Giáo án tham khảo Vật lý 11 - Chương I: Điện tích. Điện trường

CHƯƠNG I: ĐIỆN TÍCH. ĐIỆN TRƯỜNG. Gồm ba chủ đề. - Chủ đề 1: Điện tích. Lực điện. Điện trường. - Chủ đề 2: Điện thế. Hiệu điện thế. - Chủ đề 3: Tụ điện. Chủ đề 1: ĐIỆN TÍCH. LỰC ĐIỆN. ĐIỆN TRƯỜNG. I. Kiến thức: 1. Vật nhiểm điện_ vật mang điện, điện tích_ là vật có khả năng hút được các vật nhẹ. Có 3 hiện tượng nhiễm điện là nhiễm điện do cọ xát, nhiễm điện do do tiếp xúc và nhiễm điện do hưởng ứng. 2. Một vật tích điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách tới điểm ta xét được gọi là điện tích điểm. 3. Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, trái (ngược) dấu thì hút nhau. 4. Định luật Cu_Lông (Coulomb): Lực hút hay đẩy giữa hai điện tích điểm đạt trong chân không có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm đó, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng Công thức: Với k = () q1, q2 : hai điện tích điểm (C ) r : Khoảng cách giữa hai điện tích (m) 5.Lực tương tác của các điện tích trong điện môi (môi trường đồng tính) Điện môi là môi trường cách điện. Các thí nghiệm đã chứng tỏ rằng, lực tương tác giữa các điện tích điểm đặt trong một điện môi đồng chất, chiếm đầy không gian xung quanh điện tích, giãm đi lần khi chúng được đặt trong chân không: . : hằng số điện môi của môi trường. (chân không thì = 1) 6. Thuyết electron (e) dựa vào sự cư trú và di chuyển của các e để giải thích các hiện tượng điện và các tính chất điện của các vật. Trong việc vận dụng thuyết e để giải thích các hiện tượng nhiễm điện (do cọ xát, tiếp xúc, hưởng ứng), ta thừa nhận chỉ có e có thể di chuyển từ vật này sang vật kia hoặc từ điểm này đến điểm kia trên vật. 7. Định luật bảo toàn điện tích: Trong một hệ vật cô lập về điện, tổng đại số của các điện tích là không đổi. 8. Xung quanh mỗi điện tích tồn tại một điện trường, điện trường này tác dụng lực điện lên các điện tích khác đặt trong nó. 9. Cường độ điện trường (cđđt) đặc trưng cho tác dụng lực điện của điện trường. Cường độ điện trường là đại lượng vectơ được biểu diễn bằng vectơ CĐĐT: 10. Cường độ điện trường của một điện tích điểm Q tại điểm cách nó một khoảng r trong chân không (hoặc trong không khí) : Nếu đặt điện tích trong môi trường điện môi đồng chất: Với là hằng số điện môi của môi trường. 11. Đường sức điện là đường mà tiếp tuyến tại mỗi điểm của nó là giá của vectơ cđđt tại điểm đó. Đường sức điện đi ra từ điện tích dương và đi vào (kết thúc) ở điện tích âm. Qua mỗi điểm trong điện trường chỉ duy nhất có một đường sức. Quy ước vẽ số đường sức: số đường sức đi qua một điện tích nhất định, đặt vuông góc với đường sức tại điểm mà ta xét thì tỉ lệ với cđđt tại điểm đó. 12. Nguyên lí chồng chất điện trường: . II. Hướng dẫn giải bài tập: - Trong SGK VL 11, công thức của định luật CouLomb chỉ dùng để tính độ lớn của lực tác dụng giữa hai điện tích điểm. Vì vậy, ta chỉ đưa độ lớn (chứ không đưa dấu) của các điện tích vào công thức. - Để xác định lực tương tác giữa hai điện tích điểm, ta dùng định luật CouLomb. Để xác định lực điện trong trường hợp tổng quát, ta dùng công thức: - Ngoài lực điện, trên điện tích còn có thể có các lực khác tác dụng như trọng lực, lực đàn hồi, … Hợp lực của các lực này sẽ gây ra gia tốc cho điện tích. - Thuật ngữ “cường độ điện trường” vừa được dùng để chỉ chính đại lượng cường độ điện trường với tư cách là đại lượng vectơ, vừa để chỉ độ lớn của đại lượng đó. III. Bài tập: Dạng 1: XÁC ĐỊNH LỰC TƯƠNG TÁC CỦA CÁC ĐIỆN TÍCH ĐIỂM. PP chung: ø TH chỉ có hai (2) điện tích điểm q1 và q2. - Ap dụng công thức của định luật Cu_Lông : (Lưu ý đơn vị của các đại lượng) - Trong chân không hay trong không khí = 1. Trong các môi trường khác > 1. ø TH có nhiều điện tích điểm. - Lực tác dụng lên một điện tích là hợp lực cùa các lực tác dụng lên điện tích đó tạo bởi các điện tích còn lại. - Xác định phương, chiều, độ lớn của từng lực, vẽ các vectơ lực. - Vẽ vectơ hợp lực. - Xác định hợp lực từ hình vẽ. Khi xác định tổng của 2 vectơ cần lưu ý các trường hợp đặc biệt là tam gaic1 vuông, cân, đều, … Nếu không xảy ra ở các trường hợp đặc biệt đó thì có thể tính độ dài của vec tơ bằng định lý hàm số cosin a2 = b2 + c2 – 2bc.cosA. 1. Hai điện tích điểm dương q1 và q2 có cùng độ lớn điện tích là 8.10-7 C được đặt trong không khí cách nhau 10 cm. a. Hãy xác định lực tương tác giữa hai điện tích đó. b. Đặt hai điện tích đó vào trong môi trường có hằng số điện môi là e =2 thì lực tương tác giữa chúng sẽ thay đổi thế nào ? Để lực tương tác giữa chúng là không đổi (bằng lực tương tác khi đặt trong không khí) thì khoảng cách giữa chúng khi đặt trong môi trường có hằng số điện môi e =2 là bao nhiêu ? Đs: 0,576 N, 0,288 N, 7 cm. 2. Hai điện tích điểm như nhau đặt trong chân không cách nhau một đoạn 4 cm, lực đẩy tĩnh điện giữa chúng là 10-5 N. a. Tìm độ lớn mỗi điện tích. b. Tìm khoảng cách giữa chúng để lực đẩy tĩnh điện giữa chúng là 2,5. 10-6 N. Đs: 1,3. 10-9 C. 8 cm. 3. Mỗi prôtôn có khối lượng m= 1,67.10-27 kg, điện tích q= 1,6.10-19C. Hỏi lực đẩy giữa hai prôtôn lớn hơn lực hấp dẫn giữa chúng bao nhiêu lần ? Đ s: 1,35. 1036 4. Hai vật nhỏ giống nhau, mỗi vật thừa 1 electron. Tìm khối lượng mỗi vật để lực tĩnh điện bằng lực hấp dẫn. Đ s: 1,86. 10-9 kg. 5. Hai vật nhỏ đặt trong không khí cách nhau một đoạn 1m, đẩy nhau một lực F= 1,8 N. Điện tích tổng cộng của hai vật là 3.10-5 C. Tìm điện tích của mỗi vật. Đ s: q1= 2. 10-5 C, q2 = 10-5 C (hoặc ngược lại) 6. Hai điện tích q1 = 8.10-8 C, q2 = -8.10-8 C đặt tại A và B trong không khí (AB = 6 cm). Xác định lực tác dụng lên q3 = 8.10-8 C , nếu: a. CA = 4 cm, CB = 2 cm. b. CA = 4 cm, CB = 10 cm. c. CA = CB = 5 cm. Đ s: 0,18 N; 30,24.10-3 N; 27,65.10-3 N. 7. Người ta đặt 3 điện tích q1 = 8.10-9 C, q2 = q3 = -8.10-9 C tại ba đỉnh của một tam giác đều cạnh 6 cm trong không khí. Xác định lực tác dụng lên điện tích q0 = 6.10-9 C đặt ở tâm O của tam giác. Đ s: 72.10-5 N. 8. Ba điện tích điểm q1 = -10-7 C, q2 = 5.10-7 C, q3 = 4.10-7 C lần lượt đặt tại A, B, C trong không khí, AB = 5 cm. AC = 4 cm. BC = 1 cm. Tính lực tác dụng lên mỗi điện tích. Đ s: 4,05. 10-2 N. 16,2. 10-2 N. 20,25. 10-2 N. 9. Ba điện tích điểm q1 = 4. 10-8 C, q2 = -4. 10-8 C, q3 = 5. 10-8 C. đặt trong không khí tại ba đỉnh của một tam giác đều cạnh 2 cm. Xác định vectơ lực tác dụng lên q3 ? Đ s: 45. 10-3 N. 10 Ba điện tích điểm q1 = q2 = q3 = 1,6. 10-19 C. đặt trong chân không tại ba đỉnh của một tam giác đều cạnh 16 cm. Xác định vectơ lực tác dụng lên q3 ? Đ s: 15,6. 10-27N. 11. Ba điện tích điểm q1 = 27.10-8 C, q2 = 64.10-8 C, q3 = -10-7 C đặt trong không khí lần lượt tại ba đỉnh của một tam giác vuông (vuông góc tại C). Cho AC = 30 cm, BC = 40 cm.Xác định vectơ lực tác dụng lên q3. Đ s: 45.10-4 N. 12. Hai điện tích q1 = -4.108 C, q2 = 4. 10-8 C đặt tại hai điểm A và B cách nhau một khoảng 4 cm trong không khí. Xác định lực tác dụng lên điện tích q = 2.10-9 C khi: a. q đặt tại trung điểm O của AB. b. q đặt tại M sao cho AM = 4 cm, BM = 8 cm. 13. Hai điện tích điểm q1 = q2 = 5.10-10 C đặt trong không khí cách nhau một đoạn 10 cm. a. Xác định lực tương tác giữa hai điện tích? b. Đem hệ hai điện tích này đặt vào môi trường nước (e = 81), hỏi lực tương tác giữa hai điện tích sẽ thay đổi thế nào ? Để lực tương tác giữa hai điện tích không thay đổi (như đặt trong không khí) thì khoảng cách giữa hai điện tích là bao nhiêu? 14. Cho hai điện tích q1 và q2 đặt cách nhau một khoảng r = 30 cm trong không khí, lực tác dụng giữa chúng là F0. Nếu đặt chúng trong dầu thì lực này yếu đi 2,25 lần. Vậy cần dịch chuyển chúng lại một khoảng bằng bao nhiêu để lực tương tác giữa chúng vẫn bằng F ? Đ s: 10 cm. Dạng 2: ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH. PP Chung: ø Đối với dạng bài tập này, Hs cần vận dụng 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” 1. Hai quả cầu kim loại nhỏ như nhau mang các điện tích q1 và q2 đặt trong không khí cách nhau 2 cm, đẩy nhau bằng một lực 2,7.10-4 N. Cho hai quả cầu tiếp xúc nhau rồi lại đưa về vị trí cũ, chú đẩy nhau bằng một lực 3,6.10-4 N. Tính q1, q2 ? Đ s: 6.10-9 C , 2. 10-9 C. -6. 10-9 C, -2. 10-9 C. 2. 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 điện giữa chúng. Đ s: 40,8 N. 3. Hai quả cầu nhỏ bằng kim loại giống hệt nhau, mang điện tích như nhau q đặt cách nhau một khoảng R, chúng đẩy nhau một lực có độ lớn 6,4 N. Sau khi cho chúng tiếp xúc nhau rồi tách ra một khoảng 2R thì chúng đẩy nhau một lực bao nhiêu ? Đ s: 1,6 N. 4. Hai hòn bi bằng kim loại giống nhau, hòn bi này có độ lớn điện tích bằng 5 lần hòn bi kia. Cho xê dịch hai hòn bi chạm nhau rồi đặt chúng lại vị trí cũ. Độ lớn của lực tương tác biến đổi thế nào nếu điện tích của chúng : a. cùng dấu. b. trái dấu. Đ s: Tăng 1,8 lần. Giãm 0,8 lần. 5. Hai hòn bi bằng kim loại giống nhau có điện tích cùng dấu q và 4q ở cách nhau một khoảng r. Sau khi cho hai hòn bi tiếp xúc nhau, để cho lực tương tác giữa chúng không thay đổi, ta phải đặt chúng cách một khoảng r’. Tìm r’ ? Đ s: r’ = 1,25 r. 6. Hai quả cầu kim loại giống nhau, được tích điện 3.10-5 C và 2.10-5 C. Cho hai quả cầu tiếp xúc nhau rồi đặt cách nhau một khoảng 1m. Lực điện tác dụng lên mỗi quả cầu có độ lớn là bao nhiêu? Đ s: 5,625 N. Dạng 3: ĐIỀU KIỆN CÂN BẰNG CỦA MỘT ĐIỆN TÍCH. PP Chung Khi khảo sát điều kiện cân bằng của một điện tích ta thường gặp hai trường hợp: ø. Trường hợp chỉ có lực điện: - Xác định phương, chiều, độ lớn của tất cả các lực điện , , … tác dụng lên điện tích đã xét. - Dùng điều kiện cân bằng: - Vẽ hình và tìm kết quả. ø. Trường hợp có thêm lực cơ học (trọng lực, lực căng dây, …) - Xác định đầy đủ phương, chiều, độ lớn của tất cả các lực tác dụng lên vật mang điện mà ta xét. - Tìm hợp lực của các lực cơ học và hợp lực của các lực điện. - Dùng điều kiện cân bằng: ó (hay độ lớn R = F). 1. Hai điện tích điểm q1 = 10-8 C, q2 = 4. 10-8 C đặt tại A và B cách nhau 9 cm trong chân không. Phải đặt điện tích q3 = 2. 10-6 C tại đâu để điện tích q3 nằm cân bằng (không di chuyển) ? Đ s: Tại C cách A 3 cm. cách B 6 cm. 2. Hai điện tích điểm q1 = q2 = -4. 10-6C, đặt tại A và B cách nhau 10 cm trong không khí. Phải đặt điện tích q3 = 4. 10-8C tại đâu để q3 nằm cân bằng? Đ s: CA = CB = 5 cm. 3. Hai điện tích q1 = 2. 10-8 C, q2= -8. 10-8 C đặt tại A và B trong không 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 và q2 cũng cân bằng ? Đs: CA= 8 cm,CB= 16 cm. q3 = -8. 10-8 C. 4. Hai điện tích q1 = - 2. 10-8 C, q2= 1,8. 10-8 C đặt tại A và B trong không 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 và q2 cũng cân bằng ? Đs: CA= 4 cm,CB= 12 cm. q3 = 4,5. 10-8 C. 5. Tại ba đỉnh của một tam giác đều cạnh a người ta đặt ba điện tích giống nhau q1 = q2 = q3 = 6. 10-7 C. Hỏi phải đặt đặt điện tích thứ tư q0 tại đâu, có giá trị là bao nhiêu để hệ thống đứng yên cân bằng? Đ s: q0 = 6. Cho hai điện tích q1 = 6q, q2 = lần lượt đặt tại A và B cách nhau một một khoảng a (cm). Phải đặt một điện tích q0 ở đâu và có trị số thế nào để nó cân bằng? Đ s: Nằm trên AB, cách B: cm. 7. Hai điện tích q1 = 2. 10-8 C đặt tại A và q2 = -8. 10-8C đặt tại B, chúng cách nhau một đoạn AB = 15 cm trong không khí. Phải đặt một điện tích q3 tại M cách A bao nhiêu để nó cân bằng? Đ s: AM = 10 cm. 8. Ở trọng tâm của một tam giác đều người ta đặt một điện tích q1 = . Xác định điện tích q cần đặt ở mỗi đỉnh của tam giác để cho cả hệ ở trạng thí cân bằng? Đ s: -3. 10-6 C. 9. Hai quả cầu nhỏ cùng khối lượng m= 0,6 kg được treo trong không khí bằng hai sợi dây nhẹ cùng chiều dài l= 50 cm vào cùng một điểm. Khi hai quả cầu nhiễm điện giống nhau, chúng đẩy nhau và cách nhau một khoảng R = 6 cm. a. Tính điện tích của mỗi quả cầu, lấy g= 10m/s2. b. Nhúng hệ thống vào rượu êtylic (e= 27), tính khoảng cách R’ giữa hai quả cầu, bỏ qua lực đẩy Acsimet. Cho biết khi góc a nhỏ thì sin a ≈ tg a. Đ s: 12. 10-9 C. 2 cm. 10. Hai quả cầu nhỏ giống nhau bằng nhôm không nhiễm điện, mỗi quả cầu có khối lượng 0,1 kg và được treo vào hai đầu một sợi chỉ tơ dài 1m rồi móc vào cùng một điểm cố định sao cho hai quả cầu vừa chạm vào nhau. Sau khi chạm một vật nhiễm điện vào một trong hai quả cầu thì thấy chúng đẩy nhau và tách ra xa nhau một khoảng r = 6 cm. Xác định điện tích của mỗi quả cầu? Đ s: 0,035. 10-9 C. 11*. Hai quả cầu kim loại nhỏ giống nhau mỗi quả có điện tích q khối lượng m = 10g treo bởi hai dây cùng chiều dài 30 cm vào cùng một điểm. Giữ cho quả cầu I cố định theo phương thẳng đứng, dây treo quả cầu II sẽ lệch góc a = 600 so với phương thẳng đứng. Cho g= 10m/s2. Tìm q ? Đ s: q = Dạng 4: XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG. PP Chung ø. Cường độ điện trường của một điện tích điểm Q: Ap dụng công thức . q1Å----------------- q1y------------------- (Cường độ điện trường E1 do q1 gây ra tại vị trí cách q1 một khoảng r1 : , Lưu ý cường độ điện trường E là một đại lượng vectơ. Trong chân không, không khí e = 1) Đơn vị chuẩn: k = 9.109 (N.m2/c2 ), Q (C), r (m), E (V/m) ø. Cường độ điện trường của một hệ điện tích điểm: Áp dụng nguyên lý chồng chất điện trường: + Xác định phương, chiều, độ lớn của từng vectơ cường độ điện trường do từng điện tích gây ra. + Vẽ vectơ cường độ điện trường tổng hợp. + Xác định độ lớn của cường độ điện trường tổng hợp từ hình vẽ. Khi xác định tổng của hai vectơ cần lưu ý các trường hợp đặc biệt: ­­, ­¯,, tam giac vuông, tam giác đều, … Nếu không xảy ra các trường hợp đặt biệt thì có thể tính độ dài của vectơ bằng định lý hàm cosin: a2 = b2 + c2 – 2bc.cosA. 1. Xác định vectơ cường độ điện trường tại điểm M trong không khí cách điện tích điểm q = 2.10-8 C một khoảng 3 cm. Đ s: 2.105 V/m. 2. Một điện tích điểm dương Q trong chân không gây ra một điện trường có cường độ E = 3. 104 V/m tại điểm M cách điện tích một khoảng 30 cm. Tính độ lớn điện tích Q ? Đ s: 3. 10-7 C. 3. Một điện tích điểm q = 10-7 C đặt tại điểm M trong điện trường của một điện tích điểm Q, chịu tác dụng của một lực F = 3.10-3 N. Cường độ điện trường do điện tích điểm Q gây ra tại M có độ lớn là bao nhiêu ? Đ s: 3. 104 V/m. 4. Cho hai điện tích q1 = 4. 10-10 C, q2 = -4. 10-10 C, đặt tại A và B trong không khí biết AB = 2 cm. Xác định vectơ cường độ điện trường tại: a. H, là trung điểm của AB. b. M, MA = 1 cm, MB = 3 cm. c. N, biết rằng NAB là một tam giác đều. Đ s: 72. 103 V/m. 32. 103 V/m. 9. 103 V/m. 5. Giải lại bài toán số 4 trên với q1 = q2 = 4. 10-10 C. Đ s: 0 V/m. 40. 103 V/m. 15,6. 103 V/m. 6. Hai điện tích q1 = 8. 10-8 C, q2 = -8. 10-8 C đặt tại A và B trong không khí biết AB = 4 cm. Tìm vectơ cường độ điện trường tại C trên đường trung trực của AB và cách AB 2 cm, suy ra lực tác dụng lên điện tích q = 2. 10-9 C đặt tại C. Đ s: ≈ 12,7. 105 V/m. F = 25,4. 10-4 N. 7. Hai điện tích q1 = -10-8 C, q2 = 10-8 C đặt tại A và B trong không khí, AB = 6 cm. Xác định vectơ cường độ điện trường tại M nằm trên đường trung trực của AB cách AB 4 cm. Đ s: ≈ 0,432. 105 V/m. 8. Tại ba đỉnh của một tam giác vuông tại A cạnh a= 50 cm, b= 40 cm, c= 30 cm.Ta đặt lần lượt các điện tích q1 = q2 = q3 = 109 C. Xác định vectơ cường độ điện trường tại H, H là chân đường cao kẻ từ A. Đ s: 246 V/m. 9. Tại hai điểm A và B cách nhau 5 cm trong chân không có hai điện tích q1 = 16.10-8 C, q2 = -9.10-8 C. Tìm cường độ điện trường tổng hợp và vẽ vectơ cường độ điện trường tại điểm C nằm cách A một khoảng 4 cm, cách B một khoảng 3 cm. Đs: 12,7. 