Giáo án Chương I: Điện tích. Định luật Cu Lông10901

GV Lê vĩnh Hòa - Trường THPT 1/5 CHƯƠNG I ĐIỆN TÍCH ĐỊNH LUẬT CU LƠNG Buổi - Ngày soạn: 25/ 8/2014 Chủ đề I Điện tích Định luật Cu lông I Mục tiêu: * Kiến thức: Nhằm ôn tập, củng cố kiến thức cho HS phần “Điện tích Định luật Culơng ĐLBT điện tích” * Kĩ năng: Rèn luyện cho HS PP kĩ giải tập, kĩ áp dụng quy tắc cộng véc tơ (Quy tắc hình bình hành) II Các dạng tập: Dạng I Xác định đại lượng liên quan đến lực tương tác tĩnh điện hai điện tích đứng yên Phương pháp * Áp dụng kiến thức: - Định luật Cu –Lông: F  k q1.q1  r2 (1) Trong đó: k = 9.109 (N.m/kg2) số điện q1, q2 hai điện tích điểm (đvị: C) r khoảng cách hai điện tích điểm (đ.vị: m)  số điện môi, phụ thuộc vào chất điện mơi (khơng có thứ ngun) Đối với chân khơng:  = 1; khơng khí:   - ĐLBT điện tích: “Đối với hệ lập điện, tổng đại số điện tích số” * Lưu ý: - Đối với hai cầu tích điện khoảng cách r tính từ hai tâm - Khi hai cầu nhỏ giống hệt nhiễm điện nhau, cho tiếp xúc sau cho tách rời tổng điện tích chia cho hai cầu - Khi chạm tay vào cầu nhỏ dẫn điện cầu điện tích trở thành trung hồ - Cần nhớ số công thức động học, định luật II Niu – tơn, ĐLBT lượng Ví dụ 1.1 Hai điện tích điểm đặt khơng khí, cách đoạn r = cm Lực đẩy tĩnh điện F = 10-5 N a) Tìm độ lớn điện tích b) Tìm khoảng cách r1 chúng để lực đẩy tĩnh điện F1 = 2,5.10-5 N Giải a) Áp dụng định luật Cu –lơng, ta có: F  k q1.q1 q2 k  r2  r2 (1) , q1 = q2 = q   Fr 105.(4.102 )   1,3.109 C k 9.10 kq 9.109 (1,3.109 ) b) Từ (1)  r1    8.102 m hay r1 = cm 5 F1 2,5.10 q  Giáo án dạy thêm vật lí 11 nâng cao ThuVienDeThi.com GV Lê vĩnh Hòa - Trường THPT 1/5 Ví dụ 1.2 Hai vật nhỏ mang điện tích đặt khơng khí cách đoạn r = 100 cm, đẩy lực F = 1,8 N Điện tích tổng cộng hai vật Q = 3.10-5 C Tính điện tich vật ĐS: q1 = 2.10-5 C q2 = 10-5 C ngược lại Ví dụ 1.3* A Hai cầu nhỏ giống treo vào sợi dây nhẹ, cách điện khơng giãn (hình vẽ) Khoảng cách cầu cm Biết cầu mang điện tich độ lớn 4.10-8 C, B khối lượng cầu g Lấy g = 10 m/s2 Tính lực căng đoạn nối cầu nếu: C a) Hai điện tích dấu b) Hai điện tích trái dấu nhận xét:- Ta dễ thấy lực căng đoạn AB không thay đổi hai trường hợp tổng trọng lượng cầu - Với lực căng đoạn BC, ta cần khảo sát cân cầu phía sở lực tác dụng lên trọnglực lực điện hai trường hợp Giải: -Xét hai cầu lực điện tác dụng chúng nội lực Khi hệ cân tổng ngoại lực tác dụng lên hệ không Các ngoại lực lực căng đoạn dây AB tọng lượng cầu, ta viết được: T1 – (m1 + m2)g =  T = (m1 + m2)g = 2.10-2 N - Tính lực căng đoạn dây phía hai trường hợp: a) Khi hai điện tích dấu: Xét lực tác dụng lên cầu phía dưới: lực p = mg; lực tĩnh điện F = kq2/BC2; Lực căng dây T2 T2 = F + mg = F = kq2/BC2 + mg = 1,9.10-2 N - Khi hai điện tích trái dấu: Tương tự, ta có: T2 = mg – F = mg - kq2/BC2 = 10-3 N Ví dụ 1.4* (Dành cho ban nâng cao) Hai cầu kim loại nhỏ giống nhau, mang điện tích q1, q2 đặt khơng khí, cách đoạn r1 = 20 cm Chúng hút lực F1 = 3,6.10-4 N Cho hai cầu tiếp xúc lại đưa khoảng cách r1, chúng đẩy lực F2 = 2,025.10-4 N Tính q1, q2 Giải - Ban đầu, F1 lực hút nên q1.q2 < Ta có: F1  k q1.q2 q1.q1 F1r12   k  q q    16.1016 C (1) 1 r12 r12 k - Khi cho hai cầu tiếp xúc nhau, điện tích cầu phân bố lại Vì cầu giống nên điện tích chúng nhau: q1’ = q2’ = (q1 + q2)/2 Do đó: F2  k q1, q2, r22 q  q   k 2 4r12  q1  q2  F2 r12   36.1016 C  q1  q2  6.108 C (2) k * Trường hợp 1: q1 + q2 = 6.10-8 C (3) Giáo án dạy thêm vật lí 11 nâng cao ThuVienDeThi.com GV Lê vĩnh Hòa - Trường THPT 1/5 Từ (1) (3)  q1 = C; q2 = - 2.10-8 C ngược lại * Trường hợp : q1 + q2 = - 6.10-8 C (4) Từ (1) (4)  q1 = - 8.10-8 C; q2 = +2.10-8 C ngược lại -** 8.10-8 Dạng II Xác định lực tổng hợp tác dụng lên điện tích điểm Phương pháp    * Các điện tích q1, q2, , qn tác dụng lên điện tích q lực điện F , F , , F n  n     Suy lực tổng hợp tác dụng lên điện tích q là: F   F i  F  F   F n i 1      * Nếu q chịu tác dụng hai lực: F , F hợp lực: F  F  F   - Đặt   F , F , áp dụng định lí hàm cơsin ta có:   F1 2 F  F1  F2  F1 F2 cos    - Các trường hợp đặc biệt: +)    F  F1  F2 +)   1800  F  F1  F2  +   900  F  F12  F22 + F1 = F2  F = 2F1cos   F  F2 * Lưu ý: sử dụng phươg pháp hình chiếu (Hệ trục toạ độ xOy) Ví dụ 2.1 Hai điện tích q1 = 6.10-8 C q2 = - q1 đặt A, B không khí (AB = cm) Xác định lực tác dụng lên điện tích q = 2.10-9 C đặt điểm M, nếu: a) M trung điểm AB b) MA = 10 cm, MB = cm c) MA = MB = cm Giải   Gọi F , F véc tơ lực q1, q2 tác dụng lên điện tích q Lực tổng hợp tác dụng      lên q là: F  F  F (1) M F1 F B a) M trung điểm AB: A  q2 q F2 q1 - Độ lớn: Vì q1  q2 ; MA  MB nên: F1  F2  k   q1q MA2 Vì q1.q2 < nên F , F chiều (hình vẽ) Suy ra: F = F1 + F2 = k 8 9 q1q (6.10 2.10 )  2.9.10  2, 4.104 N 2 MA (3.10 ) Vậy Lực tác dụng lên điện tích q đặt M, có phương trùng với đ/t AB, chiều từ A đến B độ lớn 2, 4.104 N b) Nxét: MA = MB + AB, q nằm đường thẳng AB AB gần B Giáo án dạy thêm vật lí 11 nâng cao ThuVienDeThi.com GV Lê vĩnh Hòa - Trường THPT 1/5 6.108.2.109 q1q  9.10  1,8.105 N Ta có: F1  k 2 MA (10.10 ) 6.108.2.109 q2 q F2  k  9.10  67,5.105 N 2 MB (4.10 )   Do F , F ngược chiều F2 > F1 suy ra: F = F2 – F1 = 65,7.10-5 N Vậy lực điện tác dụng lên q đặt M, có phương trùng với AB, chiều AB độ lớn: 65,7.10-5 N  F1 c) Vì MA = MB = cm nên M nằm đường trung trực AB 