Vật lí 11 Bài 3: Điện trường và cường độ điện trường. Đường sức điện

Mục lục Giải Vật lí 11 Bài 3: Điện trường và cường độ điện trường. Đường sức điện

Video giải Vật lí 11 Bài 3: Điện trường và cường độ điện trường. Đường sức điện

Câu hỏi C1 trang 17 Vật lí 11: Hãy chứng minh vectơ cường độ điện trường tại điểm M của một điện tích điểm Q có phương và chiều như trên hình 3.3.

Lời giải:

Giả sử tại M điện tích thử q > 0

- Trong hình 32.a, điện tích Q và q cùng dấu nên đẩy nhau bằng lực điện  như hình vẽ. Do q > 0 nên  cùng phương và cùng chiều với , được thể hiện trên hình vẽ (đpcm).

- Trong hình 32.b, điện tích Q và q trái dấu nên hút nhau bằng lực điện  như hình vẽ. Do q > 0 nên  cùng phương và cùng chiều với , được thể hiện trên hình vẽ (đpcm).

Câu hỏi C2 trang 17 Vật lí 11:Dựa vào hệ thống đường sức (hình 3.6  và 3.7), hãy chứng minh rằng, cường độ điện trường của một điện tích điểm càng gần điện tích điểm càng lớn.

Lời giải:

Dựa vào hệ thống đường sức từ như hình vẽ 3.3. Ta nhận thấy: khi đặt một diện tích nhất định vuông góc với đường sức tại M số đường sức qua diện tích đặt tại M nhiều hơn tại N.

Vậy cường độ điện trường tại M (gần Q) lớn hơn cường độ điện trường tại N (xa Q).

Bài 1 trang 20 Vật lí 11: Điện trường là gì?

Lời giải:

Điện trường là một dạng vật chất bao quanh điện tích và truyền tương tác điện.

Bài 2 trang 20 Vật lí 11: Cường độ điện trường là gì? Nó được xác định như thế nào? Đơn vị cường độ điện trường là gì?

Lời giải:

- Cường độ điện trường tại một điểm là đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của điện trường tại điểm đó.

- Nó được xác định bằng thương số của độ lớn lực điện F tác dụng lên một điện tích thử q (dương) đặt tại điểm đó và độ lớn của q.

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

- Đơn vị cường độ điện trường là V/m.

Bài 3 trang 20 Vật lí 11: Vectơ cường độ điện trường là gì? Nêu những đặc điểm của vectơ cường độ điện trường tại một điểm.

Lời giải:

 - Cường độ điện trường E là đại lượng vectơ, gọi là vectơ cường độ điện trường (hay gọi tắt là vectơ điện trường).

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

- Vectơ điện trường E tại một điểm có:

+ Điểm đặt tại điểm đang xét;

+ Phương và chiều trùng với phương và chiều của lực điện tác dụng lên điện tích thử dương.

+ Chiều dài (Môđun) biểu diễn độ lớn của cường độ điện trường theo một tỉ xích nào đó.

+ Không phụ thuộc độ lớn của điện tích thử q.

Bài 4 trang 20 Vật lí 11: Viết công thức tính và nêu những đặc điểm của cường độ điện trường của một điện tích điểm.

Lời giải:

- Độ lớn của cường độ điện trường của một điện tích điểm Q gây ra tại điểm cách nó một khoảng r:

$E=k.\frac{\left|Q\right|}{\epsilon .r^2}$

- Những đặc điểm của cường độ điện trường của một điện tích điểm:

+ Điểm đặt tại điểm xét.

+ Phương là đường thẳng nối điện tích và điểm xét.

+ Chiều:

Nếu Q > 0, $\overrightarrow{E}$ hướng ra xa Q

Nếu Q < 0, $\overrightarrow{E}$ hướng về phía Q

Bài 5 trang 20 Vật lí 11: Cường độ điện trường của một hệ điện tích điểm xác định như thế nào?

