Bài 16. Lực tương tác giữa hai điện tích trang 61, 62, 63, 64 Vật Lí 11 Kết nối tri thức

KĐ

Em đã biết các điện tích cùng dấu đẩy nhau, khác dấu hút nhau. Theo em, độ lớn của lực tương tác giữa hai điện tích phụ thuộc như thế nào vào độ lớn của các điện tích và khoảng cách giữa chúng?

Phương pháp giải:

Dựa vào nội dung kiến thức đã học để trả lời.

Lời giải chi tiết:

Lực tương tác giữa hai diện tích điểm có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích điểm và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

\(F = k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{{r^2}}} = \frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{4\pi {\varepsilon _0}{r^2}}}\)

HĐ

Treo thanh nhựa A bằng một dây chỉ để nó có thể quay tự do rồi dùng len cọ xát một đầu của nó.

Quan sát, mô tả và giải thích hiện tượng xảy ra khi:

a) Dùng len cọ xát một đầu thanh nhựa B rồi đưa lại gần đầu đã được cọ xát của thanh nhựa A (Hình 16.1a).

b) Dùng lụa cọ xát một đầu thành thuỷ tinh C rồi đưa lại gần đầu đã được cọ xát của thanh nhựa A (Hình 16.1b).

Dựa vào Hình 16.2a, vẽ các vectơ lực biểu diễn tương tác giữa các điện tích trong việc hình còn lại.

Biểu diễn lực điện tác dụng lên mỗi điện tích đặt tại các đỉnh của một tam giác đều. Biết các điện tích trên đều cùng dấu và cùng độ lớn.

Phương pháp giải:

Dựa vào nội dung kiến thức đã học để trả lời.

Lời giải chi tiết:

a) Thanh nhựa cọ xát với với len sẽ nhiễm điện âm nên khi hai thanh nhựa lại gần nhau sẽ đẩy ra xa vì cả hai thanh nhựa nhiễm điện cùng dấu

b) Thanh thủy tinh cọ xát với lụa sẽ nhiễm điện dương và thanh nhựa nhiễm điện âm nên đưa hai thanh lại gần nhau chúng sẽ hút nhau vì nhiễm điện trái dấu

Biểu diễn lực tương tác giữa các điện tích:

Với trường hợp tác dụng lên mỗi điện tích dặt tại các đỉnh của một tam giác đều ta biểu diễn tương tự như trường hợp hai cặp điện tích, ở đây mỗi điện tích chịu tác dụng hai lực điện của hai điện tích còn lại.

HĐ

Độ lớn của lực tương tác giữa các điện tích có phụ thuộc như thế nào vào khoảng cách giữa các điện tích? Đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán.

Phương pháp giải:

Dựa vào nội dung kiến thức đã học để trả lời.

Lời giải chi tiết:

Độ lớn của lực tương tác giữa hai điện tích tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng

Phương án thí nghiệm: ta dùng hai điện tích có độ lớn điện tích không đổi sau đó thay đổi khoảng cách giữa chúng xác định độ lón của lực tương tác trong các trường hợp để từ đó ta tìm được mối quan hệ giữa lực tương tác và khoảng cách.

CH

1. Hãy nêu tên các đại lượng cà tên các đơn vị trong biểu thức \(F = \frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{4\pi {\varepsilon _0}{r^2}}}\) (16.2) và \(F = k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{{r^2}}}\) (16.3).

2. Nếu khoảng cách giữa hai điện tích điểm tăng lên 2 lần và giá trị của mỗi điện tích điểm tăng lên 3 lần thì lực điện tương tác giữa chúng tăng hay giảm bao nhiêu lần?

3. Hãy vẽ các vectơ lực điện tương tác giữa hai điện tích điểm q₁ = 10⁻⁵C và q₂ = 10⁻⁷ C đặt cách nhau 10 cm trong chân không theo tỉ lệ 1 cm ứng với khoảng cách 2 cm và lực 0,4 N. Lấy k = 9.10⁹ Nm²/C²

Phương pháp giải:

Dựa vào nội dung kiến thức đã học để trả lời.

Lời giải chi tiết:

1. 

\(F = k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{{r^2}}} = \frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{4\pi {\varepsilon _0}{r^2}}}\)

F: Lực tương tác giữa hai điện tích (N)

k: hằng số lực Cu-lông k = 9.10⁹ Nm²/C²

q₁, q₂: điện tích điểm (C)

r: khoảng cách giữa hai điện tích (m)

ε₀: hằng số điện ε₀ = 8,85.10⁻¹² C²/Nm²

2. 

\(\frac{{F'}}{F} = \frac{{k\frac{{\left| {q_1'q_2'} \right|}}{{r{'^2}}}}}{{k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{{r^2}}}}} = \frac{{k\frac{{\left| {3{q_1}3{q_2}} \right|}}{{{{\left( {2r} \right)}^2}}}}}{{k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{{r^2}}}}} = 2,25 \Rightarrow F' = 2,25F\)

Vậy lực điện tương tác tăng 2,25 lần.

3. 

\(F = k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{{r^2}}} = {9.10^9}\frac{{{{10}^{ - 5}}{{.10}^{ - 7}}}}{{0,{1^2}}} = 0,9(N)\)

Hướng dẫn vẽ hình:

Theo yêu cầu tỉ lệ của đề bài khoảng cách giữa hai điện tích là 5cm

Hai điện tích là điện tích dương nên hai điện tích đẩy nhau và hướng ra xa độ lớn của lực theo tỉ lệ độ lớn được vẽ bằng 2,25 cm.

