Bài 17. Khái niệm điện trường trang 65, 66, 67, 68, 69, 70 Vật Lí 11 Kết nối tri thức

KĐ

Hai quả cầu tích điện cùng dấu được treo bằng hai sợi dây mảnh không dẫn điện như hình bên. Tại sao chúng không tiếp xúc nhưng vẫn tương tác được với nhau?

Phương pháp giải:

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

Lời giải chi tiết:

Vì xung quanh hai quả cầu có điện trường nên đã truyền tương tác giữa hai quả cầu với nhau dù chúng không tiếp xúc với nhau.

HĐ

Đặt điện tích q cách điện tích Q một khoảng r (Hình 17.1)

1. Có phải không khí đã truyền tương tác điện từ điện tích Q tới điện tích q hay không?

2. Vùng không gian bao quanh một nam châm có từ trường. Tương tự như vậy, vùng không gian bao quanh một điện tích có điện trường. Ta có thể phát hiện sự tồn tại của điện trưởng bằng cách nào?

Phương pháp giải:

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

Lời giải chi tiết:

1. Không phải không khí đã truyền tương tác điện từ điện tích Q đến điện tích q mà do điện trường xung quanh điện tích đã truyền tương tác điện.

2. Để nhận biết được điện trường đang tồn tại không thể nhận biết bằng mắt thường, cần phải thông qua những hiện tượng vật lý mới có thể quan sát được có điện trường hay không. Có thể dùng sợi dây nhỏ đầu có gắn mút xốp được tích điện thời điểm mút xốp chưa được đặt trong điện trường thì mút xốp sẽ chỉ chịu tác dụng của trọng lực và lực căng dây. Nếu đặt mút xốp trong môi trường có điện trường thì sẽ có hiện tượng mút xốp sẽ lệch ra khỏi vị trí ban đầu bay lơ lửng trong không gian

HĐ 1

Hãy chứng tỏ rằng vectơ cường độ điện trường \(\overrightarrow E \) có:

+ Phương trùng với phương của lực điện tác dụng lên điện tích.

+ Chiều cùng với chiều của lực điện khi q > 0 ngược chiều với chiều của lực điện khi q < 0

+ Độ lớn của vectơ cường độ điện trưởng \(\overrightarrow E \) bằng độ lớn của lực điện tác dụng lên điện tích 1C đặt tại điểm ta xét.

Phương pháp giải:

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

Lời giải chi tiết:

Ta có: \(\overrightarrow E  = \frac{{\overrightarrow F }}{q}\)

Từ công thức ta thấy vectơ cường độ điện trường \(\overrightarrow E \) có phương trùng với phương của lực điện tác dụng lên điện tích

Với q > 0 thì \(\overrightarrow E \),\(\overrightarrow F \) cùng chiều với nhau

Với q < 0 thì \(\overrightarrow E \),\(\overrightarrow F \)ngược chiều với nhau

Nếu q = 1 thì E = F

HĐ 2

Xét điện trường của điện tích Q = 6.10⁻¹⁴C, sử dụng đoạn thẳng dài 1 cm để biểu diễn cho độ lớn vectơ cường độ điện \(E = \frac{{{{10}^{ - 10}}}}{{6\pi {\varepsilon _0}}}\)(V / m). Hãy tính và vẽ vectơ cường độ điện trường tại một điểm cách Q một khoảng 2 cm và 3 cm.

Phương pháp giải:

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

Lời giải chi tiết:

Đoạn thẳng 1cm biểu diễn cho độ lớn của cường độ điện trường \(E = \frac{{{{10}^{ - 10}}}}{{6\pi {\varepsilon _0}}} = 0,6\)V/m.

Cường độ điện trường tại điểm cách Q một khoảng 2 cm:

\(E = \frac{{\left| Q \right|}}{{4\pi {\varepsilon _0}{r^2}}} = \frac{{\left| {{{6.10}^{ - 14}}} \right|}}{{4\pi 8,{{85.10}^{ - 12}}.0,{{02}^2}}} = 1,34\)V/m

Vectơ cường độ điện trường:

Cường độ điện trường tại điểm cách Q một khoảng 3 cm:

\(E = \frac{{\left| Q \right|}}{{4\pi {\varepsilon _0}{r^2}}} = \frac{{\left| {{{6.10}^{ - 14}}} \right|}}{{4\pi 8,{{85.10}^{ - 12}}.0,{{03}^2}}} = 0,6\)V/m

Vectơ cường độ điện trường:

CH

1. Hãy chứng tỏ rằng: Độ lớn cường độ điện trường tại một điểm trong công thức \(E = \frac{F}{q}\) (17.1) bằng độ lớn của lực điện tác dụng lên một đơn vị điện tích đặt tại điểm đó.

