Bài giảng Vật lí 11 - Bài dạy 3: Điện trường và cường độ điện trường đường sức điện

Nội dung text: Bài giảng Vật lí 11 - Bài dạy 3: Điện trường và cường độ điện trường đường sức điện

1. Bài 1: Một quả cầu nhỏ mang điện tích Q = 10-6 C đặt trong không khí. a) Tính cường độ điện trường tại M cách tâm quả cầu một khoảng R = 10 cm. b) Đặt điện tích q = -2.10-7 C tại M, xác định lực điện trường do quả cầu mang điện tích Q tác dụng lên q. Suy ra lực điện trường tác dụng lên quả cầu mang điện Q. Tóm tắt Giải  =1 a) Cường độ điện trường gây ra tại M là: −6 −6 |Q | |10 | QC=10 E= K. = 9.1095 . = 9.10 V / m .R22 1.0,1 R=10 cm b) Khi đặt điện tích q tại M, lúc này điện tích q sẽ chịu tác dụng của aE)?= lực điện tích Q gây nên. bF)?= Lực điện tác dụng lên điện tích q là: F=| q |. E = | − 2.10−7, |.9.10 5 = 0,18 N Lực điện trường tác dụng lên điện tích Q lớn cũng bằng lực điện trường tác dụng lên điện tích q và bằng 0,18N
2. Bài 2: Một điện tích q được đặt trong điện môi đồng tính, vô hạn. Tại điểm M cách đó 40 cm, điện trường có cường độ 9.105 V/m và hướng về điện tích q, biết hằng số điện môi của môi trường là 2,5. Xác định dấu và độ lớn của q. Tóm tắt Giải R=40 cm − E = 9.105 V / m Do điện trường hướng về điện tích q nên: q < 0 Ta có:  = 2,5 Điện trường hướng về ||q EK= . 2 điện tích q .R q=? ER. .2 9.10 5 .2,5.0,4 2 →|qC | = = = 4.10−5 K 9.109 Như vậy điện tích q bằng : q = - 4.10-5 C.
3. Bài 3: Điện tích điểm q = –3μC đặt tại điểm có cường độ điện trường E = 12 000V/m, có phương thẳng đứng chiều từ trên xuống dưới. Xác định phương chiều và độ lớn của lực tác dụng lên điện tích q. Giải Tóm tắt Đổi q= −3 C = − 3.10−6 C q = –3μC E = 12 000V/m, Khi điện tích q đặt tại điểm có cường độ điện trường E thì Và có phương thẳng đứng, nó sẽ chịu tác dụng của lực điện trường F. chiều trên xuống dưới Lực tác dụng lên điện tích q là: F = ? F=| q |. E = | − 3.10−6 |.12000 = 0,036 N Do q Lực F có phương thẳng đứng chiều từ dưới lên trên.
4. Bài Bonus. Một điện tích điểm q = 10-6C đặt trong không khí a. Xác định cường độ điện trường tại điểm cách điện tích 30cm, vẽ vectơ cường độ điện trường tại điểm này? b. Đặt điện tích trong chất lỏng có hằng số điện môi ε = 16. Điểm có cường độ điện trường như câu a cách điện tích bao nhiêu?
5. II. Cường độ điện trường • Cường độ điện trường của một điện tích điểm Q trong chân không 퐹 • E = 푄 푞 E = k 푄.푞 2 • F = k 2 • → E không phụ thuộc độ lớn của q
6. Nguyên lí chồng chất điện trường • Theo quy tắc cộng vectơ • = 1 + 2 + . • → chỉ có duy nhất 1 vectơ điện trường tổng hợp tại 1 điểm!
7. -6 -6 Bài 6: Hai điện tích q1 = -10 C, q2 = 10 C đặt tại hai điểm A, B cách nhau 40cm trong chân không. Xác định véc tơ cường độ điện trường tại a/ M là trung điểm của AB. b/ N có AN = 20cm; BN = 60 cm. Giải Tóm tắt a) Do M là trung điểm AB nên MA = MB = 20cm q = 10-6 C 1 Gọi 1 và 2 là cường độ điện trường do q1 và q2 gây ra tại điểm M. q = -10-6 C 2 A B AB = 40cm q1 q2 E =? Nếu: Ta có: a) MA = MB −6 ||q1 9 |10 | b) AN= 20cm, E1 = K.22 = 9.10 . = 225000( V / m ) BN =60cm .AM 1.0,2 ||q |− 10−6 | E= K.2 = 9.109 . = 225000( V / m ) 2 .BM 22 1.0,2 5 Do 1 và 2 cùng phương cùng chiều nên: E = E1 + E2 = 4,5.10 V/m
8. -6 -6 Bài 6: Hai điện tích q1 = -10 C, q2 = 10 C đặt tại hai điểm A, B cách nhau 40cm trong chân không. Xác định véc tơ cường độ điện trường tại a/ M là trung điểm của AB. b/ N có AN = 20cm; BN = 60 cm. Giải Tóm tắt b) AN = 20cm và BN = 60cm q = -10-6 C 1 Gọi 1 và 2 là cường độ điện trường do q1 và q2 gây ra tại điểm M. -6 q q2 = 10 C q1 2 AB = 40cm E =? Nếu: Ta có: a) MA = MB −6 ||q1 9 |10 | b) AN= 20cm, E1 = K.22 = 9.10 . = 225000( V / m ) BN =60cm .AN 1.0,2 ||q |− 10−6 | E= K.2 = 9.109 . = 25000( V / m ) 2 .BN 22 1.0,6 5 Do 1 và 2 cùng phương, ngược chiều nên: E = |E1 - E2|= 2.10 V/m
9. -10 -10 Bài 7: Cho hai điện tích q1 = 4.10 C, q2 = -4.10 C đặt tại A, B trong không khí biết AB = 10cm. Xác định véc tơ cường độ điện trường E tại a/ Trung điểm của AB. b/ M biết MA = MB = 10cm. Giải Tóm tắt a) Do M là trung điểm AB nên MA = MB = 5cm q = 4.10-10 C 1 Gọi 1 và 2 là cường độ điện trường do q1 và q2 gây ra tại điểm M. q = -4.10-10 C 2 A B AB = 10cm q1 q2 E =? Nếu: Ta có: a) MA = MB −10 ||q1 9 | 4.10 | b) MA= 10cm, E1 = K.22 = 9.10 . = 1440( V / m ) MB =10cm .AN 1.0,05 ||q |− 4.10−10 | E= K.2 = 9.109 . = 1440( V / m ) 2 .BN 22 1.0,2 Do 1 và 2 cùng phương cùng chiều nên: E = E1 + E2 = 2880 V/m
10. -10 -10 Bài 7: Cho hai điện tích q1 = 4.10 C, q2 = -4.10 C đặt tại A, B trong không khí biết AB = 10cm. Xác định véc tơ cường độ điện trường E tại a/ Trung điểm của AB. b/ M biết MA = MB = 10cm. Giải Tóm tắt b) Do MA = MB = 10 cm và AB = 10cm => 3 điểm A,B,M tạo thành tam giác đều q = 4.10-10 C 1 Gọi và là cường độ điện trường do q và q gây ra tại điểm M. -10 1 2 1 2 q2 = -4.10 C AB = 10cm Ta có: ||q | 4.10−10 | E =? Nếu: E= K.1 = 9.109 . = 360( V / m ) 1 .AM 22 1.0,1 a) MA = MB −10 b) MA= 10cm, ||q2 9 |− 4.10 | E2 = K. = 9.10 . = 360( V / m ) MB =10cm .BM 22 1.0,1 0 Ta thấy góc hợp giữa 1 và 2 là 2∝ với ∝ = 60 ( tự tính ) 22 = EEEEE =1 + 2 + 2. 1 . 2 .cos 2 E =36022 + 360 + 2.360.360.cos120 = 360 V / m
11. Bài 8: Tại ba đỉnh của tam giác đều ABC, cạnh a = 10cm có ba điện tích điểm bằng nhau và bằng 10nC. Hãy xác định cường độ điện trường tại a/ Trung điểm của mỗi cạnh tam giác. Giải Tóm tắt Vì tam giác ABC là Tam giác đều và 3 điện tích có độ lớn bằng nhau nên cường q = 10nC độ điện trường tại trung điểm mỗi cạnh của tam giác là như nhau. a = 10cm Gọi 1, 2 và 3 là cường độ điện trường do q1, q2 và q3 gây ra E =? Tại trung tại H (H trung điểm AB) điểm mỗi cạnh tam giác
