CHƯƠNG I ĐIỆN TÍCH – ĐIỆN TRƯỜNG I ĐIỆN TÍCH ĐỊNH LUẬT CU LÔNG Dạng 1 Tính Các Đại Lượng Trong Công Thức Của Định Luật Cu – Lông Lưu ý những bài tập dưới nếu đề không cho thì lấy 2 19 31 e g = 10m / s[.]
CHƯƠNG I ĐIỆN TÍCH – ĐIỆN TRƯỜNG I ĐIỆN TÍCH ĐỊNH LUẬT CU-LƠNG Dạng 1: Tính Các Đại Lượng Trong Công Thức Của Định Luật Cu – Lông Lưu ý: tập đề khơng cho lấy g = 10m / s ,e = 1,6.10-19 C,me = 9,1.10-31 Kg Câu LOẠI Hai cầu nhỏ giống kim loại A B đặt khơng khí, có điện tích q1 = - 3,2.10-7 C q2 = 2,4.10-7 C, cách khoảng 12 cm a) Xác định số electron thừa, thiếu cầu lực tương tác điện chúng b) Cho hai cầu tiếp xúc điện với đặt chỗ cũ Xác định lực tương tác điện hai cầu sau −8 −3 ĐS: n1 = 2.10 ;n = 1,5.10 ;F = 0,048N q1 ' = q ' = 4.10 C;F' = 10 N 12 12 Lời giải a) Điện tích q1 = - 3,2.10-7 C có số electron thừa là: q 3, 2.10 −7 n1 = = = 2.1012 e 1,6.10 −19 Điện tích q2 = 2,4.10-7 C có số electron thiếu là: q2 2, 4.107 n2 = = = 1,5.1012 −19 e 1,6.10 Lực tương tác điện hai cầu là: q q 9.109.3, 2.10−7.2, 4.10 −7 F = k 2 = = 0,048 N r 0,12 b) Cho hai cầu tiếp xúc điện với đặt chỗ cũ, điện tích là: q1' = q2 ' = q1 + q2 = −4.10−8 C Lực tương tác điện hai cầu lúc sau là: F ' = k q1' q2 ' r2 = 9.109.4.10−8.4.10−8 = 10 −3 N 0,12 −8 −8 Câu LOẠI Hai điện tích q1 = 2.10 C , q = −10 C đặt cách 20cm không khí Xác định độ lớn vẽ hình lực tương tác chúng? ĐS: 4,5.10−5 N Lời giải Lực tương tác giữahai điện tích là: q q 9.109.2.10 −8.10 −8 F = k 2 = = 4,5.10−5 N r 0, 2 Hai điện tích trái dấu nên hút nhau, lực tương tác chúng hình vẽ: −6 −6 Câu LOẠI Hai điệntích q1 = 2.10 C , q = −2.10 C đặt hai điểm A B khơng khí Lực tương tác chúng 0,4N Xác định khoảng cách AB, vẽ hình lực tương tác ĐS: 30cm Lời giải Khoảng cách AB điện tích là: r= k q1.q2 = F 9.109.2.10−6.2.10−6 = 0,3m = 30cm 0, Hai điện tích trái dấu nên hút nhau, lực tương tác chúng hình vẽ: LỰC TƯƠNG TÁC GIỮA HAI ĐIỆN TÍCH ĐIỂM Câu Loại Hai điện tích điểm đặt cách khoảng r khơng khí lực tương tác chúng 2.10 −3 N Nếu với khoảng cách mà đặt điện mơi có số điện mơi lực tương tác chúng 10 −3 N a/ Xác định số điện môi điện môi b/ Để lực tương tác hai điện tích điểm đặt điện môi lực tương tác đặt khơng khí phải đặt hai điện tích điểm cách bao nhiêu? Biết khơng khí hai điện tích điểm cách 20 cm ĐS: = ; r = 10 cm = 14, 14cm Lời giải: F 2.10−3 =2 a, Hằng số điện môi điện môi: = ' = F 10−3 b, Đổi r = 20cm = 20.10−2 m Lực tương tác hai điện tích điểm đặt điện mơi: F2 = k q1.q .r22 Lực tương tác hai điện tích điểm đặt khơng khí là: F = k q1.q r12 Do: lực tương tác hai điện tích điểm đặt điện mơi lực tương tác đặt khơng khí nên ta có: −2 q q q q r 20.10 F2 = F 22 = 2 r2 = = = 2.10−1 m = 10 cm .r2 r1 Câu Loại 2.Trong nguyên tử hiđrơ, electron chuyển động trịn quanh hạt nhân theo quỹ đạo trịn có bán kính 5.10 −9 cm Xác định lực hút tĩnh điện electron hạt nhân nguyên tử hiđrô đặt chân không ĐS: F = 9,216.10-8 N Lời giải: Đổi: 5.10−9 cm = 5.10−11 m −19 Điện tích hạt nhân hiđrơ: q hn = +q e = 1,6.10 C Lực tương tác electron hạt nhân hiđrô: F = k q1.q .r = 9.109 1,6.10−19.