2. Một điện tích điểm Q = 6.10⁻¹³ C đặt trong chân không.

a) Xác định phương, chiều, độ lớn của cường độ điện trường do điện tích điểm Q gây ra tại một điểm cách nó một khoảng 1 cm, 2 cm, 3 cm.

b) Nhận xét về cường độ điện trường ở những điểm gần điện tích Q và ở những điểm cách xa điện tích Q.

c) Từ các nhận xét trên, em hãy mô tả cường độ điện trường do một điện tích điểm dương Q đặt trong chân không gây ra tại một điểm cách nó một khoảng r. Vẽ hình minh hoạ

Phương pháp giải:

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

Lời giải chi tiết:

1. Ta có: \(E = \frac{F}{q}\) với q = 1 C thì E = F

2. 

a) Phương của cường độ điện trường này trùng với đường nối của điện tích với điểm đang xét.

Chiều của cường độ điện trường hướng ra xa điện tích (do Q là điện tích dương).

Độ lớn của cường độ điện trường do điện tích điểm Q gây ra tại một điểm cách nó một khoảng 1 cm là:

\(E = \frac{{\left| Q \right|}}{{4\pi {\varepsilon _0}{r^2}}} = \frac{{{{3.10}^{ - 9}}}}{{2\pi {\varepsilon _0}}}\)(V/m)

Độ lớn của cường độ điện trường do điện tích điểm Q gây ra tại một điểm cách nó một khoảng 2 cm là

\(E = \frac{{\left| Q \right|}}{{4\pi {\varepsilon _0}{r^2}}} = \frac{{{{15.10}^{ - 10}}}}{{4\pi {\varepsilon _0}}}\) (V/m)

Độ lớn của cường độ điện trường do điện tích điểm Q gây ra tại một điểm cách nó một khoảng 3 cm là

\(E = \frac{{\left| Q \right|}}{{4\pi {\varepsilon _0}{r^2}}} = \frac{{{{5.10}^{ - 10}}}}{{3\pi {\varepsilon _0}}}\) (V/m)

b) Càng gần điện tích thì cường độ điện trường càng mạnh, càng xa điện tích thì cường độ điện trường càng yếu. Phù hợp với công thức thể hiện mối quan hệ giữa cường độ điện trường và khoảng cách từ điện tích đến điểm xét: độ lớn cường độ điện trường tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ điện tích đến điểm xét.

c) Cường độ điện trường do một điện tích điểm dương gây ra có:

- Phương: trùng với đường nối của điện tích với điểm đang xét.

- Chiều: hướng ra xa điện tích.

- Độ lớn: tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ điện tích điểm đó đến điểm xét.

HĐ

Nếu trong không gian có hai điện tích điểm dương Q₁ = Q₂ được đặt ở hai điểm B và C, một điện tích thử q được đặt tại một điểm A như Hình 17.4. Hãy mô tả bằng hình vẽ lực điện tổng hợp do Q₁ và Q₂ tác dụng lên điện tích thử q.

Phương pháp giải:

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

Lời giải chi tiết:

Sử dụng quy tắc hình bình hành để tổng hợp lực tác dụng lên điện tích q tại A theo quy tắc \(\overrightarrow {{F_1}}  + \overrightarrow {{F_2}}  = \overrightarrow F \)

CH 1

1. Đặt điện tích điểm Q₁ = 6.10^-8 C tại điểm A và điện tích điểm Q₂ = -2.10^-8 C tại điểm B cách A một khoảng bằng 3 cm (Hình 17.5). Hãy xác định những điểm mà cường độ điện trường tại đó bằng 0.

2. Cho tam giác ABC vuông tại A có AB = 3 cm và AC = 4 cm. Tại điểm B ta đặt điện tích Q₁ = 4,5.10^-8 C tại điểm C ta đặt điện tích Q₂ = 2,1.10^-8 C

a) Tính độ lớn của cường độ điện trường do mỗi điện tích trên gây ra tại A.

b) Tính cường độ điện trường tổng hợp tại A.

Phương pháp giải:

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

Lời giải chi tiết:

1. 

Cường độ điện trường bằng 0 khi:

\(\overrightarrow {{E_1}}  + \overrightarrow {{E_2}}  = \overrightarrow {{E_3}}  = \overrightarrow 0  \Rightarrow \overrightarrow {{E_1}}  =  - \overrightarrow {{E_2}} \)

\( \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{E_1} \uparrow  \downarrow {E_2}\\{E_1} = {E_2}\end{array} \right.\)

Vì |q1| > |q2| ⇒ Điểm đó thuộc đường thẳng AB và ngoài đoạn AB, gần B hơn (r₁>r₂)

\( \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{r_1} - {r_2} = AB\\\frac{{r_1^2}}{{r_2^2}} = \frac{{\left| {{q_1}} \right|}}{{\left| {{q_2}} \right|}}\end{array} \right. \Rightarrow {r_1} = 0,071m;{r_2} = 0,041m\)

Vậy điểm cần tìm cách A 7,1 cm và cách  B 4,1 cm.

2. 

a) Cường độ điện trường do điện tích Q₁ gây ra tại A là:

\({E_1} = \frac{{\left| {{Q_1}} \right|}}{{4\pi {\varepsilon _0}A{B^2}}} = \frac{{{{5.10}^{ - 5}}}}{{4\pi {\varepsilon _0}}}\)(V/m)

Cường độ điện trường do điện tích Q2 gây ra tại A là:

\({E_2} = \frac{{\left| {{Q_1}} \right|}}{{4\pi {\varepsilon _0}A{C^2}}} = \frac{{{{25.10}^{ - 6}}}}{{8\pi {\varepsilon _0}}}\)(V/m)

b) Ta có : \(\overrightarrow {{E_1}}  \bot \overrightarrow {{E_2}}  \Rightarrow E = \sqrt {E_1^2 + E_2^2}  = 463427\)(V/m)

CH 2

Một hạt bụi mịn loại pm2.5 có điện tích bằng 1,6.10^-19 C lơ lửng trong không khí ở nơi có điện trường của Trái Đất bằng 120 V/m. Bỏ qua trọng lực, tính lực điện của Trái Đất tác dụng lên hạt bụi mịn và từ đó giải thích lí do hạt bụi loại này thường lơ lửng trong không khí.

Phương pháp giải:

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

Lời giải chi tiết:

Ta có: Lực điện tác dụng vào hạt bụi trong điện trường là:

F = E.q = 120.1,6.10^-19 = 1,92.10^-17 (N)

Trong từ trường vẫn có lực điện tác dụng vào hạt bụi nên hạt bụi thường lơ lửng trong không khí.

HĐ

1. Em hãy quan sát Hình 17.6 và đưa ra nhận xét về đặc điểm của điện phổ:

a) Ở những vùng có điện trưởng mạnh hơn tức là ở gần điện tích hơn.

b) Ở những vùng có điện trường yếu hơn tức là ở xa điện tích hơn.

c) Ở điện trường có một điện tích và điện trường có nhiều diện tích.

2. Quan sát Hình 17.7 và các nhận xét trên, em hãy vẽ các đường sức điện của một điện tích âm; các đường sức điện của hai điện tích âm Q₁ = Q₂ < 0 đặt gần nhau.

Phương pháp giải:

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

Lời giải chi tiết:

1. 

a) Ở những vùng có điện trưởng mạnh hơn tức là ở gần điện tích hơn đường sức điện dày.

b) Ở những vùng có điện trường yếu hơn tức là ở xa điện tích hơn đường sức điện thưa.

c) Ở điện trường có một điện tích và điện trường có nhiều diện tích các đường  sức điện đi ra từ điện tích âm và kết thúc ở điện tích âm, hoặc từ một điện tích ra vô cùng.

2. 

Các đường sức điện của một điện tích âm:

Các đường sức điện của hai điện tích âm: