm Dạng 1. Xác định các đại lượng có mặt trong biểu thức của định luật Phương pháp. Đây là dạng bài toán đơn giãn chỉ cần vận dụng đúng biểu thức định luật: F= K. từ đó suy ra các đại lượng cần xác định Một số điểm cần lưu ý: Khi cho hai quả cầu tích điện tiếp xúc nhau(hoặc nối với nhau bằng mọt dây nối sau đó cắt giây nối) và sau đó tách chúng ra thì tổng điện tích của chúng chia đều cho 2 quả cầu đó. Khi chạm tay vào một quả cầu nhỏ dẫn điện đã tích điện thì quả cầu bị mất điện tích và trở thành trung hoà về điện. Bài tập ví dụ: Bài số 1. Hai quả cầu kim loại nhỏ giống nhau, mang các điện tích q1 và q , đặt trong không khí, cách nhau một đoạn R = 20cm. Chúng hút nhau bằng lực F=3,6. 10 N. Cho hai quả cầu tiếp xúc nhau rồi lại đưa về khoảng cách cũ, chúng đẩy nhau bằng lực F’=2,025. 10 N. Tính q và q ? Phân tích: Căn cứ vào vế dự kiện ban đầu: Khoảng cách R, Lực hút F, hệ số K = 9.109 Nm2/C2 và định luật Culong ta sẽ tìm được một phương trình gồm 2 ẩn số là q và q F= -K (dấu trừ vì hai điện tích hút nhau nên chúng phải trái dấu) Để giải bài toán này cần tìm được phương trình thứ 2 chứa hai ẩn trên. Ta dựa vào vế dự kiện thứ hai. Khi cho tiếp xúc nhau hai quả cầu sẽ phân bố lại điện tích. Điện tích của mỗi quả khi tách ra q1’ =q2’= (q1+q2)/2 Dựa vào lực tương tác giữa chúng F’ ta có phương trình thứ 2: F’ = K = K Ở phương trình số 2 cần lưu ý có thể xảy r hai trường hợp. Giải hệ hai phương trình này ta sẽ tìm được nghiệm của bài toán. Kết quả bài toán: Có 4 cặp nghiệm có thể thoả mãn Cặp 1: q1= 8.10-8C, q2=-2.10-8C Cặp 2: q1=-2.10-8C, q2= 8.10-8C Cặp 3: q1= 2.10-8C, q2=-8.10-8C Cặp 4: q1=-8.10-8C, q2= 2.10-8C Bài số 2 Hai điện tích điểm đặt trong không khí, cách nhau R=20cm. Lực tĩnh điện giữa chúng có giá trị nào đó. Khi đặt trong dầu, ở cùng khoảng cách, lực tương tác tĩnh điện giữa chúng giảm đi 4 lần Hỏi khi đặt trong dầu khoảng cách giữa chúng phải là bao nhiêu để lực tương tác giữa chúng bằng lực tương tác ban đầu trong không khí. Phân tích: Nếu gọi F1 là lực tương tác ban đầu, F2 là lực tương tác khi đặt trong dầu ở cùng khoảng cách. Theo giả thiết ta có F2=F1/4 với chú ý độ lớn hai điện tích không đổi, khoảng cách giữa hai điện tích không đổi thì ta sẽ tìm được hằng số điện môi e Gọi F3 là lực tương tác giứa hai điện tích sau khi thay đổi khoảng cách giữa chúng theo giả thiết ta có F3=F1 với e đã biết, điện tích của chúng không đổi so với ban đầu ta sẽ tìm được khoảng cách r3 giữa hai điện tích. Đáp số: r3=10cm Bài tập áp dụng Bài 1. Hai điện tích điểm bằng nhau đặt trong chân không, cách nhau R = 4cm. Lực đẩy tĩnh điễn giữa chúng là F=10-5N. Tìm độ lớn mỗi điện tích Tìm khoảng cách R1 giữa hai điện tích để lực đẩy tĩnh điện là F1=2,5.10-6N ĐS: a. |q| =1,3.10-9C b. R1=8cm Bài 2. Hai vật nhỏ mang điện tích đặt trong không khí cách nhau một đoạn R=1m, đẩy nhau bằng lực F=1,8N. Điện tích tổng cộng của hai vật là Q= 3.10-5C. Tính điện tích mỗi vật. ĐS: q1=2.10-5C; q2=10-5C. Bài 3. Hai quả cầu kim loại nhỏ giống nhau, mang các điện tích q1 và q , đặt trong không khí, cách nhau một đoạn R = 2cm. Chúng đẩy nhau bằng lực F=2,7. 10 N. Cho hai quả cầu tiếp xúc nhau rồi lại đưa về khoảng cách cũ, chúng đẩy nhau bằng lực F’=3,6. 10 N. Tính q và q ? ĐS: Cặp nghiệm 1. q1=6.10-9C, q2= 2.10-9 C hoặc ngược lại Cặp nghiệm 1. q1=-6.10-9C, q2=-2.10-9 C hoặc ngược lại SỞ GD&ĐT THANH HOÁ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG TIẾP THU TRƯỜNG THPT CẦM BÁ THƯỚC (Sau buổi học - thời gian làm bài: 30 phút) Điểm đánh giá Họ và tên học sinh:……………………………………………….. Lớp :………………… Bài 1 Một điện tích điểm q = 5.10-8 C nằm tại trung điểm của khoảng cách giữa hai điện tích q1 = 10-6C và q2 = -2.10-6 C. Các điện tích đều nằm trong không khí (ε = 1) và khoảng cách giữa q1 và q2 bằng r = 0,2 m. Lực F tác dụng lên điện tích q bằng bao nhiêu? Chọn câu trả lời đúng: A. F = 0,045 N.  B. F = 0,270 N. C. F = 0,135 N.  D. F = 0,315 N Bài 2 Đường kính trung bình của nguyên tử Hidrô là d = 10-8 cm. Giả thiết electron quay quanh hạt nhân Hidrô dọc theo quỹ đạo tròn. Lực hút giữa electron và hạt nhân bằng bao nhiêu? Chọn câu trả lời đúng: A. F ≈ 0,2.10-8 N.  B. F ≈ 9,2.10-8 N. C. F ≈ 9,8.10-8 N.  D. F ≈ 10,5.10-8 N Bài 3 Chọn câu đúng. Khi tăng đồng thời độ lớn của hai điện tích điểm và khoảng cách giữa chúng lên gấp đôi thì lực tương tác giữa chúng. Chọn câu trả lời đúng: A. Không thay đổi.  B. Giảm đi một nửa. C. Giảm đi bốn lần.  D. Tăng lên gấp đôi. Bài 4 Đường kính trung bình của nguyên tử hidro là d = 10-8 cm. Giả thiết electron quay quanh hạt nhân hidro dọc theo quỹ đạo tròn. Biết khối lượng electron m = 9,1.10-31 kg, vận tốc chuyển động của electron là bao nhiêu? Chọn câu trả lời đúng: A. v ≈ 2,24.106 m/s. B. v ≈ 2,8.106 m/s. C. v ≈ 3,24.106 m/s. D. v ≈ 2,53.106 m/s. A. m1 = m2. B. l1 = l2. C. |q1| = |q2|. D. Một điều kiện khác Bài 5 Hai quả cầu nhỏ khối lượng m1 ; m2 treo trên hai sợi dây mảnh, cách điện có chiều dài l1 ; l2. Điện tích của mỗi quả cầu là q1 ; q2. Treo hai quả cầu như hình dưới sao cho chúng có cùng độ cao và dây treo của chúng lệch các góc tương ứng là α1, α2. Điều kiện để có α1 = α2 là Bài 6 Đồ thị nào có thể biểu diễn sự phụ thuộc của lực tương tác giữa hai điện tích điểm vào khoảng cách giữa chúng ? Chọn câu trả lời đúng: A.  B. C. D. Bài 7 Hai điện tích bằng nhau +Q nằm cách nhau một khoảng cách bằng 2 cm. Nếu một trong hai điện tích được thay thế bằng -Q thì so với trường hợp đầu, độ lớn của lực tương tác trong trường hợp sau sẽ: Chọn câu trả lời đúng: A. Nhỏ hơn.  B. Bằng nhau. C. Lớn hơn  D. Bằng không Bài 8 Hai quả cầu kim loại bằng nhau có đường kính d = 5 cm nằm trong dầu có hằng số điện môi ε = 2,2. Khoảng cách giữa hai tâm quả cầu bằng r = 50 cm. Hai quả cầu cùng được tích một điện lượng bằng nhau và nếu biết lực điện tương tác giữa chúng bằng F = 2,2.10-3 N, thì mật độ điện tích trên mặt các quả cầu bằng bao nhiêu? Chọn câu trả lời đúng: A. ≈ 3,8.10-5 C/m2. B. ≈ 4,2.10-5 C/m2. C. ≈ 4,7.10-5 C/m2. D. ≈ 5,1.10-5 C/m2. Bài 9Định luật Culong và định luật vạn vật hấp dẫn giống nhau ở điểm nào sau đây? Chọn câu trả lời đúng: A. Luôn luôn là lực hút.  B. Có độ lớn không phụ thuộc vào môi trường. C. Có độ lớn tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. D. Cả ba đáp án trên đều đúng. Bài 10 Một hệ điện tích có cấu tạo gồm một ion dương +e và hai ion âm giống nhau nằm cân bằng. Khoảng cách giữa hai ion âm là a. Bỏ qua trọng lượng của các ion. Hãy cho biết cấu trúc của hệ và khoảng cách giữa ion dương và ion âm (theo a) Chọn câu trả lời đúng: A. Điện tích +e nằm ở trung điểm đoạn thẳng nối q1, q2. B. Ba điện tích phải nằm ở ba đỉnh của một tam giác đều cạnh a. C. Điện tích +e chỉ cần nằm trên đường trung trực của đoạn thẳng nối q1, q2. D. Ba điện tích phải nằm ở ba đỉnh của một tam giác vuông cân có cạnh góc vuông là a. GV: Nguyễn Tuấn - Trường THPT Cầm Bá Thước Tel: 0373600022 Mail: N.tuancbt2003@gmail.com My Web: