Bài giảng Vật lí 11 - Bài học 1: Điện tích - Định luật Cu - Lông

Nội dung text: Bài giảng Vật lí 11 - Bài học 1: Điện tích - Định luật Cu - Lông

1. ĐIỆN TÍCH. ĐỊNH LUẬT CU-LƠNG 1. Cĩ hai loại điện tích: điện tích dương và điện tích âm. Các điện tích dương được đo bằng số dương, cịn các điện tích âm được đo bằng số âm. Các điện tích tương tác với nhau: các điện tích cùng dấu (cùng loại) thì đẩy nhau, các điện tích trái dấu (khác loại) thì hút nhau. Êlectron là hạt sơ cấp mang điện tích nguyên tố âm, -19 -31 qe = e = -1,6.10 C và cĩ khối lượng m = 9,1.10 kg. Điện tích q của một vật cĩ giá trị bằng một số nguyên lần điện tích nguyên tố: |q| = n.|e| với n là số electron.
2. 2. Định luật Cu-lơng Phát biểu: “Lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm đặt trong mơi trường cĩ hằng số điện mơi ε tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.” |qq . | FK= . 12 .r 2 Trong đĩ: • q1, q2: lần lượt là độ lớn của hai điện tích điểm (C) • F: lực Culong (N) • r: khoảng cách giữa hai điện tích • ε: điện mơi phụ thuộc vào mơi trường chứa điện tích. 9 2 2 • k=9.10 (N.m /C )
3. Câu 1: Quả cầu A cĩ điện tích -3,2.10-7 C đặt cách quả cầu B cĩ điện tích 2,4.10-7 C một khoảng 12cm. Tính lực tương tác giữa hai quả cầu và số electron thừa (thiếu) trong mỗi quả cầu. Tĩm tắt Giải −7 Lực tương tác giữa hai quả cầu là: qC1 =−3,2.10 −7 ||qq | (− 3,2.10−−77 ).(2,4.10 ) | qC2 = 2,4.10 12 93− FKN=22 =9.10 . = 48.10 r=12 cm r 0,12 F=?; n = ?; n = ? −7 12 Do qC1 = −3,2.10 0 → Quả cầu A thừa e Số e thừa cĩ trong quả cầu A là: ||q |− 3,2.10−7 | |q |= n .| e | → n =1 = = 2.1012 e 1 |e | |− 1,6.10−19 | −7 qC2 =2,4.10 0 → Quả cầu B thiếu e Số e thiếu trong quả cầu B là: ||q | 2,4.10−7 | |q |= n .| e | → n =2 = = 1,5.1012 e 2 2 2 |e | |1,6.10−7 |
4. Câu 2: Hai hạt bụi đặt trong khơng khí, mỗi hạt chứa 5.108 electron cách nhau 2 cm. Lực hút tĩnh điện giữa hai hạt bằng bao nhiêu? Tĩm tắt Giải Do mỗi hạt đều Do mỗi hạt đều chứa 5.108 e chứa 5.108 e 8 →n12 = n = 5.10 e →n = n = 5.108 e 12 => Điện tích mỗi hạt là như nhau qq12= r= 2 cm Độ lớn điện tích của mỗi hạt bụi là: F = ? 8−− 19 11 |q1 |= | q 2 | = n 1 .| e | = 5.10 .| − 1,6.10 | = 8.10 C Lực hút tĩnh điện giữa hai hạt bụi là: |qq . | | 5.1088 .5.10 | FKN=.12 = 9.1097 . = 1,44.10− r 220,02