8 9 q1.q (6.10 2.10 )  9.10  6, 75.104 N 2 MA (4.10 )    Vì F1 = F2 nên F nằm phân giác góc F , F     ฀  F  MH  F // AB    F , F  CAB F1  F2  k     F M(q)  F2   Độ lớn: F = 2F1cos  , với cos  = AH/MA = 3/5 = 0,6 -4 -4 F = 2.6,75.10 0,6 = 8,1.10 N A(q1) H B(q2) Vậy lực tác dụng lên điện tích q đặt M, phương song song vơi AB, chiều từ A đến B có độ lớn 8,1.10-4 N Ví dụ 2.2 Tại ba đỉnh tam giác cạnh a = cm không khí có đặt ba điện tích q1 = 6.10-9 C, q2 = q3 = - 8.10-9 C Xác định lực tác dụng lên q0 đặt tâm tam giác ĐS: F  BC , hướng từ A đến BC độ lớn F = 8,4.10-4 N Ví dụ 2.3 (chỉ dành cho ban NC) Có điện tích q đặt khơng khí đỉnh lục giác cạnh a Tìm lực tác dụng lên điện tích  ĐS: F hướng xa tâm lục giác độ lớn F  15   kq a2 12 Ví dụ : Có điện tích q đặt khơng khí đỉnh lục giác cạnh a Tìm lực tác dụng lên điện tích 15   kq ĐS F hướng xa tâm lục giác , có độ lớn F  12 a2 ** Dạng III Cân điện tích vật mang điện Phương pháp * Khi điện tích cân (đứng yên), hợp lực tác dụng lên điện tích thoả  n   mãn điều kiên: F   F i  (1) i 1 - Để giải phương trình (1), ta thực hai cách: +) Áp dụng quy tắc hình bình hành Giáo án dạy thêm vật lí 11 nâng cao ThuVienDeThi.com GV Lê vĩnh Hòa - Trường THPT 1/5 +) Phương pháp hình chiếu trục toạ độ Ví dụ 3.1 Hai điện tích q1 = 2.10-8 C, q2 = - 8.10-8 C đặt A, B khơng khí AB= cm Một điện tích q3 đặt điểm M Hỏi: a) M đâu để q3 nằm cân b) Dấu độ lớn q3 để q1, q2 cân Giải a) Vị trí điểm M b) Dấu độ lớn q3 để q2 , q1 cân       - Điều kiện cân điện tích q3: F   F 13  F 23   F 13   F 23 (1) Suy lực q1,q2 tác dụng lên q3: F 13 , F 23 giá, ngược chiều có độ lớn Do q1.q2 < q1  q2 , để thoả mãn điều kiện (1) điểm M phải nằm đường thẳng AB khoảng AB, gần A - Độ lớn: F13 = F23  k q1q3 qq MB  k 32   MA MB MA q2  (2) q1 - Mặt khác: MB = MA + AB = cm (3) - Từ (2) (3), suy ra: MA = cm; MB = 16 cm c) Xác định q3:       * Đkcb điện tích q1: F  F 21  F 31   F 21   F 31  q1.q3  Vì q1 > nên q3 < - qq qq MA  8 8 Độ lớn: F21 = F31  k 32  k 12  q3    q2  8.10 C  q3  8.10 C MA AB AB   * Đkcb điện tích q2:              F 13  F 23   - Ta có:      F 13  F 23  F 21  F 31   ( F 13  F 31 )  ( F 21  F 23 )   F 21  F 31          Theo ĐLIII Niu –tơn thì: F 13   F 31  F 21  F 23   F 12  F 32  Suy điện tích q2 nằm cân bẳng Ví dụ 3.2 Hai cầu nhỏ khối lượng m = 6.10-4 kg treo khơng khí (   ) hai sợi dây nhẹ chiều dài l = 50 cm vào điểm Khi hai cầu nhiễm điện giống cách đoạn r = cm a) Tính độ lớn điện tính cầu Lấy g = 10 m/s2 b) Nhúng hệ thống vào rượu êtylíc (   27 ), tính khoảng cách r1 hai cầu Bỏ qua lực đẩy Acsimét, cho biết góc  nhỏ sin   tan  Giải a) q  1,2.10-8 C b) r1 = cm Giáo án dạy