Lời giải:

- Xét một hệ điện tích điểm Q₁, Q₂, Q₃, ……,

=> vectơ cường độ điện trường do Q₁, Q₂, Q₃, ……, gây ra tại điểm M là: $\overrightarrow{E_M}=\overrightarrow{E_{1M}}+\overrightarrow{E_{2M}}+\overrightarrow{E_{3M}}+\mathrm{....}$

Trong đó: $E_{iM}=k.\frac{\left|Q\right|}{\epsilon .{r_{iM}}^2}$

Bài 6 trang 20 Vật lí 11: Phát biểu nguyên lý chồng chất điện trường.

Lời giải:

Các điện trường ${\overrightarrow{E}}_1,{\overrightarrow{E}}_2$ đồng thời tác dụng lực điện lên điện tích q một cách độc lập với nhau và điện tích q chịu tác dụng của điện trường tổng hợp $\overrightarrow{E}$: $\overrightarrow{E}=\overrightarrow{E_1}+\overrightarrow{E_2}+\mathrm{....}$

Các vectơ cường độ điện trường tại một điểm được tổng hợp theo quy tắc hình bình hành.

Bài 7 trang 20 Vật lí 11: Nêu định nghĩa và các đặc điểm của đường sức điện.

Lời giải:

- Định nghĩa đường sức điện:

Đường sức điện là đường mà tiếp tuyến tại mỗi điểm của nó là giá của vectơ cường độ điện trường $\overrightarrow{E}$ tại điểm đó. Nói cách khác, đường sức điện là đường mà lực điện tác dụng dọc theo đó.

- Các đặc điểm của đường sức điện trường.

+ Qua mỗi điểm trong điện trường có một và chỉ một đường sức điện.

+ Đường sức điện là những đường có hướng. Hướng của đường sức điện tại một điểm là hướng của vectơ điện trường tại điểm đó.

+ Đường sức điện của trường tĩnh điện là đường không khép kín. Nó đi ra từ điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm, hoặc từ một điện tích ra vô cùng.

+ Ở chỗ cường độ điện trường lớn thì các đường sức điện sẽ mau. Còn chỗ cường độ điện trường nhỏ thì các đường sức điện sẽ thưa.

Bài 8 trang 20 Vật lí 11: Điện trường đều là gì?

Lời giải:

Điện trường đều là điện trường mà vectơ cường độ điện trường tại mọi điểm đều có cùng phương, chiều và độ lớn; đường sức điện là những đường thẳng song song cách đều.

Bài 9 trang 20 Vật lí 11: Đại lượng nào dưới đây không liên quan đến cường độ điện trường của một điện tích điểm Q tại một điểm ?

A. Điện tích Q

B. Điện tích thử q.

C. Khoảng cách r từ Q đến q.

D. Hằng số điện môi của môi trường.

Lời giải:

Đại lượng không liên quan đến cường độ điện trường của một điện tích điểm Q tại một điểm là điện tích thử q vì điện trường tại một điểm được tính bằng công thức: $E_M=k.\frac{\left|Q\right|}{\epsilon .{r_M}^2}$

Trong đó ε là hằng số điện môi của môi trường, r_M là khoảng cách từ vị trí M đến điện tích Q.

Chọn đáp án B

Bài 10 trang 21 Vật lí 11: Đơn vị nào sau đây là đơn vị đo cường độ điện trường?

A. Niutơn

B. Cu lông

C. Vôn nhân mét.

D. Vôn trên mét.

Lời giải:

Đơn vị đo cường độ điện trường là vôn trên mét (V/m).

Chọn đáp án D

Bài 11 trang 21 Vật lí 11: Tính cường độ điện trường và vẽ vectơ điện trường do một điện tích điểm +4.10^-8 C gây ra tại một điểm cách nó 5 cm trong chân không.

Lời giải:

Cường độ điện trường tại điểm M cách điện tích Q một đoạn r = 5 cm = 0,05 m:

$$\begin{gathered} E_M=k.\frac{\left|Q\right|}{\epsilon .{r_M}^2} \\ ={9.10}^9.\frac{{4.10}^{-8}}{1.0,{05}^2}=144000V/m \end{gathered}$$

Phương và chiều của điện trường được biểu diễn như hình vẽ.