5. Bài 3: Lực đẩy giữa hai hạt bụi trong khơng khí cách nhau 3 cm là 9,2.10-12 N. Điện tích âm giữa mỗi hạt bụi bị nhiễm bằng nhau. Tìm số electron thừa trong mỗi hạt bụi. Tĩm tắt Giải r= 3 cm Do điện tích âm mỗi hạt bụi bị nhiễm bằng nhau => qq12= qq12= |q . q | | q 2 | FN= 9,2.10−12 Ta cĩ: FKK== 1 2 1 rr22 nn==? 2− 12 2 12 Fr. 9,2.10 .0,03 →|qC2 | = = = 9,2.10− 25 1 K 9.109 −13 →|q12 | = 9,6.10 C = | q | Số e thừa trong mỗi hạt bụi là: ||q n= n =1 = 6.106 e . 12||e
6. -7 Câu 4: Hai điện tích điểm dương q1 = q2 = là 8.10 C được đặt trong khơng khí cách nhau 10 cm. a/Hãy xác định lực tương tác giữa hai điện tích đĩ. b/Đặt hai điện tích đĩ vào trong mơi trường cĩ hằng số điện mơi là ε = 2. Để lực tương tác giữa chúng là khơng đổi (bằng lực tương tác khi đặt trong khơng khí) thì khoảng cách giữa chúng lúc này là bao nhiêu? Tĩm tắt Giải -7 q1 = q2 = 8.10 C a)Lực tương tác giữa hai điện tích là: −−77 Khơng khí => ε = 1 |qq12 . | 9 | 8.10 .8.10 | F1 = k22 =9.10 = 0,576 N r1 =10 cm .r1 1.0,1 a) F1 = ? b) Ta cĩ: b) ε2 = 2 |q . q | | q . q | F= K1 2 → r2 = K 1 2 퐹 = 퐹 222 1 2 2 rF 2 2 2 −−77 r2 = ? | 8.10 .8.10 | r 2==9.10 9 . 5.10− 3 2 2.0,576 →=rm2 0,07
7. Câu 5: Hai điện tích điểm cĩ độ lớn bằng nhau được đặt trong khơng khí cách nhau 12 cm. Lực tương tác giữa hai điện tích đĩ bằng 10 N. Đặt hai điện tích đĩ 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 mơi của dầu. Tĩm tắt Giải |q . q | | q 2 | qq= Ta cĩ: 1 2 1 12 FKK1 == 22 1 rr 1 1 1 1 =1 2 2 r1 =12 cm 2 Fr1 1 1 10.0,12 →||q1 = = 9 FN1 =10 K 9.10 −6 r2 = 8 cm →|q12 | = 4.10 C = | q | FN2 =10 Ta lại cĩ: 2 qq1= 2 =?; 2 = ? |q1 . q 2 | | q 1 | FKK2 == 22 2 rr 2 2 2 2 −62 ||q1 9 | (4.10 ) | → 2 =K.22 = 9.10 . = 2,25 Fr22. 10.0,08
8. ▪ Electron: là hạt sơ cấp mang điện tích nguyên tố âm. −19 + Điện tích của electron: qe = e = −1,6.10 C −31 + Khối lượng của electron: me = 9,1.10 kg ▪ Proton: là hạt sơ cấp mang điện tích nguyên tố dương. −19 + Điện tích của proton: qp = p = +1,6.10 C + Khối lượng của proton: −27 mp =1,6.10 −27 kg mp =1,6.10 kg
9. 3. ĐỊNH LUẬT BẢO TỒN ĐIỆN TÍCH: + Ví dụ: Cĩ 2 quả cầu với điện tích lúc đầu là q1,q2. Sau khi chạm nhau và tách ra, điện tích mới là q’1, q’2 . Ta cĩ: q1 + q2 = q’1 + q’2 Tổng quát: tổng các điện tích trước khi tiếp xúc (va chạm) bằng tổng các điện tích sau khi tiếp xúc (va chạm). q1+ q 2 + + qnn = q ' 1 + q ' 2 + + q ' Lưu ý: Nếu hai điện tích cĩ cùng kích thước thì các điện tích của hệ sau khi tiếp xúc(va chạm) sẽ bằng nhau. qq''12=
10. Câu 1: Hai quả cầu nhỏ, giống nhau, bằng kim loại. Quả cầu A mang điện tích 4,50 µC; quả cầu B mang điện tích –2,40 µC. Cho chúng tiếp xúc nhau rồi đưa chúng ra cách nhau 1,56 cm. Tính lực tương tác tĩnh điện giữa chúng. Giải Tĩm tắt Do hai quả cầu cĩ cùng kích thước nên Giống nhau khi cho chúng tiếp xúc rồi tách nhau ra thì => cùng kích thước điện tích lúc sau của chúng sẽ bằng nhau: q==4,5 C 4,5.10−6 C 1 qq''12= q= −2,4 C = − 2,4.10−6 C 2 Áp dụng định luật bảo tồn điện tích: Tiếp xúc rồi tách nhau q+ q = q'' + q ra => điện tích thay đổi 1 2 1 2 r = 1,56cm q1 + q 2 = q'' 1 + q 1 q + q = 2' q F '?= 1 2 1 qq+ →=q ' 12 1 2
11. Câu 1 (tt) q1+ q 2 = q'' 1 + q 2 q1 + q 2 = q'' 1 + q 1 q1 + q 2 = 2' q 1 qq+ 4,5.10−−66+− ( 2,4.10 ) →q' =12 = = 1,05.10−6 C = q ' 1222 Lực tương tác tĩnh điện của chúng sau khi tiếp xúc là: |qq ' . ' | |1,05.10−−66 .1,05.10 | FKN'=12 = 9.109 . = 40,77 r 221.(0,0156)
12. Câu 2: Hai quả cầu nhỏ,giống nhau,bằng kim loại, đặt trong khơng khí. Quả cầu A cĩ điện tích -3,2.10-7 C, quả cầu B cĩ điện tích 2,4.10-7 C. Cho chúng tiếp xúc rồi đưa chúng ra cách nhau 12cm. Tính lực tương tác của hai quả cầu lúc này. Giải Tĩm tắt Do hai quả cầu cĩ cùng kích thước nên Giống nhau khi cho chúng tiếp xúc rồi tách nhau ra thì => cùng kích thước điện tích lúc sau của chúng sẽ bằng nhau: qC=−3,2.10−7 1 qq''12= qC= 2,4.10−7 2 Áp dụng định luật bảo tồn điện tích: Tiếp xúc rồi tách nhau q+ q = q'' + q ra => điện tích thay đổi 1 2 1 2 r = 12cm q1 + q 2 = q'' 1 + q 1 q + q = 2' q F '?= 1 2 1 qq+ →=q ' 12 1 2
13. Câu 2(tt) qq+ −+3,2.10−−77 2,4.10 →qC' =12 = = − 0,4.10−7 1 22 Lực tương tác tĩnh điện của chúng sau khi tiếp xúc là: |qq '. ' | | (−− 0,4.10−−77 ).( 0,4.10 ) | FKN'=12 = 9.1093 . = 10− .r 22 1.0,12
14. Câu 3: Hai quả cầu giống nhau mang điện, cùng đặt trong chân khơng, cách nhau R = 2cm thì chúng hút nhau bằng một lực F = 2,7.10-4N. Sau đĩ hai quả cầu tiếp xúc nhau rồi đưa về vị trí cũ cách nhau R = 2cm thì chúng đẩy nhau một lực F' = 3,6.10-4N. Tính điện tích của mỗi quả cầu trước khi tiếp xúc. Giải Tĩm tắt Giống nhau => cùng kích thước R = 2cm F = 2,7.10-4N Tiếp xúc rồi tách nhau ra => điện tích thay đổi F' = 3,6.10-4N qq12==?
