Giải Vật lí 11 Bài 1 (Cánh diều): Lực tương tác giữa các điện tích

Giải Vật lí 11 Bài 1: Lực tương tác giữa các điện tích

Giải Vật Lí 11 trang 62

Mở đầu trang 62 Vật Lí 11: Lực tác dụng giữa các vật mang điện tuân theo định luật nào?

Lời giải:

Lực tác dụng giữa các vật mang điện tuân theo định luật Coulomb.

I. Lực hút và lực đẩy giữa các điện tích

Câu hỏi 1 trang 62 Vật Lí 11: Thế nào là một vật nhiễm điện?

Lời giải:

Vật nhiễm điện là vật có thừa hoặc thiếu các electron.

Giải Vật lí 11 trang 63

Câu hỏi 2 trang 63 Vật Lí 11: Nêu ví dụ về một vật nhiễm điện hút hoặc đẩy một vật khác?

Lời giải:

Ví dụ 1: Dùng thước nhựa chà nhẹ lên mái tóc, sau đó đưa lại gần các vụn giấy nhỏ sẽ thấy thước hút các mẩu giấy đó.

Ví dụ 2: Vào mùa đông, lúc cởi áo len thường nghe thấy tiếng nổ lách tách, thi thoảng có các tia điện nhỏ.

Ví dụ 3: Mùa hanh khô, dùng lược chải đầu, các sợi tóc thường bị hút dựng đứng lên.

Giải Vật Lí 11 trang 64

Thực hành, khám phá trang 64 Vật Lí 11:

Dụng cụ

Thanh nhựa, miếng vải len, quả cầu kim loại có đế cách điện.

Tiến hành

• Tích điện cho quả cầu

Dùng vải len cọ xát thanh nhựa để nó tích điện âm.

Đưa thanh nhựa đến gần quả cầu kim loại nhưng không để chúng chạm vào nhau (Hình 1.4).

Trong khi thanh nhựa ở gần quả cầu, chạm đầu ngón tay vào quả cầu trong giây lát rồi bỏ ngón tay ra khỏi quả cầu.

Di chuyển thanh nhựa ra xa. Dự đoán quả cầu tích điện loại nào và giải thích tại sao.

• Thử nghiệm sự tương tác của quả cầu tích điện dương

Treo một thanh nhựa đã tích điện âm để nó có thể quay tự do. Đưa quả cầu tích điện dương lại gần xem chúng có hút nhau không.

Sử dụng quả cầu tích điện dương này để kiểm tra tương tác của nó với thanh thuỷ tinh, thanh nhựa khác,...

Lời giải:

- Dự đoán quả cầu tích điện dương.

- Giải thích: Khi đưa thanh nhựa nhiễm điện âm lại gần quả cầu thì các điện tích dương ở trong quả cầu di chuyển về phía gần với thanh nhựa (do các điện tích âm ở thanh nhựa hút các điện tích dương lại gần phía nó). Khi đưa tay chạm vào quả cầu thì các electron di chuyển từ quả cầu sang người, khi đó quả cầu thiếu electron dẫn đến nó sẽ tích điện dương.

II. Định luật Coulomb (Cu – lông)

Câu hỏi 3 trang 64 Vật Lí 11: Lực mà hai điện tích tác dụng lên nhau tuân theo quy luật nào?

Lời giải:

Lực mà hai điện tích tác dụng lên nhau tuân theo quy luật Coulomb.

Giải Vật lí 11 trang 65

Luyện tập 1 trang 65 Vật Lí 11: Hãy biểu diễn bằng hình vẽ lực tương tác giữa hai điện tích trái dấu nhau.

Lời giải:

Hình vẽ lực tương tác giữa hai điện tích trái dấu:

III. Ví dụ áp dụng định luật Coulomb

Giải Vật Lí 11 trang 66

Luyện tập 2 trang 66 Vật Lí 11: Tính lực tương tác giữa hai electron ở cách nhau 1,0.10^-10 m trong chân không. (Điện tích của electron e = -1,6.10^-19C)

Lời giải:

Lực tương tác:

$F=k\frac{\left(q_1{q}_2\right)}{r^2}={9.10}^9.\frac{\left(\left(-{\mathrm{1,6.10}}^{-19}\right).\left(-{\mathrm{1,6.10}}^{-19}\right)\right)}{{\left({1.10}^{-10}\right)}^2}={\mathrm{2,304.10}}^{-8}\text{}N$

Vận dụng trang 66 Vật Lí 11: Một vật dẫn A cô lập không tích điện đang được nối đất.

Đưa một điện tích dương B lại rất gần vật dẫn này. Vật dẫn A được tích điện dương, âm hay không tích điện khi:

a) Đưa B ra xa rồi mới thôi nối đất vật dẫn A?

b) Thôi nối đất vật dẫn A rồi mới đưa B ra xa.

Lời giải:

Trường hợp này vật dẫn A bị nhiễm điện do hưởng ứng: Đưa điện tích dương B lại gần vật dẫn A không tích điện thì những electron tự do trong vật dẫn A sẽ bị dồn về một phía và vật dẫn A bị phân thành 2 cực dương, âm. Các electron dưới đất sẽ theo dây nối đất đi đến trung hòa phần cực dương của vật dẫn A. Như vậy, tổng electron trong vật dẫn A đã lớn hơn tổng proton.

a. Khi đưa B ra xa vật dẫn A thì các electron ban đầu trong A sẽ dần dần đẩy các electron đã từ đất truyền lên về lại phía mặt đất. Do đó, khi đưa B ra xa rồi mới thôi nối đất thì vật dẫn A sẽ có tổng số electron bằng tổng số proton nên vật dẫn A trung hòa về điện.

b. Khi thôi nối đất vật dẫn A rồi mới đưa B ra xa thì electron từ mặt đất truyền lên bị nhốt trong vật dẫn A, không còn truyền đi đâu được. Vì vậy vật dẫn A lúc này có tổng số electron lớn hơn tổng số proton nên tích điện âm.

Lý thuyết Lực tương tác giữa các điện tích

I. Lực hút và lực đẩy giữa các điện tích

1. Điện tích

- Vật bị nhiễm điện còn được gọi là vật mang điện hoặc vật tích điện.

- Có hai loại điện tích, một loại được gọi là điện tích dương, một loại là điện tích âm.

- Các vật tích điện có thể có kích thước khác nhau. Ta gọi một vật tích điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách đến điểm đang xét là một điện tích điểm.

2. Tương tác giữa các điện tích

- Sự hút hoặc đẩy giữa các điện tích được gọi là sự tương tác điện.

- Các điện tích trái dấu thì hút nhau, các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau.

- Ngoài hiện tượng nhiễm điện do ma sát thì chúng ta còn thấy có hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng: các vật đã tích điện có thể hút các vật chưa tích điện, vật chưa tích điện ban đầu trung hoà về điện, khi đưa một vật khác đã tích điện âm (hoặc dương) lại gần một đầu của vật chưa tích điện thì điện tích dương (hoặc âm) bị đẩy về phía của vật tích điện nên vật chưa tích điện bị hút về phía của vật tích điện. Khi lấy vật tích điện đi thì vật chưa tích điện lại trở về trạng thái trung hoà điện.

II. Định luật Coulomb (Cu-lông)

1. Lực tương tác giữa các điện tích đặt trong chân không

· Nội dung định luật: Lực hút hoặc đẩy giữa hai điện tích điểm đặt 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.

$F=k\frac{\left|q_1{q}_2\right|}{r^2}$

Trong đó:

- F được đo bằng đơn vị niuton (N)

- r là khoảng cách được đo bằng đơn vị mét (m)

- q₁ và q₂ là điện tích được đo bằng đơn vị culông (C)

- ${\epsilon }_0={\mathrm{8,85.10}}^{-12}\frac{C^2}{N.m^2}$ là hằng số điện môi

- k là hệ số, $k=\frac{1}{4\pi {\epsilon }_0}={9.10}^9\frac{N.m^2}{C^2}$

2. Lực tương tác giữa hai điện tích đặt trong điện môi (chất cách điện)

Biểu thức định luật Coulomb: Khi đặt các điện tích điểm trong một điện môi đồng tính thì lực tương tác điện giữa chúng giảm đi $\epsilon$ lần so với khi đặt chúng trong chân không. Đại lượng $\epsilon$ được gọi là hằng số điện môi của môi trường.

$F=k\frac{\left|q_1{q}_2\right|}{\epsilon r^2}$

Xem thêm lời giải bài tập Vật lí 11 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài tập chủ đề 2 trang 59

Bài 1: Lực tương tác giữa các điện tích

Bài 2: Điện trường

Bài 3: Điện thế, hiệu điện thế, tụ điện

Bài tập chủ đề 3 trang 83