Đang tải... (xem toàn văn)
CHUYÊN ĐỀ 3. ĐIỆN TRƯỜNGCHỦ ĐỀ 1: LỰC TƯƠNG TÁC TĨNH ĐIỆNỞ cấp Trung học cơ sở (THCS), ta đã biết các vật mang điện hoặc hút nhau, hoặc đẩy nhau.Lực tương tác (đẩy, hút) giữa chúng phụ thuộc vào những yếu tố nào?Người ta dựa vào cơ sở nào để giải thích các hiện tượng nhiễm điện?A. KIẾN THỨC CẦN NHỚ1. Điện tích Định luật Culônga.Điện tích•Điện tích là vật bị nhiễm điện, hay là vật mang điện, vật tích điện.•Điện tích điểm là một vật tích điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách tới điểm mà ta đang xét.•Có hai loại điện tích: Điện tích dương (kí hiệu bằng dấu +) và điện tích âm (kí hiệu bằng dấu ).
Luyên thi chuyên đề lớp 11 2018 CHUYÊN ĐỀ ĐIỆN TRƯỜNG CHỦ ĐỀ 1: LỰC TƯƠNG TÁC TĨNH ĐIỆN Ở cấp Trung học sở (THCS), ta biết vật mang điện hút nhau, đẩy nhau.Lực tương tác (đẩy, hút) chúng phụ thuộc vào yếu tố nào?Người ta dựa vào sở để giải thích tượng nhiễm điện? A KIẾN THỨC CẦN NHỚ Điện tích - Định luật Cu-lơng a Điện tích • Điện tích vật bị nhiễm điện, vật mang điện, vật tích điện • Điện tích điểm vật tích điện có kích thước nhỏ so với khoảng cách tới điểm mà ta xét • Có hai loại điện tích: Điện tích dương (kí hiệu dấu +) điện tích âm (kí hiệu dấu -) Chú ý Các điện tích dấu (cùng loại) đẩy nhau, điện tích trái dấu (khác loại) hút b Định luật Culông Độ lớn lực tương tác hai điện tích điểm đặt chân khơng tỉ lệ thuận với tích độ lớn hai điện tích ti lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng F k Trong đó: k hệ số tỉ lệ, hệ đơn vị SI, k q1q2 r2 9.109 Nm C2 F lực tương tác hai điện tích (N) q1 , q2 điện tích điện tích điểm thứ thứ (C) r khoảng cách hai điện tích (m) + Nếu điện tích điểm đặt mơi trường điện mơi (mơi trường cách điện) đồng tính công thức định luật Cu-lông trường hợp là: F k q1q2 r2 số điện môi môi trường Hằng số điện môi cho biết đặt điện tích mơi trường lực tương tác chúng giảm lần so với đặt chúng chân khơng Lưu ý Trong chân khơng 1 Trong khơng khí 1 • Véc tơ lực tương tác hai điện tích điểm: - Có điểm: đặt điện tích Trang1 - Có phương: trùng với đường thẳng nối hai điện tích - Có chiều: hướng xa hai điện tích dấu; hướng lại gần hai điện tích trái dấu (hình vẽ) - Có độ lớn: xác định định luật Cu-lông q q F 21 Ở hình vẽ bên, lực tác dụng lên F 12 lực q1 tác dụng lên q2 + Nếu có điện tích q đặt hệ có n điện tích điểm lực tương tác n điện tích điểm điện tích q là: F F1 F2 Fn Trong F1 , F2 , , Fn lực điện tích q1 , q2 , , qn tác dụng lên điện tích q Chú ý Định luật Cu-lơng áp dụng cho: - Các điện tích điểm - Các điện tích phân hố vật dẫn hình cầu (coi điện tích điểm tâm) Thuyết êlectron a Cấu tạo nguyên tử phương diện điện Điện tích nguyên tố + Các chất cấu tạo từ phân tử, nguyên tử Các phân tử nguyên tử tạo thành Mỗi nguyên tử gồm: hạt nhân mang điện dương nằm trung tâm êlectron có khối lượng bé so với hạt nhân nguyên tử mang điện tích âm chuyển động xung quanh hạt nhân nguyên tử 31 19 - Êlectron hạt sơ cấp mang điện tích âm, e 1, 6.10 (C) khối lượng me 9,1.10 kg - Proton có điện tích e 1, 6.10 19 C khối lượng m p 1, 67.10 27 kg - Notron khơng mang