thêm vật lí 11 nâng cao ThuVienDeThi.com GV Lê vĩnh Hòa - Trường THPT 1/5 Ví dụ 3.3 (Dành cho ban nâng cao) Ở đỉnh hình vng cạnh a có đặt điện tích Q = 10-8 C Xác định dấu, độ lớn điện tích q đạt tâm hình vng để hệ cân bằng? HD: - Gọi F1, F2, F3, F4 lực Q đặt đỉnh A, B, C, D hình vng tác dụng lên điện tích q đặt tâm hình vng          - Hợp lực tác dụng lên q là: F  F  F  F  F  ( F  F )  ( F  F ) (1) -        F  F   F   F Để q nằm cân thì: F          (2)  F  F   F   F  q dương âm -Xét cân điện tích Qtại đỉnh B (hoặc A, C, D):      F 12  F 32  F 42  F 02   F 12  F 32  F 42   F 02  q q2 < B q1< q2 > C q1.q2 > D q1.q2 < 1.3 Phát biểu sau đúng? A Khi nhiễm điện tiếp xúc, electron dịch chuyển từ vật nhiễm điện sang vật không nhiễm điện B Khi nhiễm điện tiếp xúc, electron dịch chuyển từ vật không nhiễm điện sang vật nhiễm điện C Khi nhiễm điện hưởng ứng, electron dịch chuyển từ đầu sang đầu vật bị nhiễm điện D Sau nhiễm điện hưởng ứng, phân bố điện tích vật bị nhiễm điện không thay đổi Độ lớn lực tương tác hai điện tích điểm khơng khí A tỉ lệ với bình phương khoảng cách hai điện tích B tỉ lệ với khoảng cách hai điện tích Giáo án dạy thêm vật lí 11 nâng cao ThuVienDeThi.com GV Lê vĩnh Hòa - Trường THPT 1/5 C tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách hai điện tích D tỉ lệ nghịch với khoảng cách hai điện tích 1.6 Khoảng cách prôton êlectron r = 5.10-9 (cm), coi prơton êlectron điện tích điểm Lực tương tác chúng là: A lực hút với F = 9,216.10-12 (N) B lực đẩy với F = 9,216.10-12 (N) C lực hút với F = 9,216.10-8 (N) D lực đẩy với F = 9,216.10-8 (N) 1.7 Hai điện tích điểm đặt chân khơng cách khoảng r = (cm) Lực đẩy chúng F = 1,6.10-4 (N) Độ lớn hai điện tích là: A q1 = q2 = 2,67.10-9 (ỡC) B q1 = q2 = 2,67.10-7 (ỡC) C q1 = q2 = 2,67.10-9 (C) D q1 = q2 = 2,67.10-7 (C) 1.8 Hai điện tích điểm đặt chân không cách khoảng r1 = (cm) Lực đẩy chúng F1 = 1,6.10-4 (N) Để lực tương tác hai điện tích F2 = 2,5.10-4 (N) khoảng cách chúng là: A r2 = 1,6 (m) B r2 = 1,6 (cm) C r2 = 1,28 (m) D r2 = 1,28 (cm) 1.9 Hai điện tích điểm q1 = +3 (  C) q2 = -3 (  C),đặt dầu (ồ = 2) cách khoảng r = (cm) Lực tương tác hai điện tích là: A lực hút với độ lớn F = 45 (N) B lực đẩy với độ lớn F = 45 (N) C lực hút với độ lớn F = 90 (N) D lực đẩy với độ lớn F = 90 (N) 1.10 Hai điện tích điểm đặt nước (ồ = 81) cách (cm) Lực đẩy chúng 0,2.10-5 (N) Hai điện tích A trái dấu, độ lớn 4,472.10-2 (  C) B dấu, độ lớn 4,472.10-10 (  C) C trái dấu, độ lớn 4,025.10-9 (  C) D dấu, độ lớn 4,025.10-3 (  C) 1.11 Hai cầu nhỏ có điện tích 10-7 (C) 4.10-7 (C), tương tác với lực 0,1 (N) chân không Khoảng cách chúng là: A r = 0,6 (cm) B r = 0,6 (m) C r = (m) D r = (cm) 1.12* Có hai điện tích q1 = + 2.10-6 (C), q2 = - 2.10-6 (C), đặt hai điểm A, B chân không cách khoảng (cm) Một điện tích q3 = + 2.10-6 (C), đặt đương trung trực AB, cách AB khoảng (cm) Độ lớn lực điện hai điện tích q1 q2 tác dụng lên điện tích q3 là: A F = 14,40 (N) B F = 17,28 (N) C F = 20,36 (N) D F = 28,80 (N) 1.13 Phát biểu sau không đúng? A Hạt êlectron hạt có mang điện tích âm, có độ lớn 1,6.10-19 (C) B Hạt êlectron hạt có khối lượng m = 9,1.10-31 (kg) C Nguyên tử nhận thêm êlectron để trở thành ion D êlectron chuyển động từ vật sang vật khác 1.14 Phát biểu sau không đúng? A Theo thuyết êlectron, vật nhiễm điện dương vật thiếu êlectron B Theo thuyết êlectron, vật nhiễm điện âm vật thừa êlectron C Theo thuyết êlectron, vật nhiễm điện dương vật nhận thêm ion dương D Theo thuyết êlectron, vật nhiễm điện âm vật nhận thêm êlectron 1.15 Phát biết sau không đúng? A Vật dẫn điện vật có chứa nhiều điện tích tự B Vật cách điện vật có chứa điện tích tự C Vật dẫn điện vật có chứa điện tích tự D Chất điện mơi chất có chứa điện tích tự Giáo án dạy thêm vật lí 11 nâng cao ThuVienDeThi.com GV Lê vĩnh Hòa - Trường THPT 1/5 1.16 Phát biểu sau khơng đúng? A Trong q trình nhiễm điện cọ sát, êlectron chuyển từ vật sang vật B Trong trình nhiễm điện hưởng ứng, vật bị nhiễm điện trung hoà điện C Khi cho vật nhiễm điện dương tiếp xúc với vật chưa nhiễm điện, êlectron chuyển từ vật chưa nhiễm điện sang vật nhiễm điện dương D Khi cho vật nhiễm điện dương tiếp xúc với vật chưa nhiễm điện, điện tích dương chuyển từ vật vật nhiễm điện dương sang chưa nhiễm điện 1.17 Khi đưa cầu kim loại không nhiễm điện lại gần cầu khác nhiễm điện A hai cầu đẩy B hai cầu hút C không hút mà không đẩy D hai cầu trao đổi điện tích cho 1.18 Phát biểu sau không đúng? A Trong vật dẫn điện có nhiều điện tích tự B Trong điện mơi có điện tích tự C Xét tồn vật nhiễm điện hưởng ứng vật trung hoà điện D Xét tồn vật nhiễm điện tiếp xúc vật trung hoà điện -** - Giáo án dạy thêm vật lí 11 nâng cao ThuVienDeThi.com ... vật nhiễm điện âm vật nhận thêm êlectron 1.15 Phát biết sau khơng đúng? A Vật dẫn điện vật có chứa nhiều điện tích tự B Vật cách điện vật có chứa điện tích tự C Vật dẫn điện vật có chứa điện tích.. . trình nhiễm điện hưởng ứng, vật bị nhiễm điện trung hoà điện C Khi cho vật nhiễm điện dương tiếp xúc với vật chưa nhiễm điện, êlectron chuyển từ vật chưa nhiễm điện sang vật nhiễm điện dương D... nhiễm điện dương tiếp xúc với vật chưa nhiễm điện, điện tích dương chuyển từ vật vật nhiễm điện dương sang chưa nhiễm điện 1.17 Khi đưa cầu kim loại không nhiễm điện lại gần cầu khác nhiễm điện