PHƯƠNG PHÁP GIẢI các DẠNG vật lý lớp 11

PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 11 CHƯƠNG I: ĐIỆN TÍCH ĐIỆN TRƯỜNG CHỦ ĐỀ 1: LỰC TƯƠNG TÁC TĨNH ĐIỆN DẠNG 1: TƯƠNG TÁC GIỮA HAI ĐIỆN TÍCH ĐIỂM ĐỨNG YÊN A.LÍ THUYẾT 1.Lực tương tác điện tích điểm Lực tương tác hai điện tích điểm ql q2 (nằm yên, đặt chân không) cách đoạn r có:  phương đường thẳng nối hai điện tích  chiều là: chiều lực đẩy qlq2 > (cùng dấu) chiều lực hút qlq2 < (trái dấu)  độ lớn: * tỉ lệ thuận với tích độ lớn hai điện tích, * tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng k F= q1q2  r2 Trong đó: k = 9.109N.m2/C2 q , q : độ lớn hai điện tích (C ) r: khoảng cách hai điện tích (m) 𝜀: số điện mơi Trong chân khơng khơng khí 𝜀 =1 Chú ý: a) Điện tích điểm : vật mà kích thước vật chứa điện tích nhỏ so với khoảng cách chúng -Cơng thức áp dụng cho trường hợp cầu đồng chất , ta coi r khoảng cách tâm hai cầu |𝑞 | = 𝑛.𝑒 Điện tích q vật tích điện: + Vật thiếu electron (tích điện dương): q = + n.e + Vật thừa electron (tích điện âm): q = – n.e Với: 𝑒 = 1,6.10−19 𝐶: điện tích nguyên tố n : số hạt electron bị thừa thiếu 3.Môt số tượng  Khi cho cầu nhỏ nhiễm điện tiếp xúc sau tách tổng điện tích chia cho cầu  Hiện tượng xảy tương tự nối hai cầu dây dẫn mảnh cắt bỏ dây nối  Khi chạm tay vào cầu nhỏ dẫn điện tích điện cầu điện tích trở trung hòa B.BÀI TẬP TỰ LUẬN Trang Bài Hai điện tích 𝑞1 = 2.10−8 𝐶, 𝑞2 = −10−8 𝐶 đặt cách 20cm khơng khí Xác định độ lớn vẽ hình lực tương tác chúng? ĐS: 4,5.10−5 𝑁 Bài Hai điện tích 𝑞1 = 2.10−6 𝐶, 𝑞2 = −2.10−6 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 Bài Hai điện tích đặt cách khoảng r khơng khí lực tương tác chúng 2.10−3 N Nếu với khoảng cách mà đặt 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 đặt điện mơi lực tương tác đặt khơng khí phải đặt hai điện tích cách bao nhiêu? Biết khơng khí hai điện tích cách 20cm ĐS: 𝜀 = 2; 14,14cm Bài Trong nguyên tử hiđrô (e) chuyển động tròn quanh hạt nhân theo quỹ đạo tròn có bán kính 5.10 -9 cm a Xác định lực hút tĩnh điện (e) hạt nhân b Xác định tần số (e) ĐS: F=9.10-8 N b.0,7.1016 Hz Bài Một cầu có khối lượng riêng (aKLR)  = 9,8.103 kg/m3,bán kính R=1cm tích điện q = -10 -6 C treo vào đầu sợi dây mảnh có chiều dài l =10cm Tại điểm treo có đặt điện tích âm q = - 10 -6 C Tất đặt dầu có KLR D= 0,8 103 kg/m3, số điện mơi  =3.Tính lực căng dây? Lấy g=10m/s2 ĐS:0,614N Bài Hai cầu nhỏ, giống nhau, kim loại Quả cầu A mang điện tích 4,50 µC; cầu B mang điện tích – 2,40 µC Cho chúng tiếp xúc đưa chúng cách 1,56 cm Tính lực tương tác điện chúng DẠNG 2: ĐỘ LỚN ĐIỆN TÍCH A.LÍ THUYẾT Dạng 2: Xác định độ lớn dấu điện tích - Khi giải dạng BT cần ý:  Hai điện tích có độ lớn thì: |𝑞1 | = |𝑞2 |  Hai điện tích có độ lớn trái dấu thì: 𝑞1 = −𝑞2  Hai điện tích thì: 𝑞1 = 𝑞2  Hai điện tích dấu: 𝑞1 𝑞2 > ⇒ |𝑞1 𝑞2 | = 𝑞1 𝑞2  Hai điện tích trái dấu: 𝑞1 𝑞2 < ⇒ |𝑞1 𝑞2 | = −𝑞1 𝑞2 - Áp dụng hệ thức định luật Coulomb để tìm |𝑞1 𝑞2 | sau tùy điều kiện tốn chúng tìm q1 q2 - Nếu đề yêu cầu tìm độ lớn cần tìm |𝑞1 |; |𝑞2 | 2.1/Bài tập ví dụ: Hai cầu nhỏ tích điện có độ lớn nhau, đặt cách 5cm chân khơng hút lực 0,9N Xác định điện tích hai cầu Tóm tắt: |𝑞1 | = |𝑞2 | 𝑟 = 5cm = 0,05𝑚 𝐹 = 0,9𝑁, lực hút 𝑞1 =? 𝑞2 =? Giải Theo định luật Coulomb: 𝐹 = 𝑘 |𝑞1 𝑞2 | 𝑟2 ⇒ |𝑞1 𝑞2 | = 𝐹.𝑟 𝑘 0,9.0,052 ⇔ |𝑞1 𝑞2 | = 9.109 = 25.10−14 Mà |𝑞1 | = |𝑞2 | nên ⇒ |𝑞1 |2 = 25.10−14 Trang |𝑞2 | = |𝑞1 | = 5.10−7 𝐶 Do hai điện tích hút nên: 𝑞1 = 5.10−7 𝐶 ; 𝑞2 = −5.10−7 𝐶 hoặc: 𝑞1 = −5.10−7 𝐶 ; 𝑞2 = 5.10−7 𝐶 B.BÀI TẬP TỰ LUẬN Bài 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 hai điện tích tăng lần phải tăng hay giảm khoảng cách hai điện tích lần? Vì sao? Xác định khoảng cách hai điện tích lúc ĐS: a/𝑞1 = 𝑞2 = 10−8 𝐶; 𝑞1 = 𝑞2 = −10−8 𝐶 b/Giảm √3 lần; 𝑟′ ≈ 5,77cm Bài Hai điện tích có độ lớn nhau, đặt cách 25cm điện mơi có số điện mơi lực tương tác chúng 6,48.10-3 N 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? c/ Để lực tương tác hai điện tích khơng khí 6,48.10 -3 N phải đặt chúng cách bao nhiêu? ĐS: a/ |𝑞1 | = |𝑞2 | = 3.10−7 𝐶; b/ tăng lần c/ 𝑟kk = 𝑟đm √𝜀 ≈ 35,36cm Bài Hai vật nhỏ tích điện đặt cách 50cm, hút lực 0,18N Điện tích tổng cộng hai vật 4.10-6C Tính điện tích vật? ĐS: {|𝑞1 𝑞2 | = 5.10−12 | Bài Hai điện tích điểm có độ lớn đặt chân khơng, cách khoảng cm, chúng xuất lực đẩy F = 1,6.10-4 N a.Hãy xác định độ lớn điện tích điểm trên? b.