Đáp án: 144000 V/m

Bài 12 trang 21 Vật lí 11: Hai điện tích điểm q₁ = + 3.10^-8 C và q₂ = -4.10^-8 C được đặt cách nhau 10cm trong chân không. Hãy tìm các điểm mà tại đó cường độ điện trường bằng không. Tại các điểm đó có điện trường hay không?

Lời giải:

Điểm có cường độ điện trường bằng không, tức là: $\overrightarrow{E_M}=\overrightarrow{E_{1M}}+\overrightarrow{E_M}=0$

Suy ra: $\overrightarrow{E_{1M}}\uparrow \downarrow \overrightarrow{E_{2M}}$ và E_1M = E_2M

Do đó điểm này nằm trên đường thẳng nối hai điện tích .

Vì q₁ và q₂ trái dấu nên điểm này nằm ngoài đoạn thẳng nối hai điện tích và ở về phía gần q₁ (vì q₁ < | q₂ |)

Ta có:

E_1M = E_2M

$k.\frac{\left|q_1\right|}{\epsilon r_1^2}=k.\frac{\left|q_2\right|}{\epsilon r_2^2}\to \frac{r_1}{r_2}=\sqrt{\frac{\left|q_1\right|}{\left|q_2\right|}}=\frac{\sqrt{3}}{2}$  (1)

Mà r₂ – r₁ = 10cm     (2)

Từ (1) và (2) ta tìm được r₁ ≈ 64,6 cm và r₂ = 74,6 cm.

Tại điểm đó không có điện trường vì E_M = 0.

Đáp án:  r₁ ≈ 64,64 cm ; r₂ ≈ 74,64 cm.

Bài 13 trang 21 Vật lí 11: Tại hai điểm A, B cách nhau 5cm trong chân không có hai điện tích điểm q₁ = +16.10^-8 C và q₂ = -9.10^-8 C. Tính cường độ điện trường tổng hợp và vectơ điện trường tại điểm C nằm cách A một khoảng 4cm, cách B một khoảng 3cm.

Lời giải:

Điện trường do hai điện tích q₁ và q₂ gây ra tại C được biểu diễn như hình vẽ.

Ta có: $\overrightarrow{E_C}=\overrightarrow{E_1}+\overrightarrow{E_2}$

Trong đó:

$\begin{array}{l}{E}_1=k.\frac{\left|q_1\right|}{\epsilon .{r_1}^2}\\ ={9.10}^9.\frac{\left|{16.10}^{-8}\right|}{1.0,{04}^2}={9.10}^{5}V/m\\ E_2=k.\frac{\left|q_2\right|}{\epsilon .{r_2}^2}\\ ={9.10}^9.\frac{\left|-{9.10}^{-8}\right|}{1.0,{03}^2}={9.10}^{5}V/m\end{array}$

=> E₁ = E₂

Vì AB = 5cm; AC = 4cm và BC = 3cm

⇒ ΔABC vuông tại C ⇒$\overrightarrow{E_1}$ và $\overrightarrow{E_2}$ vuông góc với nhau

Suy ra

 $$\begin{gathered} E_C =\sqrt{E_1^2+E_2^2}=E_1\sqrt{2} \\ =9\sqrt{2}{.10}^{5}V/m=12,{7.10}^{5}V/m \end{gathered}$$

Và  hợp với cạnh CB một góc 45^o.

Đáp án: $9\sqrt{2}.{10}^5$ V/m

Bài giảng Vật lí 11 Bài 3: Điện trường và cường độ điện trường. Đường sức điện

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

Bài 4: Công của lực điện

Bài 5: Điện thế. Hiệu điện thế

Bài 6: Tụ điện

Bài 7: Dòng điện không đổi. Nguồn điện

Bài 8: Điện năng. Công suất điện

Xem thêm tài liệu Vật lí lớp 11 hay, chi tiết khác:

Lý thuyết Điện trường và cường độ điện trường. Đường sức điện

Trắc nghiệm Điện trường và cường độ dòng điện trường. Đường sức điện có đáp án