Bài 2. Điện trường trang 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74 Vật Lí 11 Cánh diều

KĐ

Trong Hình 2.1, thanh nam châm tác dụng lực lên vật bằng sắt mà không tiếp xúc với vật. Tương tự như vật, chiếc lược tích điện tác dụng lực lên quả cầu tích điện cũng không tiếp xúc với quả cầu.

Ở trung học cơ sở, ta đã biết, giống như lực hấp dẫn giữa các vật có khối lượng được thực hiện thông qua trường hấp dẫn, lực tác dụng của nam châm lên vật có tính chất từ được thực hiện thông qua từ trường của nam châm.

Lực tác dụng giữa các vật tích điện có thông qua một trường nào không?

Trường đó được đặc trưng bởi đại lượng nào?

Phương pháp giải:

Liên hệ kiến thức đã học về trường hấp dẫn và kiến thức học trong bài về lực điện và điện trường.

Lời giải chi tiết:

Lực tác dụng giữa các vật tích điện thông qua trường điện, hay điện trường. Điện trường là môi trường (dạng vật chất) bao quanh điện tích và gắn liền với điện tích. Điện trường được đặc trưng bởi cường độ điện trường. Cường độ điện trường tại một điểm là đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của điện trường tại điểm đó.

CH 1

Lấy một ví dụ lực hút của nam châm lên vật khác

Phương pháp giải:

Dựa vào hiện tượng nam châm hút các vật trong đời sống hàng ngày.

Lời giải chi tiết:

Đưa nam châm lại gần một ghim giấy bằng sắt, nam châm tác dụng lực hút lên ghim giấy khiến nó bị kéo lại gần và tiếp xúc với nam châm, không bị rơi ra khỏi nam châm.

CH 2

Năm 1600, William Gilbert (Uy-li-am Ghin-bơ), (1540 – 1603) đưa ra giả thuyết rằng một số vật liệu, chẳng hạn như hổ phách, khi bị cọ xát sẽ tiết ra một loại “chất lỏng” vào môi trường xung quanh nó. Ông đề xuất rằng “chất lỏng” đó đã tiếp xúc với vật liệu khác và tạo ra lực điện giữa chúng. Bạn có ý kiến gì về đề xuất của Gilbert?

Phương pháp giải:

So sánh giả thuyết của William Gilbert về “chất lỏng” tiết ra từ vật liệu với điện trường.

Lời giải chi tiết:

Giả thuyết của William Gilbert có phần đúng. “Chất lỏng” mà Gilbert nói tới có ý nghĩa tương đương với điện trường. Các vật liệu nhiễm điện tác dụng lực điện lên nhau dù không tiếp xúc, đó là do nó được thực hiện thông qua trường điện, mà cách giải thích về việc tồn tại “chất lỏng” cho phép tạo ra lực điện giữa các vật liệu nhiễm điện phản ánh được phần nào sự xuất hiện của điện trường. 

CH

Tính độ lớn và vẽ hướng của cường độ điện trường do một điện tích điểm \({4.10^{ - 8}}\)C gây ra tại một điểm cách nó 5 cm trong môi trường có hằng số điện môi là 2

Phương pháp giải:

Áp dụng định luật Coulomb. Tính cường độ điện trường\(\vec E = \frac{{\vec F}}{q}\).

Lời giải chi tiết:

Điện tích điểm có điện tích dương, nên cường độ dòng điện hướng ra khỏi điện tích điểm như hình vẽ sau:

Giả sử, đặt tại vị trí đang xét một điện tích thử q. Lực điện do điện tích điểm đã cho tác dụng lên điện tích thử là: \(F = k\frac{{\left| {Qq} \right|}}{{\varepsilon {r^2}}}\).

Độ lớn của cường độ dòng điện là: \(E = \frac{F}{q} = k\frac{{\left| Q \right|}}{{\varepsilon {r^2}}} = {9.10^9}.\frac{{{{4.10}^{ - 8}}}}{{2.0,{{05}^2}}} = 72000\) (V/m)

LT

Hình 2.8 là hình dạng đường sức điện trường giữa hai điện tích.

Xác định dấu của các điện tích ở mỗi hình a), b), c).

Phương pháp giải:

Đường sức điện xuất phát ở điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm.

Lời giải chi tiết:

LT

Khoảng cách giữa hai bản phẳng song song là 15 mm, hiệu điện thế giữa chúng là 750 V. Lực tác dụng lên một quả cầu nhỏ tích điện ở trong khoảng không gian giữa hai bản là \(1,{2.10^{ - 7}}\)N. Tính:

a. Độ lớn cường độ điện trường giữa hai bản.

b. Điện tích của quả cầu nhỏ.

Phương pháp giải:

Tính độ lớn cường độ điện trường giữa hai bản phẳng song song \(E = \frac{U}{d}\). Lực điện tác dụng lên quả cầu là \(F = \left| q \right|E\), tính được độ lớn điện tích của quả cầu.

Lời giải chi tiết:

a. Độ lớn cường độ điện trường giữa hai bản là:

\(E = \frac{U}{d} = \frac{{750}}{{0,015}} = 50000\)(V/m).

b. Điện tích của quả cầu là q, lực điện tác dụng lên quả cầu là F. \(F = \left| q \right|E \Rightarrow \left| q \right| = \frac{F}{E} = \frac{{1,{{2.10}^{ - 7}}}}{{50000}} = 2,{4.10^{ - 12}}\)(C).

CH 1

Trong Hình 2.10, nếu tốc độ ban đầu của electron trong điện trường bằng không thì nó sẽ chuyển động như thế nào?

Phương pháp giải:

Áp dụng định luật II Newton và chuyển động thẳng biến đổi đều.

Lời giải chi tiết:

Ở giữa hai bản phẳng, cường độ điện trường \(\vec E\)có phương thẳng đứng, chiều từ dưới lên. Lực điện tác dụng lên electron là: \(\vec F = q\vec E\)có hướng ngược lại với \(\vec E\).

Electron chịu tác dụng của trọng lực và lực điện. Áp dụng định luật II Newton: \(\vec P + \vec F = m\vec a\). Gia tốc có độ lớn không đổi, phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống. Nếu tốc độ ban đầu của electron bằng 0 thì electron sẽ chuyển động nhanh dần đều theo theo hướng từ trên xuống.

CH 2

Trong ống phóng điện tử ở Hình 2.11, hiệu điện thế giữa hai cặp bản nằm ngang và giữa hai cặp bản thẳng đứng sẽ làm chùm electron bị lệch như thế nào?

Phương pháp giải:

Chuyển động của electron trong điện trường giữa hai bản phẳng

Lời giải chi tiết:

Khi đi qua cặp bản nằm ngang, dưới tác dụng của lực điện do điện trường tác dụng lên electron, electron bị lệch lên trên hoặc xuống dưới về phía bản dương. Khi đi qua cặp bản thẳng đứng, electron bị lệch sang trái hoặc phải về phía bản dương. Bằng cách điều chỉnh hiệu điện thế giữa hai bản ở mỗi cặp bản cho phù hợp, ta có thể điều khiển chùm electron đập lên vị trí xác định của màn huỳnh quang.

CH 3

Ống phóng điện tử có thể được sử dụng ở thiết bị nào?

Phương pháp giải:

Dựa vào hiểu biết về cấu tạo các thiết bị trong cuộc sống.

Lời giải chi tiết:

Ống phóng điện tử được sử dụng trong màn hình ti vi, màn hình máy tính, dao động kí điện tử, thiết bị phát tia X, ….

VD

Vẽ sơ đồ giải thích cách dùng lực điện để tách riêng các ion trong một chùm gồm các ion có khối lượng và điện tích khác nhau.

Phương pháp giải:

Dựa vào độ lớn của lực điện tác dụng lên các ion khác nhau trong cùng một điện trường.

Lời giải chi tiết:

Cho chùm ion đi vào điện trường đều (giữa hai bản phẳng có hiệu điện thế). Khi đó, với do khối lượng và điện tích khác nhau, các điện tích sẽ chịu lực điện khác nhau và có gia tốc khác nhau. Do đó, các ion có cùng dấu và cùng gia tốc sẽ dừng lại tại các vị trí giống nhau. Sử dụng liên tiếp các điện trường đều có cường độ điện trường có hướng khác nhau và độ lớn không giồng nhau, ta tách được những ion có cùng khối lượng và điện tích ở cùng vị trí.