Giải Vật lí 11 Bài 2 (Cánh diều): Điện trường

Mở đầu trang 67 Vật Lí 11: Trong Hình 2.1, thanh nam châm tác dụng lực lên vật bằng sắt mà không tiếp xúc với vật. Tương tự như vậy, 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?

Lời giải:

Lực tác dụng giữa các vật tích điện có thông qua một trường đó chính là điện trường.

Trường đó được đặc trưng bởi đại lượng đó là cường độ điện trường.

I. Khái niệm điện trường

Giải Vật Lí 11 trang 68

Câu hỏi 1 trang 68 Vật Lí 11: Lấy một ví dụ lực hút của nam châm lên vật khác.

Lời giải:

VD: Đặt thanh nam châm lại gần một thanh sắt nhỏ, thấy nam châm hút thanh sắt đó lại.

II. Cường độ điện trường

Tìm hiểu thêm trang 68 Vật Lí 11: 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?

Lời giải:

Em cũng đồng ý kiến với đề xuất của Gilbert: Chất lỏng do hổ phách tiết ra khi cọ xát là điện trường làm cho các vật liệu khác nằm trong môi trường này chịu tác dụng của lực điện và giúp chúng có thể tương tác với nhau bằng lực điện.

Giải Vật lí 11 trang 69

Câu hỏi 2 trang 69 Vật Lí 11: 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.

Lời giải:

Trả lời:

Cường độ điện trường: $E=k\frac{\left(Q\right)}{\epsilon r^2}={9.10}^9.\frac{\left({4.10}^{-8}\right)}{{\mathrm{2.0,05}}^2}=72000V/m$

III. Đường sức điện trường

Giải Vật lí 11 trang 71

Luyện tập 1 trang 71 Vật Lí 11: 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).

Lời giải:

Chúng ta biết tính chất của đường sức điện có hướng đi ra từ điện tích dương và đi vào điện tích âm.

Ở hình a – cả hai điện tích đều là điện tích dương (vì hướng của đường sức điện có mũi tên đi ra từ điện tích).

Ở hình b – điện tích bên trái là điện tích âm, điện tích bên phải là điện tích dương.

Ở hình c – cả hai điện tích đều là điện tích âm.

IV. Điện trường đều

Giải Vật lí 11 trang 72

Luyện tập 2 trang 72 Vật Lí 11: 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.

Lời giải:

a) Độ lớn cường độ điện trường giữa hai bản: $E=\frac{U}{d}=\frac{750}{\mathrm{0,015}}=50000V/m$

b) Điện tích của quả cầu: $q=\frac{F}{E}=\frac{{\mathrm{1,2.10}}^{-7}}{50000}={\mathrm{2,4.10}}^{-12}C$

Giải Vật Lí 11 trang 73

Câu hỏi 3 trang 73 Vật Lí 11: Trong Hình 2.10, nếu tốc độ ban đầu của electron trong điện trường bằng không thì nó sẽ chuyển động như thế nào?

Lời giải:

Nếu tốc độ ban đầu của electron bằng không thì nó sẽ chịu tác dụng của lực điện và trọng lực của nó (nếu có) kéo nó chuyển động thẳng đứng về phía bản dương.

Câu hỏi 4 trang 73 Vật Lí 11: 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?

Lời giải:

Khi tia electron đi qua cặp bản nằm ngang sẽ bị lệch theo trục Oy tức là lệch theo phương thẳng đứng (có thể lên trên hoặc xuống dưới tuỳ vào dấu của các bản cực).

Khi tia electron đi qua cặp bản thẳng đứng sẽ bị lệch theo trục Ox tức là lệch theo phương nằm ngang (có thể sang lệch ra phía trước hoặc phía sau tuỳ vào dấu của bản cực). Kết quả là tia electron đi ra khỏi 2 cặp bản cực này và đập vào màn hình phát ra điểm sáng mong muốn.

Câu hỏi 5 trang 73 Vật Lí 11: Ống phóng điện tử có thể được sử dụng ở thiết bị nào?