12. Bài 9: Tại 3 định của hình vuông cạnh a = 40 cm, người ta đặt ba điện tích điểm bằng nhau -9 q1 = q2 = q3 = 5.10 C. Hãy xác định. a/ Véc tơ cường độ điện trường tại đỉnh thứ tư của hình vuông. Giải Tóm tắt a) Gọi , và là cường độ điện trường do q , q và q gây ra tại đỉnh q = 5.10-9C 1 2 3 1 2 3 thứ 4 ( đỉnh D của hình vuông ABCD) a = 40cm Cường độ điện trường tổng hợp tại D là : = 1 + 2 + 3 E =? Tại cạnh thứ tư của = 13 + 2 hình vuông. Do 1 và 3 vuông góc với nhau nên : 22 E13= E 1 + E 3 = 281,25 2 V / m Vì ABCD là hình vuông nên 13 cùng phương, cùng chiều với 2 EEE=13 + 2 = 538,37 Vm /
13. -7 Bài 10: Tại hai điểm cố định A, B trong chân không cách nhau 60cm đặt hai điện tích q1 = 10 C; -8 q2 = -2,5.10 C a/ Xác định vị trí điểm M mà tại đó điện trường tổng hợp bằng 0. . Tóm tắt Giải -7 a) Để cường độ điện trường tổng hợp bằng 0 thì tại vị trí M hai cường q1 = 10 C -8 độ điện trường và phải cùng phương, ngược chiều và có độ lớn q2 = -2,5.10 C 1 2 AB = 60 cm bằng nhau. A B M a) AM = ? ; BM= ? q q Để E = 0. 1 2 E 2 Ta có: E1 |qq | | | EEKK= 12 = 12 AM22 BM |qq | | | =KK 12 ()AB+ BM22 BM →BM =0,6 m = 60 cm ; AM = 120 cm
14. -8 -9 Bài 11: Hai điện tích điểm q1 = 2.10 C và q2 = 5.10 C được đặt tại hai điểm A, B cách nhau 21cm trong chân không a/ Tìm điểm C mà tại đó cường độ điện trường tổng hợp bằng không. Tại đó có điện trường hay không. Tóm tắt Giải -8 a) Để cường độ điện trường tổng hợp bằng 0 thì tại vị trí C hai cường q1 = 2.10 C -9 độ điện trường và phải cùng phương, ngược chiều và có độ lớn q2 = 5.10 C 1 2 AB = 21 cm bằng nhau. A E 2 C E1 B a) AC = ? ; BC= ? Để E = 0. q1 q2 Ta có: |qq | | | EEKK= 12 = 12 AC22 BC |qq | | | =KK 12 ()AB− BC22 BC →BC =0,07 m = 7 cm ; AC = 14 cm
15. -6 -6 Bài bổ sung: Hai điện tích điểm q1 = 4.10 C; q2 = 36.10 C đặt tại hai điểm cố định A và B trong dầu (ε = 2) AB = 16cm. Xác định vị trí của điểm M mà tại đó cường độ điện trường tổng hợp bằng không. Tóm tắt Giải -6 a) Để cường độ điện trường tổng hợp bằng 0 thì tại vị trí C hai cường q1 = 4.10 C -6 độ điện trường và phải cùng phương, ngược chiều và có độ lớn q2 = 36.10 C 1 2 AB = 16 cm bằng nhau. ε = 2 A E 2 M E1 B a) AM = ? ; BM= ? q1 q2 Để E = 0. Ta có: |qq | | | EEKK= 12 = 12  AM22 BM |qq | | | =KK 12 .(AB− BM )22 . BM →BM =0,12 m = 12 cm ; AM = 4 cm
16. -8 -9 Bài 12: Hai điện tích điểm q1 = 2.10 C và q2 = 5.10 C được đặt tại hai điểm A, B cách nhau 10cm trong chân không. a/ Tìm điểm C mà ở đó cường độ điện trường do hai điện tích sinh ra bằng nhau. Tại đó có điện trường không? nếu có hãy tính điện trường tổng hợp tại đó. Tóm tắt Giải -8 a) Để cường độ điện trường do hai điện tích sinh ra bằng nhau thì tại vị q1 = 2.10 C -9 trí C hai cường độ điện trường và phải cùng phương, cùng chiều q2 = 5.10 C 1 2 AB = 10 cm và có độ lớn bằng nhau. A B C E 2 a) AC = ? ; BC= ? Để E bằng nhau. q1 q2 Ta có: E1 |qq | | | EEKK= 12 = Cường độ điện trường 12 AC22 BC tổng hợp là: |qq12 | | | =KK E= E12 + E = 9000 V / m ()AB+ BC22 BC →BC =0,1 m = 10 cm ; AC = 20 cm
17. Bài thêm: Hai điện tích q1 = -9µC và q2 = 4µC đặt tại A, B cách nhau 20cm. Tìm vị trí điểm C để tại đó véc tơ cường độ điện trường do hai điện tích q1 và q2 gây ra bằng nhau. Tóm tắt Giải a) Để cường độ điện trường tổng hợp bằng 0 thì tại vị trí C hai cường q1 = -9µC độ điện trường 1 và 2 phải cùng phương, cùng chiều và có độ lớn q2 = 4µC AB = 20 cm bằng nhau. A E 2 C B a) AC = ? ; BC= ? Để E bằng nhau. q1 E1 q2 Ta có: |qq | | | EEKK= 12 = 12 AC22 BC |qq | | | =KK 12 ()AB− BC22 BC →BC =0,08 m = 8 cm ; AC = 12 cm