điện có khối lượng xấp xỉ khối lượng proton - Điện tích êlectron proton điện tích nhỏ mà ta có được, nên ta gọi êlectron proton điện tíchngun tố (âm dương) STUDY TIP Bình thường tổng đại số tất điện tích ngun tử khơng Ta nói ngun tử trung hòa điện b Thuyết êlectron Thuyết dựa vào cư trú di chuyển êlectron để giải thích tượng điện tính chất điện vật gọi thuyết êlectron + Êlectron rời khỏi nguyên tử để từ nơi đến nơi khác Nguyên tử êlectron trở thành hạt mang điện dương gọi ion dương Ví dụ: Nguyên tử kali bị êlectron trở thành ion K+ Trang2 + Một nguyên tử trung hòa nhận thêm êlectron để trở thành hạt mang điện âm gọi ion âm Ví dụ: Nguyên tử clo nhận thêm êlectron để trở thành ion ClSTUDY TIP Vật nhiễm điện âm vật thừa êlectron, vật nhiễm điện dương vật thiếu êlectron c Vật (chất) dẫn điện – điện môi Vật (chất) dẫn điện vật (chất) có chứa nhiều điện tích tự Điện tích tự điện tích di chuyển tự phạm vi thể tích vật dẫn Ví dụ: Kim loại chứa nhiều êlectron tự Các dung dịch axit, bazơ, muối chứa nhiều ion tự Điện môi vật khơng có chứa điện tích tự Ví dụ: khơng khí khơ, dầu, thủy tinh, sứ, cao su, số loại nhựa, d Sự nhiễm điện tiếp xúc Nếu cho vật chưa nhiễm điện tiếp xúc với vật nhiễm điện bị nhiễm điện dấu với vật Giải thích: Gọi vật chưa nhiễm điện vật A, vật nhiễm điện vật B Theo thuyết electron, vật A tiếp xúc với vật B nhiễm điện dương electron vật A di chuyển sang vật B làm cho vật A electron nhiêm điện dương (cùng dấu với vật B) Nếu vật A tiếp xúc với vật B nhiễm điện âm electron vật B di chuyển sang vật A làm cho vật A nhận thêm electron nhiễm điện âm (cùng dấu với vật B) e Sự nhiễm diện hưởng ứng Nếu ta đưa cầu A nhiễm điện dương lại gần điểm M kim loại MN trung hịa điện, đầu M nhiễm điện âm, đầu N nhiễm điện dương Sự nhiễm điện kim loại MN nhiễm điện hưởng ứng (hay tượng cảm ứng tĩnh điện) Giải thích: Theo thuyết electron, cầu A để gần MN, cầu A tác dụng lực Cu-lông lên electron kim loại, làm cho electron di chuyển phía đầu M làm đầu M thừa electron, nên đầu M nhiễm điện âm Đầu N thiếu electron nên đầu N nhiễm điện dương Định luật bảo tồn điện tích Hệ lập điện: Là hệ gồm vật khơng trao đổi điện tích với vật khác ngồi hệ Trong hệ lập điện, tổng đại số điện tích vật hệ không đổi q1 q2 qn hằng số B CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI Trang3 DẠNG 1: Xác định đại lượng liên quan đến lực tương tác hai điện tích điểm đứng yên Ví dụ 1: Hai điện tích q1 q, q2 3q đặt cách khoảng r chân khơng Nếu điện tích q1 tác dụng lên điện tích q2 có độ lớn F lực tác dụng điện tích q2 lên q1 có độ lớn A F B F C 1,5 F D F Lời giải Theo định luật Cu-lơng lực tương giác hai điện tích là: F k q1q2 F12 F21 r2 Lực tác dụng điện tích q2 lên q1 có độ lớn F Đáp án A Ví dụ 2: Hai hạt bụi khơng khí, hạt chứa 5.10 electron cách cm Lực đẩy tĩnh điện hai hạt 5 A 1, 44.10 N 6 B 1, 44.10 N 7 C 1, 44.10 N 9 D 1, 44.10 N Lời giải Điện tích hạt bụi q1 q2 5.108 1, 6.10 19 8.10 11 C Lực đẩy tĩnh điện hai hạt là: 9.10 8.10 k qq F 12 r 0, 02 11 1, 44.10 N Đáp án C STUDY TIP 19 Điện tích electron 1, 6.10 (C) 6 Ví dụ 3: Trong mơi trường điện mơi đồng tính, lực hút tĩnh điện hai điện tích 2.10 N Khi 7 đưa chúng xa thêm cm lực hút tĩnh điện lúc 5.10 N Khoảng cách ban đầu chúng là? A cm B cm C cm D cm Lời giải Gọi khoảng cách ban đầu hai điện tích a (m) Theo định luật Cu-lơng, ta có: F r2 2.10 a 0, 02 F 22 a 0, 02m 2 cm r F2 r1 5.10 a2 Đáp án B Trang4 Chú ý Các điện tích điểm đặt mơi trường điện mơi đồng tính cơng thức định luật Cu-lông trường hợp là: F k q1q2 r2 Ví dụ 4: Hai điện tích điểm đứng n khơng khí cách khoảng r tác dụng lên lực có độ lớn F Khi đưa chúng vào dầu hoả có số điện môi 2 giảm khoảng cách r chúng cịn độ lớn lực tương tác chúng A 18 F B 1,5 F C F D 4,5 F Lời giải Theo định luật Cu-lơng, ta có lực tương tác hai điện tích điểm tỉ lệ nghịch với r F F r2 F 1.r 2 4,5 F 4,5F 2 r F r F r 3 Đáp án D Ví dụ 5: Hai cầu nhỏ giống kim loại A B đặt khơng khí, có điện tích q1 3, 2.10 C q2 2, 4.10 C , cách khoảng 12 cm a) Khi đó, số electron thừa, thiếu cầu A 12 Số electron thừa cầu A N1 2.10 electron, số electron thiếu cầu B N 1, 5.1012 electron B 12 Số electron thiếu cầu A N1 2.10 electron, số electron thừa cầu B N 1,5.1012 electron 12 12 C Số electron thừa cầu A N1 1, 5.10 electron, số electron thiếu cầu B N 2.10 electron 12 12 D Số electron thiếu cầu A N1 1,5.10 electron, số electron thừa cầu B N 2.10 electron b) Lực tương tác điện chúng 3 3 3 A 24.10 N B 48.10 N C 3.10 N c) 3 D 72.10 N Cho hai cầu tiếp xúc điện với đặt chỗ cũ Lực tương tác điện hai cầu sau 3 3 A 4,8.10 N B 10 N Trang5 3 3 C 3, 2.10 N D 2.10 N Lời giải a) Điện tích electron có độ lớn 1, 6.10 19 C Vì cầu A nhiễm điện âm nên cầu A thừa electron 3, 2.10 N1 2.1012 19 1, 6.10 Số electron thừa cầu A là: electron Vì cầu B nhiễm điện dương nên cầu B thiếu electron 2, 4.10 N2 1,5.1012 19 1, 6.10 Số electron thiếu cầu B là: electron Đáp án A b) Lực tương tác điện chúng lực hút (vì hai cầu mang điện tích trái dấu) có độ lớn xác định định luật Cu-lông F k q1q2 48.10 N r Đáp án B c) Khi cho hai cầu tiếp xúc với điện tích cầu phân bố lại Vì cầu giống nên sau tách ra, điện tích chúng q1 q2 q Mặt khác theo định luật bảo tồn điện tích ta có q1 q2 q1 q2 Từ suy q1 q2 q q1 q2 0, 4.10 C Lực tương tác điện chúng lực đẩy có độ lớn: F k q1q2 10 N r2 Đáp án B Phân tích Tư tưởng giải ý c: - Đã có khoảng cách hai cầu, người ta cho chúng tiếp xúc đưa lại vị trí cũ nên khoảng cách khơng thav đổi - Tính điện tính hai cầu sau tiếp xúc tách định luật bảo tồn điện tính - Dùng định luật Cu-lông xác định lực tương tác Ví dụ 6: Hai điện tích q1 q2 đặt cách 20 cm khơng khí, chúng đẩy với lực 6 F 1,8 N Biết q1 q2 6.10 C q1 q2 Xác định loại điện tích q1 q2 Tính q1 q2 A q1 1.10 C q2 5.10 C B q1 2.10 C q2 4.10 C Trang6 C q1 3.10 C q2 3.10 C D q1 4.10 C q2 2.10 C Lời giải Hai điện tích đẩy nên chúng dấu, mặc khác q1 q2 nên chúng điện tích âm Theo định luật Cu-lơng, ta có F 9.109 q1q2 Fr q q 8.10 12 C2 r2 9.109 Vì q1 q2 dấu nên q1q2 nên q1q2 q1q2 8.10 12 1 q1 q2 6.10 Từ (1) (2) ta có q1 q2 nghiệm phương trình: 2 6 x Sx P 0 x 6.10 x 8.10 q1 2.10 q 4.10 Từ suy Vì 12 x1 2.10 0 6 x2 4.10 q1 4.10 6 q2 2.10 q1 q2 q1 4.10 C; q2 2.10 C Vậy q1 4.10 C q2 2.10 C Đáp án D STUDY TIP Nếu tổng số S tích số P số nghiệm phương trình x Sx P 0 Ví dụ 7: Hai điện tích điểm có độ lớn đặt khơng khí cách 12 cm Lực tương tác hai điện tích 10 N Đặt hai điện tích dầu đưa chúng cách cm lực tương tác chúng 10 N Tính độ lớn điện tích số điện mơi dầu A q1 q2 4.10 C ; 2, 25 B q1 q2 3,5.10 C ; 1,72 C q1 q2 3.10 C ; 1, 26 D q1 q2 4,510 C ; 2,85 Lời giải Khi đặt khơng khí, theo định luật Cu-lơng ta có F k q2 Fr q q 4.10 C 2 r 9.10 Khi đặt dầu, lực tương tác cũ, nên ta có: Trang7 F k qq q2 9.109 22 2, 25 r Fr Đáp án A Ví dụ 8: Cho hai cầu kim loại nhỏ, giống nhau, tích điện cách 20 cm chúng hút lực 1,2 N Cho chúng tiếp xúc với tách chúng đến khoảng cách cũ chúng đẩy với lực đẩy lực hút Tính điện tích lúc đầu cầu A 6 6 q1 0,96.10 q1 5,58.10 ; 6 6 q2 5,58.10 q2 0,96.10 q1 0,96.10 q1 5,58.10 ; 6 6 q 5,58.10 q2 0,96.10 B q1 0,96.10 q1 5,58.10 ; q2 0,96.10 q2 5,58.10 C D Cả A B Lời giải Hai cầu hút nên chúng tích điện trái dấu Vì điện tích trái dấu theo định luật Cu-lơng ta có F k q1q2 Fr 16 12 16 q q q q 10 q1q2 10 12 1 2 r 9.10 3 Khi cho hai cầu tiếp xúc với điện tích cầu phân bố lại Vì cầu giống nên sau tách ra, điện tích chúng q1 q2 q Mặt khác theo định luật bảo tồn điện tích ta có q1 q2 q1 q2 Từ suy q1 q2 q q1 q2 Theo định luật Cu-lơng, ta có lực tương tác lúc qq F r 16 12 6 q q F k 2 10 q1 q2 10 r 9.10 3 Từ (1) (2) ta có q1và q2 nghiệm phương trình: 3x 8 3.10 x 16.10 12 0 6 6 x 0,96.10 x1 0,96.10 6 6 x2 5,58.10 x2 5,58.10 q1 0,96.10 q1 5,58.10 q1 0,96.10 q1 5,58.10 ; ; ; 6 6 6 6 q 5,58.10 q 0,96.10 q 5,58.10 q2 0,96.10 Vậy Trang8 Đáp án D Phân tích Ta cần tìm phương trình ẩn q1 , q2 - Từ kiện "cách 20 cm chúng hút lực 1,2 N" ta kiện liên quan đến q1 , q2 - Từ kiện "Cho chúng tiếp xúc với tách chúng đến khoảng cách cũ" ta kiện thứ theo định luật bảo toàn điện tích BÀI TẬP RÈN LUYỆN KĨ NĂNG Điện tích Định luật Cu-lơng Câu 1: Có hai điện tích điểm q1và q2 đặt gần nhau, chúng đẩy Khẳng định sau đúng? A q1 q2 B q1 q2 C q1.q2 D q1.q2 Câu 2: Có bốn vật A, B, C, D kích thước nhỏ, nhiễm điện Biết vật A hút vật B lại đẩy C Vật C hút vật D Khẳng định sau không đúng? A Điện tích vật A D trái dấu B Điện tích vật A D dấu C Điện tích vật B D dấu D Điện tích vật A C dấu Câu 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 khơng thay đổi Câu 4: 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 C tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách hai điện tích D tỉ lệ nghịch với khoảng cách hai điện tích Câu 5: Tổng điện tích dương tổng điện tích âm 1cm3 khí Hiđrơ điều kiện tiêu chuẩn là: A 4,3.103 C 4,3.103 C B 8, 6.103 C 8, 6.103 C C 4,3 C 4,3 C D 8, C 8, C Câu 6: Khoảng cách prôton êlectron điện tích điểm Lực tương tác chúng là: Trang9 r 5.10 cm , coi prôton êlectron 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 N D lực đẩy với F 9, 216.10 N r 2 cm Lực đẩy r1 2 cm Lực đẩy Câu 7: Hai điện tích điểm đặt chân khơng cách khoảng chúng F 1, 6.10 N Độ lớn hai điện tích là: A q1 q2 2, 67.10 μC.C B q1 q2 2,67.10 μC.C C q1 q2 2,67.10 C D q1 q2 2, 67.10 C Câu 8: Hai điện tích điểm đặt chân không cách khoảng chúng F1 1, 6.10 N Để lực tương tác hai điện tích F2 2,5.10 N khoảng cách chúng là: A r2 1, m B r2 1, cm Câu 9: Hai điện tích điểm r 3 cm C r2 1, 28 m q1 3 μC.C q2 μC.C , D r2 1, 28 cm đặt dầu cách khoảng 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 Câu 10: Hai điện tích điểm đặt nước chúng 2 0, 2.10 N 81 cách (cm) Lực đẩy Hai điện tích A trái dấu, độ lớn 4, 472.10 μC.C B dấu, độ lớn 4, 472.10 10 μC.C C trái dấu, độ lớn 4, 025.10 μC.C D dấu, độ lớn 4, 025.10 μC.C Câu 11: Hai cầu nhỏ có điện tích 10 C 4.10 C , tương tác với lực 0,1 (N) chân không Khoảng cách chúng là: A r 0, cm B r 0, m C r 6 m D r 6 cm Thuyết Electron Định luật bảo tồn điện tích Câu 12: Phát biểu sau không đúng? A Hạt êlectron hạt có mang điện tích âm, có độ lớn B Hạt êlectron hạt có khối lưọng Trang10 1, 6.10 19 C 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 Câu 13: 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 Câu 14: Phát biểu 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 Câu 15: Phát biểu sau khơng đúng? A Trong q trình nhiễm điện cọ xát, 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 Câu 16: 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 Câu 17: 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 hồ điện D Xét tồn vật nhiễm điện tiếp xúc vật trung hoà điện Trang11 ĐÁP ÁN 1-C 2-B 3-C 11-D 12-D 13-C HƯỚNG DẪN GIẢI CHI TIẾT 4-C 14-C 5-D 15-D 6-C 16-B 7-C 17-D 8-B 9-A 10-D Câu 1: Đáp án C Hai điện tích đẩy chúng phải dấu suy tích q1.q2 Câu 2: Đáp án B Biết vật A hút vật B lại đẩy C suy A C dấu, A B trái dấu Vật C hút vật D suy C D dấu.Như A, C D dấu đồng thời trái dấu với D Câu 3: Đáp án C Khi nhiễm điện hưởng ứng, electron dịch chuyển từ đầu sang đầu vật bị nhiễm điện Câu 4: Đáp án C Theo định luật Cu-lơng ta có, lực tương tác hai điện tích điểm xác định biểu thức: F k q1q2 r2 Như lực tương tác hai điện tích điểm tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách hai điện tích Câu 5: Đáp án D Một mol khí hiđrơ điều kiện tiêu chuẩn tích 22,4 (l) Mỗi phân tử H2 lại có nguyên tử H, nguyên tử hiđrô gồm prôton êlectron Điện tích prơton là 1, 6.10 19 C , điện tích êlectron 1, 6.10 19 C , 10 n mol 22, 22400 Số mol khí Số phân tử khí H2 n.N A 6, 02.10 23 2, 6875.1019 22400 (phân tử) Từ ta tính tổng điện tích dương (cm3) khí hiđrô 2, 6875.1019 2 1, 6.10 19 8, C Tổng điện tích âm –8,6 (C) Câu 6: Đáp án C Theo định luật Cu-lơng, ta có Với F k q1q2 r2 q1 1, 6.10 19 C , q2 1, 6.10 19 C r 5.10 cm 5.10 11 m Thay số ta F 9, 216.10 N Câu 7: Đáp án C Trang12 F k Theo định luật Cu-lơng, ta có Ta tính q1q2 2 4 r , với q1 q2 q, r 2 cm 2.10 m F 1, 6.10 N q1 q2 2, 67.10 C Câu 8: Đáp án B Theo định luật Cu-lơng, ta có Khi r r1 2 cm Khi r r2 với F2 k F1 k F k q1q2 r2 q1q2 r12 , q1q2 F1 r22 , r22 ta suy F2 r12 F1 1, 6.10 (N), F2 2,5.10 N , từ ta tính r2 1, cm Câu 9: Đáp án A Hai điện tích trái dấu nên chúng hút Theo định luật Cu-lơng, ta có Với F k q1q2 , r2 q1 3 μC.C 3.10 C q2 μC.C 3.10 C , 2 r 3 cm Ta lực tương tác hai điện tích có độ lớn F 45 N Câu 