105 V/m. 10. Hai điện tích điểm q1 = 2. 10-2 µC, q2 = -2. 10-2 µC đặt tại hai điểm A và B cách nhau một đoạn a = 30 cm trong không khí. Tính cường độ điện trường tại M cách đều A và B một khoảng là a. Đ s: 2000 V/m. 11. Trong chân không, một điện tích điểm q = 2. 10-8C đặt tại một điểm M trong điện trường của một điện tích điểm Q = 2. 10-6C chịu tác dụng của một lực điện F = 9.10-3N. Tính cường độ điện trường tại M và khoảng cách giữa hai điện tích? Đs: 45.104V/m, R = 0,2 m. 12. Trong chân không có hai điện tích điểm q1= 3. 10-8C và q2= 4.10-8C đặt theo thứ tự tại hai đỉnh B và C của tam giác ABC vuông cân tại A với AB=AC= 0,1 m. Tính cường độ điện trường tại A. Đ s: 45. 103 V/m. 13. Trong chân không có hai điện tích điểm q1 = 2. 10-8C và q2= -32.10-8C đặt tại hai điểm A và B cách nhau một khoảng 30 cm. Xác định vị trí điểm M tại đó cường độ điện trường bằng không. Đ s: MA = 10 cm, MB = 40 cm. 14*. Bốn điểm A, B, C, D trong không khí tạo thành một hình chữ nhật ABCD cạnh AD = a= 3 cm, AB= b= 1 cm.Các điện tích q1, q2, q3 được đặt lần lượt tại A, B, C. Biết q2 = - 12,5. 10-8C và cường độ điện trường tổng hợp ở D . Tính q1 và q3? Đ s: q1 2,7. 10-8C, q2 = 6,4. 108C. 15. Cho hai điện tích điểm q1 và q2 đặt ở A và B trong không khí, AB = 100 cm. Tìm điểm C mà tại đó cường độ điện trường bằng không với: a. q1= 36. 10-6C, q2= 4. 10-6C. b. q1= - 36. 10-6C, q2= 4. 10-6C. Đ s: a. CA= 75cm, CB= 25cm. b. CA= 150 cm, CB= 50 cm. 16. Cho hai điện tích điểm q1, q2 đặt tại A và B, AB= 2 cm. Biết q1 + q2 = 7. 10-8C và điểm C cách q1 là 6 cm, cách q2 là 8 cm có cường độ điện trường bằng E = 0. Tìm q1 và q2 ? Đ s: q1= -9.10-8C, q2= 16.10-8C. 17. Cho hình vuông ABCD, tại A và C đặt các điện tích q1 = q3 = q. Hỏi phải đặt ở B một điện tích bao nhiêu để cường độ điện trường ở D bằng không? Đ s: q2 = - 18. Một quả cầu nhỏ khối lượng m= 0,25 g mang điện tích q= 2,5. 109C được treo bởi một dây và đặt trong một điện trường đều . có phương nằm ngang và có độ lớn E= 106 V/m. Tính góc lệch của dây treo so với phương thẳng đứng. Lấy g= 10 m/s2. Đ s: a = 450. Chủ đề 2: ĐIỆN THẾ. HIỆU ĐIỆN THẾ. I. Kiến thức: 1. Khi một điện tích dương q dịch chuyển trong điện trường đều có cường độ E (từ M đến N) thì công mà lực điện tác dụng lên q có biểu thức: A = q.E.d Với: d là khoảng cách từ điểm đầu à điểm cuối (theo phương của ). Vì thế d có thể dương (d> 0) và cũng có thể âm (d< 0) Cụ thể như hình vẽ: khi điện tích q di chuyển từ Mà N thì d = MH. Vì cùng chiều với nên trong trường hợp trên d>0. Nếu A > 0 thì lực điện sinh công dương, A< 0 thì lực điện sinh công âm. 2. Công A chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối của đường đi trong điện trường mà không phụ thuộc vào hình dạng đường đi. Tính chất này cũng đúng cho điện trường bất kì (không đều). Tuy nhiên, công thức tính công sẽ khác. Điện trường là một trường thế. 3. Thế năng của điện tích q tại một điểm M trong điện trường tỉ lệ với độ lớn của điện tích q: WM = AM¥ = q.VM. AM¥ là công của điện trường trong sự dịch chuyển của điện tích q từ điểm M đến vô cực. (mốc để tính thế năng.) 4. Điện thế tại điểm M trong điện trường là đại lượng đặc trưng cho khả năng của điện trường trong việc tạo ra thế năng của điện tích q đặt tại M. 5. Hiệu điện thế UMN giữa hai điểm M và N là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường trong sự di chuyển của điện tích q từ M đến N. 6. Đơn vị đo điện thế, hiệu điện thế là Vôn (V) II. Hướng dẫn giải bài tập: - Công mà ta đề cập ở đây là công của lực điện hay công của điện trường. Công này có thể có giá trị dương hay âm. - Có thể áp dụng định lý động năng cho chuyển động của điện tích.Nếu ngoài lực điện còn có các lực khác tác dụng lên điện tích thì công tổng cộng của tất cả các lực tác dụng lên điện tích bằng độ tăng động năng của vật mang điện tích. - Nếu vật mang điện chuyển động đều thì công tổng cộng bằng không. Công của lực điện và công của các lực khác sẽ có độ lớn bằng nhau nhưng trái dấu. - Nếu chỉ có lực điện tác dụng lên điện tích thì công của lực điện bằng độ tăng động năng của vật mang điện tích. Với m là khối lượng của vật mang điện tích q. - Trong công thức A= q.E.d chỉ áp dụng được cho trường hợp điện tích di chuyển trong điện trường đều. III. Bài tập: Dạng 1: TÍNH CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN. HIỆU ĐIỆN THẾ. PP Chung - Công của lực điện tác dụng lên một điện tích không phụ thuộc vào hình dạng đường đi của điện tích mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu và điểm cuối của đường đi trong điện trường. Do đó, với một đường cong kín thì điểm đầu và điểm cuối trùng nhau, nên công của lực điện trong trường hợp này bằng không. Công của lực điện: A = qEd = q.U Công của lực ngoài A’ = A. Định lý động năng: Biểu thức hiệu điện thế: Hệ thức liên hệ giữa cường độ điện trường hiệu điện thế trong điện trường đều: 1. Ba điểm A, B, C tạo thành một tam giác vuông tại C. AC = 4 cm, BC = 3 cm và nằm trong một điện trường đều. Vectơ cường độ điện trường song song với AC, hướng từ Aà C và có độ lớn E = 5000V/m. Tính: a. UAC, UCB, UAB. b. Công của điện trường khi một electron (e) di chuyển từ A đến B ? Đ s: 200v, 0v, 200v. - 3,2. 10-17 J. 2. Tam giác ABC vuông tại A được đặt trong điện trường đều , a = ABC = 600, AB ­­ . Biết BC = 6 cm, UBC= 120V. a. Tìm UAC, UBA và cường độ điện trường E? b. Đặt thêm ở C điện tích điểm q = 9. 10-10 C. Tìm cường độ điện trường tổng hợp tại A. Đ s: UAC = 0V, UBA = 120V, E = 4000 V/m. E = 5000 V/m. 3. Một điện tích điểm q = -4. 10-8C di chuyển dọc theo chu vi của một tam giác MNP, vuông tại P, trong điện trường đều, có cường độ 200 v/m. Cạnh MN = 10 cm, MN ­­.NP = 8 cm. Môi trường là không khí. Tính công của lực điện trong các dịch chuyển sau của q: a. từ M à N. b. Từ N à P. c. Từ P à M. d. Theo đường kín MNPM. Đ s: AMN= -8. 10-7J. ANP= 5,12. 10-7J. APM = 2,88. 10-7J. AMNPM = 0J. 4. Một điện trường đều có cường độ E = 2500 V/m. Hai điểm A , B cách nhau 10 cm khi tính dọc theo đường sức. Tính công của lực điện trường thực hiện một điện tích q khi nó di chuyển từ A à B ngược chiều đường sức. Giải bài toán khi: a. q = - 10-6C. b. q = 10-6C Đ s: 25. 105J, -25. 105J. 5. Cho 3 bản kim loại phẳng A, B, C có tích điện và đặt song song như hình. Cho d1 = 5 cm, d2= 8 cm. Coi điện trường giữa các bản là đều và có chiều như hình vẽ. Cường độ điện trường tương ứng là E1 =4.104V/m , E2 = 5. 104V/m. Tính điện thế của bản B và bản C nếu lấy gốc điện thế là điện thế bản A. Đ s: VB = -2000V. VC = 2000V. d1 d2 6. Ba điểm A, B, C nằm trong điện trường đều sao cho // CA. Cho AB ^AC và AB = 6 cm. AC = 8 cm. a. Tính cường độ điện trường E, UAB và UBC. Biết UCD = 100V (D là trung điểm của AC) b. Tính công của lực điện trường khi electron di chuyển từ B à C, từ Bà D. Đ s: 2500V/m,UAB= 0v, UBC = - 200v. ABC = 3,2. 10-17J. ABD= 1,6. 10-17J. 7. Điện tích q = 10-8 C di chuyển dọc theo cạnh của một tam giác đều ABC cạnh a = 10 cm trong điện trường đều có cường độ là 300 V/m. // BC. Tính công của lực điện trường khi q dịch chuyển trên mỗi cạnh của tam giác. Đ s: AAB = - 1,5. 10-7 J. ABC = 3. 10-7 J. ACA = -1,5. 10-7 J. 8. Điện tích q = 10-8 C di chuyển dọc theo cạnh của một tam giác đều MBC, mỗi cạnh 20 cm đặt trong điện trường đều có hướng song song với BC và có cường độ là 3000 V/m. Tính công thực hiện để dịch chuyển điện tích q theo các cạnh MB, BC và CM của tam giác. Đ s: AMB = -3mJ, ABC = 6 mJ, AMB = -3 mJ. 9. Giữa hai điểm B và C cách nhau một đoạn 0,2 m có một điện trường đều với đường sức hướng từ B à C. Hiệu điện thế UBC = 12V. Tìm: a. Cường độ điện trường giữa B cà C. b. Công của lực điện khi một điện tích q = 2. 10-6 C đi từ Bà C. Đ s: 60 V/m. 24 mJ. 10. Cho 3 bản kim loại phẳng tích điện A, B, C đặt song song như hình. Điện trường giữa các bản là điện trường đều và có chiều như hình vẽ. Hai bản A và B cách nhau một đoạn d1 = 5 cm, Hai bản B và C cách nhau một đoạn d2 = 8 cm. Cường độ điện trường tương ứng là E1 =400 V/m , d1 d2 E2 = 600 V/m. Chọn gốc điện thế cùa bản A. Tính điện thế của bản B và của bản C. Đ s: VB = - 20V, VC = 28 V. 11. Một electron di chuyển được môt đoạn 1 cm, dọc theo một đường sức điện, dưới tác dụng của một lực điện trong một điện trường đều có cường độ 1000 V/m. Hãy xác định công của lực điện ? Đ s: 1,6. 10-18 J. 12. Khi bay từ điểm M đến điểm N trong điện trường, electron tăng tốc, động năng tăng thêm 250eV.(biết rằng 1 eV = 1,6. 10-19J). Tìm UMN? Đ s: - 250 V. Dạng 2: CHUYỂN ĐỘNG CỦA HẠT MANG ĐIỆN TRONG ĐIỆN TRƯỜNG. PP Chung: ø Khi hạt mang điện được thả tự do không vận tốc đầu trong một điện trường đều thì dưới tác dụng của lực điện , hạt mang điện chuyển động theo một đường thẳng song song với đưởng sức điện. Nếu điện tích dương (q >0) thì hạt mang điện (q) sẽ chuyển động cùng chiều điện trường. Nếu điện tích âm (q <0) thì hạt mang điện (q ) sẽ chuyển động ngược chiều điện trường. Khi đó chuyển động của hạt mang điện là chuyển đ