Lời giải:

Ống phóng điện tử được sử dụng ở dao động kí điện tử, màn hình tivi, máy tính, …

Giải Vật lí 11 trang 74

Vận dụng trang 74 Vật Lí 11: 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.

Lời giải:

Khi chùm tia đi qua điện trường của hai bản cực, sẽ chịu tác dụng của lực điện. Ion mang điện dương sẽ có xu hướng đi về bản cực âm, ion mang điện âm sẽ có xu hướng đi về bản cực dương.

Lý thuyết Điện trường

I. Khái niệm điện trường

Điện trường là trường được tạo ra bởi điện tích, là dạng vật chất tồn tại quanh điện tích và truyền tương tác giữa các điện tích.

Tính chất cơ bản của điện trường là tác dụng lực lên điện tích đặt trong nó.

II. Cường độ điện trường

1. Định nghĩa

$\overrightarrow{E}=\frac{\overrightarrow{F}}{q}$

· Cường độ điện trường tại một điểm là đại lượng vecto có phương và chiều là phương chiều của lực điện tác dụng lên điện tích thử q dương, có độ lớn bằng thương số giữa độ lớn của lực điện tác dụng lên một điện tích dương đặt tại điểm đang xét và độ lớn của điện tích đó.

· Với đuện tích điểm có giá trị Q, đặt trong chân không, độ lớn của cường độ điện trường là: $E=\frac{F}{q}=k\frac{\left|Q\right|}{r^2}$

2. Đơn vị đo cường độ điện trường

Đơn vị đo cường độ điện trường là vôn trên mét, kí hiệu là V/m.

III. Đường sức điện trường

1. Điện phổ

- Hình ảnh của các đường hạt bột cho ta hình ảnh của điện phổ của hai bản song song tích điện hoặc của một đầu thanh kim loại tích điện.

- Giải thích: do các hạt bột đã bị nhiễm điện và nằm dọc theo những đường mà tiếp tuyến tại mỗi điểm trùng với phương của cường độ điện trường tại đó.

2. Đường sức điện

Đường sức điện là đường được vẽ trong điện trường sao cho tiếp tuyến tại mỗi điểm bất kì trên đường trùng với phương của cường độ điện trường tại điểm đó. Hướng của đường sức điện tại một điểm là hướng của cường độ điện trường tại điểm đang xét.

IV. Điện trường đều

1. Định nghĩa

Điện trường đều là điện trường có cường độ điện trường tại mọi điểm đều bằng nhau.

Đường sức của điện trường đều là những đường thẳng song song cách đều nhau.

2. Điện trường giữa hai bản phẳng song song

Cường độ điện trường giữa hai bản phụ thuộc vào hai đại lượng:

· Hiệu điện thế U giữa hai bản. Hiệu điện thế càng cao thì điện trường càng mạnh, E tỉ lệ thuận với U.

· Khoảng cách d giữa hai bản. Khoảng cách giữa hai bản càng lớn thì điện trường càng yếu, E tỉ lệ nghịch với d.

Xét về mặt độ lớn thì ta có biểu thức: $E=\frac{U}{d}$

3. Điện tích chuyển động trong điện trường đều

- Một electron bay theo phương ngang vào khoảng không gian giữa hai bản song song tích điện trái dấu, điện trường đều ở khoảng không gian giữa hai bản tác dụng lên electron một lực điện không đổi, hướng từ bản âm sang bản dương.

- Chuyển động của electron gần giống như chuyển động của vật được ném ngang trong trường hấp dẫn của Trái Đất. Đều có dạng quỹ đạo là dạng parabol.

- Ứng dụng của chuyển động của electron trong khoảng không gian giữa hai bản cực song song tích điện, ví dụ như trong ống phóng điện tử của các máy hiện sóng.

- Từ bộ phát, chùm electron được tăng tốc bằng một hiệu điện thế lớn, chúng đi qua các cặp bản song song: một căng bản nằm ngang, một cặp bản thẳng thứng. Khi đặt dác hiệu điện thế thích hợp vào hai cặp bản đó, ta có thể điều khiển chùm electron đập vào vị trí xác định trên màn huỳnh quang.

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

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

Bài 1: Cường độ dòng điện