15. |qq . | FK= . 12 .r 2 F21 21 12 F21 F12
16. 3. Qui tắc hình bình hành Nếu hai lực đồng qui làm thành hai cạnh của một hình bình hành thì đường chéo kẻ từ điểm đồng qui biểu diễn hợp lực của chúng. F1 F F = F + F 1 2 F2 ➢ Chú ý: Cách tính độ lớn của hợp lực F 2 2 F = F1 + 2F1F2 cos + F2 : Gĩc hợp bởi và F1 F2
17. II. TỔNG HỢP LỰC 3. Quy tắc hình bình hành ➢ Cách vẽ hợp lực F  F1 F  O  F2
18. Bài tập vận dụng: Ԧ Vẽ véctơ hợp lực của F1 và 퐹2 và tính độ lớn hợp lực của chúng. a) F1 = F2 = 5N b) F1 = 3/4F2 = 6N r r F1 F 1200 O r F2 O a) b)
19. -8 -8 Câu 4: Hai điện tích q1 = 8.10 C, q2 = –8.10 C đặt tại A và B trong khơng khí (AB = 6 cm). -8 Xác định lực tác dụng lên q3 = 8.10 C đặt tại C, nếu: a/CA = 4 cm, CB = 2 cm. b/CA = 4 cm, CB = 10 cm. Giải Tĩm tắt a) -8 q1 = 8.10 C, -8 q2 = –8.10 C -8 Lực do q1 tác dụng lên q3 là: q3 = 8.10 C −−88 |qq13 . | 9 | 8.10 .8.10 | F = ? FKN13 =.22 = 9.10 . = 0,036 C .AC 1.0,04 Lực do q2 tác dụng lên q3 là: |qq . | | 8.10−−88 .8.10 | FKN=.213 = 9.109 . = 0,144 23 .BC 22 1.0,02 Do 2 lực này cùng phương, cùng chiều nên: FFFNC =13 + 23 =0,036 + 0,144 = 0,18
20. -8 -8 Câu 4: Hai điện tích q1 = 8.10 C, q2 = –8.10 C đặt tại A và B trong khơng khí (AB = 6 cm). -8 Xác định lực tác dụng lên q3 = 8.10 C đặt tại C, nếu: a/CA = 4 cm, CB = 2 cm. b/CA = 4 cm, CB = 10 cm. c/CA = CB = 5 cm. Giải Tĩm tắt b) -8 q1 = 8.10 C, -8 q2 = –8.10 C -8 Lực do q1 tác dụng lên q3 là: q3 = 8.10 C −−88 |qq13 . | 9 | 8.10 .8.10 | F = ? FKN13 =.22 = 9.10 . = 0,036 C .AC 1.0,04 Lực do q2 tác dụng lên q3 là: |qq . | |− 8.10−−88 .8.10 | FKN=23 =9.1093 . = 5,76.10− 23 .BC 22 1.0,1 Do 2 lực này cùng phương, ngược chiều nên: −3 FFFNC =|13 − 23 | = 0,036 − 5,76.10 = 0,03
21. -8 -8 Câu 4: Hai điện tích q1 = 8.10 C, q2 = –8.10 C đặt tại A và B trong khơng khí (AB = 6 cm). -8 Xác định lực tác dụng lên q3 = 8.10 C đặt tại C, nếu: a/CA = 4 cm, CB = 2 cm. b/CA = 4 cm, CB = 10 cm. c/CA = CB = 5 cm. Giải Tĩm tắt c) q = 8.10-8 C, Lực do q1 tác dụng lên q3 là: 1 −−88 -8 |qq13 . | 9 | 8.10 .8.10 | q2 = –8.10 C FK13 = . 2 ==9.10 .2 0,023N -8 .AC 1.0,05 q3 = 8.10 C Lực do q2 tác dụng lên q3 là: |qq . | FC = ? FK= . 213 23 .BC 2 Ta cĩ : =5300 → 2 = 106 Vì hai lực này hợp nhau một gĩc 2 nên lực tổng hợp tại C là: 2 2 2 FFFFFC =1 + 2 + 2. 1 . 2 .cos(2 ) 24− →=FC 7,66.10 →=FNC 0,027
22. -8 -8 -8 Câu 5: Ba điện tích điểm q1 = 4. 10 C, q2 = –4.10 C, q3 = 5.10 C được đặt trong khơng khí tại ba đỉnh của một tam giác đều cạnh 2 cm. Xác định vectơ lực tác dụng lên q3? Đáp án: F = 45.10-3 N.