Hình vẽ tham khảo:

Bài 1

Người ta có thể dùng lực tĩnh điện để tách các trang sách bị dính chặt vào nhau mà không làm chúng hỏng. Hãy mô tả cách làm này.

Phương pháp giải:

Dựa vào nội dung kiến thức đã học để trả lời.

Lời giải chi tiết:

Để tách rời các trang giấy ra ta cần phải cho các trang giấy nhiễm điện cùng loại (vì theo quy ước hai vật nhiễm điện cùng loại sẽ đẩy nhau ); khi đó các trang giấy sẽ đẩy nhau và ta có thể tách chúng ra dễ dàng.

Bài 2

Có thể dùng định luật Coulomb để xác định độ lớn của lực tương tác giữa các điện tích trong các thí nghiệm ở Hình 16.1 không? Tại sao?

Phương pháp giải:

Dựa vào nội dung kiến thức đã học để trả lời.

Lời giải chi tiết:

Có thể dùng định luật Coulomb để xác định độ lớn của lực tương tác giữa các điện tích trong các thí nghiệm ở Hình 16.1 vì chúng ta có thể coi các đầu tiếp xúc là các điện tích điểm, chúng ta có thể đo được đô lớn điện tích giữa các thanh và khoảng cách giữa chúng từ đó có thể xác định được độ lớn lực tương tác điện giữa chúng.

Bài 3

Xác định lực điện tương tác giữa electron và proton của nguyên tử hydrogen. Biết khoảng cách từ electron trong nguyên tử hydrogen đến hạt nhân của nguyên tử này là 5.10^-11 m; điện tích của electron và proton có độ lớn bằng nhau 1,6.10⁻¹⁹C. Lấy ε₀ = 8,85.10⁻¹² C²/Nm².

Phương pháp giải:

Dựa vào nội dung kiến thức đã học để trả lời.

Lời giải chi tiết:

Lực điện tương tác giữa electron và proton là:

\(F = \frac{{\left| {e.p} \right|}}{{4\pi {\varepsilon _0}{r^2}}} = \frac{{{{\left( {1,{{6.10}^{ - 19}}} \right)}^2}}}{{4\pi .8,{{85.10}^{ - 12}}{{\left( {{{5.10}^{ - 11}}} \right)}^2}}} = 9,{21.10^{ - 8}}(N)\)

Bài 4

Hai điện tích điểm q₁ = 15 μC, q₂ = -6 μC đặt cách nhau 0,2 m trong không khí. Phải đặt một điện tích q3 ở vị trí nào để lực điện tác dụng lên điện tích này bằng 0?

Phương pháp giải:

Dựa vào nội dung kiến thức đã học để trả lời.

Lời giải chi tiết:

Gọi F₁, F₂ lần lượt là lực do điện tích q₁, q₂ tác dụng lên q₃; F₃ là lực tổng hợp các lực điện tác dụng lên q₃.

Gọi A, B, C lần lượt là vị trí đặt q₁, q₂, q₃.

Điều kiện lực điện tác dụng lên điện tích q₃ băng 0 là lực tổng hợp phải cân bằng.

\(\overrightarrow {{F_1}}  + \overrightarrow {{F_2}}  = \overrightarrow {{F_3}}  = \overrightarrow 0  \Rightarrow \overrightarrow {{F_1}}  =  - \overrightarrow {{F_2}} \)

\( \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{F_1} \uparrow  \downarrow {F_2}\\{F_1} = {F_2}\end{array} \right.\)

Vì \({F_1} \uparrow  \downarrow {F_2}\)nên điểm C nằm trên đường thẳng AB

Vì q₁, q₂ trái dấu nên điểm C nằm ngoài khoảng AB ⇒ |AC−BC| = AB (1)

Lực điện do q₁ tác dụng lên q₃ là: \({F_1} = k\frac{{\left| {{q_1}.{q_3}} \right|}}{{A{C^2}}}\)

Lực điện do q₂ tác dụng lên q₃ là: \({F_2} = k\frac{{\left| {{q_2}.{q_3}} \right|}}{{B{C^2}}}\)

Vì F1 = F2 ⇒ \(k\frac{{\left| {{q_1}.{q_3}} \right|}}{{A{C^2}}} = k\frac{{\left| {{q_2}.{q_3}} \right|}}{{B{C^2}}} \Rightarrow \frac{{15}}{{A{C^2}}} = \frac{6}{{B{C^2}}} \Rightarrow \frac{{BC}}{{AC}} = \frac{{\sqrt {10} }}{5}\)(2)

Từ (1),(2) ⇒ AC = 0,544 (m), BC = 0,344 (m)

Vậy q₃ đặt cách q₁ 0,544 m và cách q₂ 0,344 m

CH

Trình bày được nguyên tắc hoạt động của máy lọc không khí trong gia định dựa trên sơ đồ hình 16.7.

Phương pháp giải:

Dựa vào nội dung kiến thức đã học để trả lời.

Lời giải chi tiết:

Không khí bẩn sẽ được đi qua lớp (1) để giữ lại những bụi lớn, sau đó qua (2), (3) sẽ được tích điện khiến cho bụi nhiễm điện và bị giữ lại trên lưới lọc tính điện, cuối cùng là qua lớp (4) để lọc nốt vi khuẩn và mùi trước khi đưa ra phòng thành không khí sạch,

Lí thuyết