10: Đáp án D Hai điện tích điểm đẩy chúng dấu q1q2 q2 F k k r2 r Theo định luật Cu-lơng, ta có với 81, r 3 cm F 0, 2.10 N Ta suy q 4, 025.10 μC.C Câu 11: Đáp án D Theo đinh luật Cu-lơng, ta có với F k q1q2 r2 , q1 10 C , q2 4.10 C F 0,1 N Suy khoảng cách chúng Câu 12: Đáp án D Trang13 r 0, 06 m 6 cm Theo thuyết êlectron êlectron hạt có mang điện tích m 9,1.10 31 kg q 1,6.10 19 C , có khối lượng Nguyên tử nhận thêm êlectron để trở thành ion Như mệnh đề "êlectron chuyển động từ vật sang vật khác" sai Câu 13: Đáp án C Theo thuyết êlectron, vật nhiễm điện dương vật thiếu êlectron, vật nhiễm điện âm vật thừa êlectron, tức vật nhiễm điện âm vật nhận thêm êlectron.Vậy phát biểu "một vật nhiễm điện dương vật nhận thêm ion dương" sai Câu 14: Đáp án C Theo định nghĩa: Vật dẫn điện vật có chứa nhiều điện tích tự Vật cách điện (điện mơi) vật có chứa điện tích tự Như phát biểu "Vật dẫn điện vật có chứa điện tích tự do" sai Câu 15: Đáp án D Theo thuyết êlectron: Trong trình nhiễm điện cọ sát, êlectron chuyển từ vật sang vật Trong trình nhiễm điện hưởng ứng, êlectron chuyển từ đầu sang đầu vật vật bị nhiễm điện trung hoà điện 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 Như phát biểu "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" sai Câu 16: Đáp án B Khi đưa cầu kim loại A không nhiễm điện lại gần cầu B nhiễm điện hai cầu hút Thực đưa cầu A không tích điện lại gần cầu B tích điện cầu A bị nhiễm điện hưởng ứng phần điện tích trái dấu với cầu B nằm gần cầu B so với phần tích điện dấu Tức cầu B vừa đẩy lại vừa hút cầu A, lực hút lớn lực đẩy nên kết quả cầu B hút cầu A Câu 17: Đáp án D Theo thuyết êlectron thì: Trong vật dẫn điện có nhiều điện tích tự Trong điện mơi có điện tích tự Xét tồn vật nhiễm điện hưởng ứng vật trung hồ điện Cịn nhiễm điện tiếp xúc êlectron chuyển từ vật sang vật dẫn đến vật thừa thiếu êlectron Nên phát biểu "Xét tồn vật nhiễm điện tiếp xúc vật trung hoà điện” sai DẠNG 2: Tìm hợp lực tác dụng lên điện tích Phương pháp chung Nếu vật có điện tích q chịu tác dụng lực F1 , F2 , F3 , hợp lực tác dụng lên điện tích q xác định Trang14 F F1 F2 F3 Thông thường ta gặp hai ba lực tác dụng lên điện tích q Để xác định độ lớn hợp lực F ta xác định theo hai cách sau: Cách 1: Sử dụng cộng véctơ theo quy tắc hình bình hành, tính tốn dựa hình Nếu F1 , F2 phương và: + F1 , F2 chiều thì: F F1 F2 F F1 F2 + F1 , F2 ngược chiều thì: Nếu F1 , F2 có phương vng góc F F12 F22 Nếu F1 , F2 có độ lớn hợp với góc αthìthì F 2OH F 2 F1cos Nếu F1 , F2 khác độ lớn hợp với góc αthìthì F F12 F22 F1F2cos F F12 F22 F1F2cos Cách 2: Phương pháp hình chiếu Chọn hệ trục tọa độ Oxy vng góc ta chiếu véctơ lên trục tọa độ, ta thu được: Fx F1x F2 x F3 x F4 x Fy F1 y F2 y F3 y F4 y F Fx2 Fy2 Khi độ lớn hợp lực Ví dụ minh họa Ví dụ 1:Có hai điện tích q1 2.10 C , q2 2.10 C , cách khoảng (cm) Một điện tích đặt hai điểm A, B chân không q3 2.10 C , đặt đương trung trực AB, cách AB khoảng (cm) Độ lớn lực điện hai điện tích q1và 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 Lời giải - Lực q1 tác dụng lên q3 F13 k q1q3 6 6 r132 với q1 2.10 C , q3 2.10 C , khoảng cách điện r 5 cm , F 14, N , tích q1 q3 13 ta suy 13 có hướng từ q1 tới q3 Trang15 - Lực q2 tác dụng lên q3 F23 k q2 q3 6 6 r232 với q2 2.10 C , q3 2.10 C , khoảng cách điện r 5 cm , F 14, N , tích q2 q3 23 ta suy 23 có hướng từ q3 tới q2 cos 0, - Lực tổng hợp F F13 F23 với F13 F23 ta suy F 2 F13cos với từ suy F 17, 28 N Đáp ánB STUDY TIP điện tích q1 tác dụng lên điện tích q3 - Xác định lực F 13 - Xác định lực F 23 điện tích q2 tác dụng lên điện tích q3 - Hợp lực F F13 F23 6 Ví dụ2:Tại điểm A, B cách 10 cm khơng khí, đặt điện tích q1 q2 6.10 C Xác định 8 lực điện trường hai điện tích tác dụng lên điện tích q3 3.10 C đặt C Biết AC = BC = 15cm B 0,144N 3 A 72.10 N 3 C 136.10 N D 0,102N Lời giải q q q F F2 có phương chiều tác dụng lên điện tích lực Các điện tích q1q3 72.10 N AC hình vẽ, có độ lớn: q q q tác dụng lên là: F F1 F2 ; có phương chiều Lực tổng hợp F1 F2 9.109 hình vẽ, có độ lớn: F F1cos F2cos 2 F1cos 2.F1 AC AH 136.10 N AC Đáp ánC Ví dụ3:Tại hai điểm A B cách 20 cm khơng khí, đặt hai điện tích q1 3.10 C, q2 8.10 C Xác định lực điện trường tác dụng lên điện tích q3 2.10 C đặt C Biết AC = 12 cm, BC = 16 cm A 2N B 6,76 N C 3,75 N D 5,625 N Lời giải q q q F F2 có phương chiềunhư hình vẽ, có độ lớn: Các điện tích tác dụng lên điện tích lực Trang16 F1 9.109 q1q3 3, 75N; AC F2 9.109 q2 q3 5, 625N BC q q q tác dụng lên là: F F1 F2 ; có phương chiều hình vẽ, có độ lớn: Lực tổng hợp F F12 F22 6, 76 N Đáp ánB DẠNG 3: Khảo sát cân điện tích Phương pháp chung - Khi điện tích cân đứng yên, hợp lực tác dụng lên F F1 F2 F3 Fn 0 - Khảo sát phương trình ta thường dùng theo cách sau: Cách 1: Tổng hợp véctơ theo quy tắc cộng véctơ, tính tốn dựa hình vẽ tổng hợp lực Cách 2: + Chọn hệ trục tọa độ Oxy + Chiếu lực lên phương Ox, Oy ta Fx F1x F2 x F3 x Fnx 0 Fy F1 y F2 y F3 y Fny 0 + Giải phương trình ta thu kết mà đề yêu cầu Ví dụ minh họa 8 8 Ví dụ 1:Có hai điện tích q1 2.10 C q2 8.10 C đặt hai điểm M N khơng khí, khoảng cách MN = cm Một điện tích q3 đặt P Điện tích q3 phải đặt vị trí để q3 nằm cân bằng? A.Điện tích q3 đặt P với P trung điểm MN B.Điện tích q3 đặt P nằm đường thẳng MN, khoảng MN thỏa mãn PN = 8cm, PM = 16 cm C.Điện tích q3 đặt P nằm đường thẳng MN, khoảng MN thỏa mãn PM = 8cm, PN = 16 cm D.Điện tích q3 đặt P nằm đường thẳng MN, khoảng MN thỏa mãn PM = 6cm, PN = cm Lời giải Điện tích q3 chịu tác dụng hai lực: Trang17 + Lực điện tích q1 tác dụng lên q3 F 13 + Lực điện tích q2 tác dụng lên q3 F 23 q F F F F F 23 3 13 23 13 Điều kiện để nằm cân hay tương đương Từ suy F 13 , F 23 lực trực đối (cùng giá, ngược chiều, độ lớn).Theo ra, q1 trái dấu với q2 nên để thỏa mãn điều kiện điểm đặt P q3 phải nằm đường thẳng MN, ngồi khoảng MN gần M (vì độ lớn điện tích M nhỏ độ lớn điện tích N) Về mặt độ lớn, ta có F13 F23 k q1q3 q2 q3 PN q k 2 2 PM PN PM q1 Mặt khác, PN PM MN 8 cm nên giải hệ ta PM 8cm, PN 6 cm Đáp ánC Chú ý Nếu hai điện tích q1 q3 dấu điểm đặt P q3 phải nằm đường thẳng MN bên MN Ví dụ2:Có hai điện tích q1 2.10 C q2 8.10 C đặt hai điểm M N khơng khí, khoảng cách MN = cm Một điện tích q3 đặt P nằm đường thẳng MN, khoảng MN thỏa mãn PM 8 cm, PN 16 cm Điện tích q3 phải có dấu độ lớn để hai điện tích q1 , q2 cân bằng? A.Điện tích q3 8.10 C B Điện tích q3 8.10 C C Điện tích q3 4.10 C D.Điện tích q3 4.10 C Lời giải Theo kết ví dụ trên, điện tích q3 cân q F F F F F 31 1 21 31 21 Điện tích cân hay tương đương F 21 , F 31 Từ suy lực trực đối (cùng giá, ngược chiều, độ lớn) q q F 21 Vì trái dấu với nên có chiều từ M đến N, suy F 31 phải có chiều ngược với chiều từ M đến N, tức có chiều từ N đến P Lực F 31 lúc đóng vai trị lực hút điện tích q1 điện tích q3 Vì q1 điện tích dương nên suy q3 phải điện tích âm Trang18 Ta có F31 F21 k q3q1 q2 q1 MP k q q2 8.10 C MP MN MN 8 hay q3 8.10 C 8 Vậy với q3 8.10 C điện tích q1 cân Bây ta xét cân điện tích q2 Điện tích q2 cân khi: F F 12 F 32 0 Thật vậy, điện tích q1 q3 cân nên ta có F F 13 F 23 0 F 13 F 23 F 21 F 31 0 F F 12 F 31 0 F 13 F 31 ; F 23 F 32 ; F 21 F 12 Mà theo định luật III Newton, ta có: F F F 0 12 32 Thế vào biểu thức trên, ta có q 8.10 C Vậy điện tích q2 cân Đáp ánA Chú ý q q Theo định luật III Newton, ta có: Nếu điện tích tác dụng vào điện tích lực F 12 điện tích q2 tác dụng lại điện tích q1 lực F 21 đó: F 12 F 21 Ví dụ3:Có hai điện tích điểm q 4q đặt cách khoảng r khơng khí Cần phải đặt điện tích thứ ba Q đâu có dấu để để hệ ba điện tích nằm cân bằng? Xét hai trường hợp: a) Hai điện tích q 4q giữ cố định A.Q phải đặt trung điểm đoạn thẳng nối điểm đặt q 4q 2r r , B.Q phải đặt đoạn thẳng nối điểm đặt q 4q, cách q khoảng cách cách 4q khoảng cách Q có độ lớn dấu tùy ý r 2r , C.Q phải đặt đoạn thẳng nối điểm đặt q 4q, cách q khoảng cách cách 4q khoảng cách Q có độ lớn dấu tùy ý r 4r , D.Q phải đặt đoạn thẳng nối điểm đặt q 4q, cách q khoảng cách cách 4q khoảng cách Q có độ lớn dấu tùy ý b) Hai điện tích q 4q để tự A.Q phải đặt trung điểm đoạn thẳng nối điểm đặt q 4q Q có độ lớn dấu tùy ý Trang19 2r r B.Q phải đặt đoạn thẳng nối điểm đặt q 4q, cách q khoảng cách , cách 4q khoảng cách Q 4q r 2r , C.Q phải đặt đoạn thẳng nối điểm đặt q 4q, cách q khoảng cách cách 4q khoảng cách Q 4q r 4r , D.Q phải đặt đường thẳng nối điểm đặt q 4q, cách q khoảng cách cách 4q khoảng cách Q có độ lớn dấu tùy ý Lời giải a) Trường hợp điện tích q 4q giữ cố định: Vì q 4q dấu nên để cặp lực q 4q tác dụng lên Q cặp lực trực đối Q phải nằm đoạn thẳng nối điểm đặt q 4q Gọi x khoảng cách từ q đến Q ta có: k qQ 4qQ r k x 2 x r x r 2r Vậy Q phải đặt cách q khoảng cách cách 4q khoảng cách Q có độ lớn dấu tùy ý Đáp ánC b) Trường hợp điện tích q 4q để tự do: Ngoài điều kiện khoảng cách câu a cần có thêm điều kiện sau: cặp lực Q 4q tác dụng lên q phải cặp lực trực đối, đồng thời cặp lực q Q tác dụng lên 4q cặp lực trực đối Để thỏa mãn điều kiện Q phải trái dấu với q và: k qQ r 3 k q.4q 4q Q r Đáp ánC Chú ý Ví dụ vận dụng ví dụ ví dụ trình bày Ví dụ4:Hai cầu nhỏ giống kim loại, có khối lượng g, treo vào điểm O hai sợi dây không dãn, dài 10 cm Hai cầu tiếp xúc với Tích điện cho cầu thấy hai cầu đẩy hai dây treo hợp với góc 60°.Tính điện tích truyền cho cầu Lấy g 10 m/s Trang20