( −1,6.10−19 ) 1.( 5.10 ) −11 = 9, 216.10−8 N Câu Loại Hai cầu nhỏ coi chất điểm, giống nhau, làm kim loại đặt chân khơng Quả cầu A mang điện tích 4,5 C; cầu B mang điện tích −2, C Cho hai cầu tiếp xúc với đưa chúng cách 1,56cm Tính lực tương tác hai cầu sau tiếp xúc? ĐS: 40,77 N Lời giải: q1 = 4,5 C = 4,5.10 −6 C Đổi: q = −2, C = −2, 4.10−6 C r = 1,56cm = 1,56.10−2 cm Khi cho hai cầu tiếp xúc với đưa chúng cách điện tích hai cầu , , sau tiếp xúc: q1 = q = q1 + q 4,5.10−6 − 2,4.10−6 = = 1,05.10−6 C 2 Lực tương tác hai cầu sau tiếp xúc là: F = k q1, q ,2 .r = 9.109 (1,05.10−6 )2 (1,56.10−2 ) 40,77 N Câu Loại Hai cầu nhỏ tích điện q1 = 1,3.10 −9 C, q = 6,5.10−9 C đặt cách khoảng r chân khơng đẩy với lực F Cho cầu tiếp xúc đặt cách khoảng r chất điện mơi ε lực đẩy chúng F a, Xác định số điện môi chất điện mơi đó? b Biết F = 4,5.10−6 N, tìm r? Lời giải a + Trong chân khơng, ta có: F = k q1q r2 8, 45.10−18 =k (1) r2 + Sau cho hai cầu tiếp xúc với nhau, áp dụng định luật bảo tồn điện tích ta có: q1' = q '2 = q1 + q = 3,9.10−9 C + Trong môi trường điện môi, ta có: F' = k + F = F' k b Thay r =k 15, 21.10−18 (2) r 8, 45.10−18 15, 21.10−18 = k = 1,8 r2 r F = 4,5.10−6 N vào biểu thức 4,5.10−6 =k q '1 q '2 8, 45.10−18 r= r2 (1) ta có: 9.109.8, 45.10 −18 = 13 cm 4, 5.10−6 Dạng II: Tính lượng điện tích khối chất Sử dụng kiện cho sau: cho biết nguyên tử cacbon có proton, nguyên tử H có proton, nguyên tử Oxi có proton Số A – vơ – ga – dro N A = 6,02.10 23 hạt/mol Câu Loại Tính độ lớn điện tích dương âm có 12 g than chì Lời giải + Số mol than chì là: n = m = mol M + Số nguyên tử cacbon 12 g than chì là: N = n.N A = 6,02.10 + Số proton = số electron 23 = 6.6,02.1023 = 36,12.1023 + Độ lớn điện tích dương = độ lớn điện tích âm = 36,12.1023.1,6.10−19 = 577920 C Câu Loại Tính độ lớn điện tích dương điện tích âm 2,24 chuẩn Lời giải + Số mol khí Hidro là: n = khí H2 điều kiện tiêu V = 0,1 mol 22, + Số phân tử Hidro 2,24 lít Hidro điều kiện tiêu chuẩn là: N = n.N A = 6,02.10 + Số nguyên tử Hidro 2,24 lít Hidro điều kiện tiêu chuẩn là: + Số proton = số electron 2.6,02.1022 = 12,04.1022 = 1.12,04.1022 = 12,04.1022 1,6.10−19 = 19264 C 22 + Độlớn điện tích dương = độ lớn điện tích âm 12,04.10 22 LOẠI Tính lượng điện tích dương điện tích âm có 11, lít khí mêtan CH4 điều kiện tiêu chuẩn Câu 10 Lời giải - Số phân tử mêtan: N me tan = 11, N A 22, - Điện tích dương: ( e + e ) N me tan = 481600C - Điện tích âm: ( 6e + 4e ) Nme tan = − 481600C Câu 11 LOẠI Tính lượng điện tích dương điện tích âm có 15.106 phân tử Oxi Lời giải −11 - Điện tích dương: e 2NPhantu_Oxi = 3,84.10 C −11 - Điện tích âm: 8e.2NPhantu_Oxi = − 3,84.10 C DẠNG Xác định độ lớn dấu điện tích Câu 12 LOẠI Hai điện tích điểm nhau, đặt chân không, cách 10 cm Lực đẩy chúng 9.10-5N a/ Xác định dấu độ lớn hai điện tích b/ Để lực tương tác hai điện tích tăng lần phải tăng hay giảm khoảng cách hai điện tích lần? Xác định khoảng cách hai điện tích lúc Lời giải q2 −8 a/ Hai điện tích đẩy nên dấu: F = k = q1 = q = q = 10 C r b/ Khi lực tương tác có độ lớn tăng lần thì: q2 q2 r F = 3F k = 3k r = 5, 773cm r r Câu 13 LOẠI Hai điện tích có độ lớn nhau, đặt cách 25cm điện mơi có số điện mơi lực tương tác chúng 6, 48 mN a) Xác định độ lớn điện tích b) Nếu đưa hai điện tích khơng khí giữ khoảng cách lực tương tác chúng thay đổi nào? Vì sao? Biết số điện mơi khơng khí coi c) Để lực tương tác hai điện tích khơng khí 6, 48.10-3 N phải đặt chúng cách bao nhiêu? Lời giải a) Độ lớn điện tích q1 = q = F..r 6, 48.10−3.2.0, 252 = = 3.10−7 C k 9.109 b) Đưa hai điện tích khơng khí giữ khoảng cách lực tương tác chúng 2 tăng lần vì: k q1q = F'. '.r = F..r F' = F.2 c) k q1q = Fkk kk rkk = F r rkk = r rkk = r = 25 35,36 cm LOẠI Hai vật nhỏ tích điện đặt cách 50cm, hút lực 0, 18N Câu 14 Điện tích tổng cộng hai vật 4.10-6C Tính điện tích vật theo đơn vị C? Lời giải q1q = − F..r 0,18.0,52 =− = −5.10−12 C2 k 9.10 q1 + q = 4.10−6 C q1;q2 q1 = 5.10−6 C = 5C −6 q = −10 C = −1C −6 −12 nghiệm phương trình: X − ( 4.10 ) X + ( −5.10 ) = −6 q1 = −10 C = −1C q = 5.10−6 C = 5C Câu 15 LOẠI Hai điện tích điểm có độ lớn đặt chân không, cách khoảng cm, chúng xuất lực tương tác F = 160 N a) Hãy xác định độ lớn điện tích điểm đơn vị nC? b) Để lực tương tác chúng 2, 5.10-4N khoảng cách chúng bao nhiêu? Lời giải F..r 160.10−6.0, 052 = 6, 67.10−9 C = 6, 67nC k 9.10 -4 b) Để lực tương tác chúng 2, 5.10 N khoảng cách chúng a) Độ lớn điện tích q1 = q = k q1q = F'..r'2 = F..r F'.r'2 = F.r 2,5.10−4.r'2 = 160.10−6.0,052 → r ' = 0,04m = 4cm Câu 16 Loại Hai vật nhỏ đặt khơng khí cách đoạn 1m, đẩy lực F = 1,8 N Điện tích tổng cộng hai vật 3.10−5 C Tìm điện tích vật −5 −5 ĐS: q1 = 2.10 C ; q = 10 C Hướng dẫn giải F =k q1q2 r2 F r 1,8.12 q1q2 = = = 2.10−10 k 9.10 Do hai điện tích đẩy nên chúng dấu nên ta có q1q2 = 2.10 −5 Kết hợp với q1 + q2 = 3.10 C Giải q1 = 2.10−5 C q2 = 1.10−5 C q1 = 1.10 −5 C q2 = 2.10 −5 C −10 *Loại Hai cầu kim loại nhỏ mang điện tích Câu 17 q1 q đặt khơng khí cách cm, đẩy lực 2,7.10−4 N Cho hai cầu tiếp xúc lại đưa vị trí cũ, chúng đẩy lực 3,6.10−4 N Tính q1 ,q2 ? −9 −9 −9 −9 ĐS: q1 = 2.10 C ; q = 6.10 C q1 = −2.10 C ; q = −6.10 C đảo lại Hướng dẫn giải F =k F r 2,7.10−4.0,022 q1q2 = = = 1, 2.10−17 k 9.10 q1q2 r2 Do điện tích đẩy nên điện tích dâu, ta có Gọi điện tích cầu sau tiếp xúc Sau tiếp xúc, q =q ' q1' q2' q1q2 = 1, 2.10−17 ' q1 + q2 = q1' + q2' = 2q1' Áp dụng định luật bảo tồn điện tích: q1' q2' F r 3, 6.10−4.0, 022 ' F = k (q1' )2 = = = 1, 6.10−17 q1' = 4.10−9 C r k 9.109 q1 + q2 = 2.4.10−9 C = 8.10−9 q1 = 6.10−9 C −17 −9 q2 = 2.10 C Ta có q1q2 = 1, 2.10 q1 = −6.10−9 C \ −9 q2 = −2.10 C Dạng Tính lực tương tác nhiều điện tích Câu 18 −7 theo thứ tự đường thẳng nhúng nước nguyên chất có chúng −7 −6 Loại Ba cầu nhỏ mang điện tích q1 = 6.10 C,q = 2.10 C,q = 10 C = 81 Khoảng cách r12 = 40 cm,r23 = 60 cm Xác định lực điện tổng hợp tác dụng lên cầu −4 −5 ĐS: F1 = 1,5.10 ;F2 = 2,16.10 ;F3 = 1, 28.10 −4 Hướng dẫn giải F21 F12 = F21 = k Fq31q 2 12 r F13 = F31 = k q1q3 F23 = F32 = k q3 q2 r 13 r 23 = N 12000 = q1 N 15000 = N 16200 Lực tương tổng hợp lên q1 F32 F12 q2 F13 q3 F23 −4 Do F21 , F31 phương chiều nên F1 = F21 + F31 = 1,5.10 N Lực tương tổng hợp lên q2 −5 Do F12 , F32 phương ngược chiều nên F2 = F12 − F32 = 2,16.10 N Lực tương tổng hợp lên q3 −4 Do F23 , F13 phương chiều nên F3 = F23 + F13 = 1, 28.10 N −7 −7 LOẠI Cho hai điện tích điểm q1 = 2.10 C;q = −3.10 C đặt hai điểm Câu 19 A B chân khơng cách 5cm Xác định lực điện tổng hợp tác dụng lên q o = −2.10−7 C hai trường hợp: a) qo đặt b) q o đặt D với C, với CA = 2cm; CB = 3cm DA = 2cm; D = cm Lời giải a) Vì AB = AC + CB → nên điểm A, B, C thẳng hàng F1 = k q1q0 F2 = k q2 q0 r12 r22 = 9.10 2.10−7 ( −2.10−7 ) 0, 022 = 9.10 = 0,9 N −3.10−7 ( −2.10−7 ) 0, 032 = 0, N Vì F1 F2 F = F1 + F2 = 1,5N q1 + A F F1 F2 q0 q2 C B b) F1 = k q1q0 F2 = k q2 q0 r12 r22 = 9.10 = 9.10 2.10−7 ( −2.10−7 ) 0, 022 = 0,9 N −3.10−7 ( −2.10−7 ) 0, 07 = 0,11 N Vì F1 F2 F = F1 − F2 = 0,79N F2 q0 D F1 F q1 q2 + A B ... 4e ) Nme tan = − 481600C Câu 11 LOẠI Tính lượng điện tích dương điện tích âm có 15.106 phân tử Oxi Lời giải ? ?11 - Điện tích dương: e 2NPhantu_Oxi = 3,84.10 C ? ?11 - Điện tích âm: 8e.2NPhantu_Oxi... 22 LOẠI Tính lượng điện tích dương điện tích âm có 11, lít khí mêtan CH4 điều kiện tiêu chuẩn Câu 10 Lời giải - Số phân tử mêtan: N me tan = 11, N A 22, - Điện tích dương: ( e + e ) N me tan... 5.10−9 cm = 5.10? ?11 m −19 Điện tích hạt nhân hiđrơ: q hn = +q e = 1,6.10 C Lực tương tác electron hạt nhân hiđrô: F = k q1.q .r = 9.109 1,6.10−19.( −1,6.10−19 ) 1.( 5.10 ) ? ?11 = 9, 216.10−8