23. -8 -8 -7 Câu 6: Ba điện tích điểm q1 = 27.10 C, q2 = 64.10 C, q3 = –10 C đặt trong khơng khí lần lượt tại ba đỉnh của một tam giác ABC vuơng tại C. Cho AC = 30 cm, BC = 40 cm. Xác định -4 vectơ lực tác dụng lên q3. Đáp án: F = 45.10 N.
24. -9 -9 Câu 7: Người ta đặt 3 điện tích q1 = 8.10 C, q2 = q3 = -8.10 C tại 3 đỉnh của tam giác đều -9 ABC cạnh a = 6 cm trong khơng khí. Xác định lực tác dụng lên qo = 6.10 C tại tâm O của tam giác. Đáp án: F = 7,2.10-4 N. Giải F23
25. -9 -9 Câu 8: Hai điện tích q1 = -12.10 C và q2 = 3.10 C đặt trong khơng khí lần lượt tại hai điểm -9 AB cách nhau 12cm. Xác định vị trí đặt q3 = 3.10 để q3 nằm cân bằng?
26. I. LỰC – CÂN BẰNG LỰC 2. CÂN BẰNG LỰC QUAN SÁT HÌNH SAU a. Hai lực cân bằng: là hai lực • Cùng tác dụng lên một vật • Cùng giá T • Cùng độ lớn • Ngược chiều nhau. m b. Các lực cân bằng : P Là các lực khi tác dụng đồng thời vào một vật thì khơng gây HÃY CHO BIẾT CÓ NHỮNG ra gia tốc cho vật. LỰC NÀO TÁC DỤNG LÊN VẬT m? Hãy nhận xét về điểm đặt, phương chiều, độ lớn của các lực này
27. -9 -9 Câu 8: Hai điện tích q1 = -12.10 C và q2 = 3.10 C đặt trong khơng khí lần lượt tại hai điểm -9 AB cách nhau 12cm. Xác định vị trí đặt q3 = 3.10 để q3 nằm cân bằng? Giải Gọi F 13 là lực do q 1 tác dụng lên q3 Thay số ta tìm được r = 24cm và r =12cm q 13 23 Gọi F 23 là lực do q 2 tác dụng lên 3 Ԧ Ԧ Để q3 nằm cân bằng thì 퐹13 và 퐹23 là hai lực cân Vậy để cân bằng thì q3 nằm trên AB cách A bằng. Do đĩ ta cĩ hình vẽ: 24cm và cách B 12cm A B F13 F23 q 1 q2 |q1 . q 3 | | q 2 . q 3 | KK 22 = .(0,12+ rr23 ) . 23
28. -8 -7 Câu 9 :Hai điện tích q1 = -2.10 C, q2 = -1,8.10 C đặt tại A và B trong khơng khí, AB = 8 cm. Một điện tích q3 đặt tại C. Hỏi a/ C ở đâu để q3 cân bằng b/ Dấu và độ lớn của q3 để q1, q2 cũng cân bằng Giải Gọi F 13 là lực do q 1 tác dụng lên q3 q Gọi F 23 là lực do q 2 tác dụng lên 3 Ԧ Ԧ Để q3 nằm cân bằng thì 퐹13 và 퐹23 là hai lực cân bằng. Do đĩ ta cĩ hình vẽ: |q1 . q 3 | | q 2 . q 3 | =KK22 .(rr23− 0,08) . 23 F13 F23 Thay số ta tìm được r13 = cm và r23= cm F 23 F13 Vậy để cân bằng thì q3 nằm trên AB cách A cm và cách B .
29. -8 -8 Bài 10: Hai điện tích q1 = 2.10 C, q2 = –8.10 C đặt tại A và B trong khơng khí, AB = 8 cm. Một điện tích q3 đặt tại C. Xác định a/ Vị trí của C để q3 nằm cân bằng? b/ Dấu và độ lớn của q3 để q1 và q2 cũng nằm cân bằng?