Để lực tương tác chúng 2,5.10-4N khoảng cách chúng bao nhiêu? ĐS: 667nC 0,0399m Bài 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 q  2.105 C q2  105 C ĐS: ; Bài Hai cầu kim loại nhỏ mang điện tích q1 q2 đặt khơng khí cách cm, đẩy lực 2,7.10-4 N Cho hai cầu tiếp xúc lại đưa vị trí cũ, đẩy lực 3,6.10-4 N Tính q1, q2 ? q  2.109 C q2  6.109 C q  2.109 C q2  6.109 C ĐS: ; ; đảo lại Bài Hai cầu nhỏ giống kim loại có khối lượng 50g treo vào điểm sợi nhỏ không giãn dài 10cm Hai cầu tiếp xúc tích điện cho cầu thấy hai cầu đẩy dây treo hợp với góc 600.Tính điện tích mà ta truyền cho cầu cầu.Cho g=10 m/s2 ĐS: q=3,33µC Bài Một cầu nhỏ có m = 60g ,điện tích q = 10 -7 C treo sợi tơ mảnh.Ở phía 10 cm cầnđặt điện tích q2 để sức căng sợi dây tăng gấp đơi? ĐS: q=3,33µC -9 -9 Bài 10 Hai cầu nhỏ tích điện q1= 1,3.10 C ,q2 = 6,5.10 C đặt cách khoảng r chân khơng đẩy với lực F Cho cầu tiếp xúc đặt cách khoảng r chất điện môi ε lực đẩy chúng F a, Xác định số điện mơi chất điện mơi b, Biết F = 4,5.10 -6 N ,tìm r ĐS: ε=1,8 r=1,3cm Trang DẠNG 3: TƯƠNG TÁC CỦA NHIỀU ĐIỆN TÍCH A.LÍ THUYẾT Dạng 3: Hợp lực nhiều điện tích tác dụng lên điện tích * Phương pháp: Các bước tìm hợp lực 𝐹⃗𝑜 điện tích q1; q2; tác dụng lên điện tích qo: Bước 1: Xác định vị trí điểm đặt điện tích (vẽ hình) Bước 2: Tính độ lớn lực 𝐹10 ; 𝐹20 , Fno q1 q2 tác dụng lên qo Bước 3: Vẽ hình vectơ lực 𝐹⃗ ; 𝐹⃗ Fn 10 20 Bước 4: Từ hình vẽ xác định phương, chiều, độ lớn hợp lực 𝐹⃗𝑜 + Các trường hợp đặc biệt: Lực: Góc  bất kì:  góc hợp hai vectơ lực F02  F102  F202  F10 F20 cos  3.1/ Bài tập ví dụ: Trong chân khơng, cho hai điện tích 𝑞1 = −𝑞2 = 10−7 𝐶 đặt hai điểm A B cách 8cm Tại điểm C nằm đường trung trực AB cách AB 3cm người ta đặt điện tích 𝑞𝑜 = 10−7 𝐶 Xác định lực điện tổng hợp tác dụng lên qo Tóm tắt: 𝑞1 = 10−7 𝐶 𝑞2 = −10−7 𝐶 𝑞𝑜 = 10−7 𝐶; AB = 8cm; AH = 3cm 𝐹⃗𝑜 =? Giải: Vị trí điện tích hình vẽ Trang + Lực q1 tác dụng lên qo: 𝐹10 = 𝑘 |𝑞1 𝑞0 | |10−7 10−7 | = 9.10 = 0,036𝑁 AC 0, 052 + Lực q2 tác dụng lên qo: 𝐹20 = 𝐹10 = 0,036𝑁( |𝑞1 | = |𝑞2 |) + Do 𝐹20 = 𝐹10 nên hợp lực Fo tác dụng lên qo: AH 𝐹𝑜 = 2𝐹10 cos𝐶1 = 2.𝐹10 cos𝐴 = 2.𝐹10 AC −3 𝐹𝑜 = 2.0,036 = 57, 6.10 𝑁 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ (hình vẽ) có độ lớn: 𝐹𝑜 = 57, 6.10−3 𝑁 + Vậy 𝐹⃗𝑜 có phương // AB, chiều với vectơ AB B.BÀI TẬP TỰ LUẬN 7 7 Bài Cho hai điện tích điểm q1  2.10 C ; q2  3.10 C đặt hai điểm A B chân không cách 7 5cm Xác định lực điện tổng hợp tác dụng lên qo  2.10 C hai trường hợp: q a/ o đặt C, với CA = 2cm; CB = 3cm q b/ o đặt D với DA = 2cm; DB = 7cm ĐS: a/ Fo  1,5N ; b/ F  0, 79 N q  3.108 C ; q2  2.108 C Bài Hai điện tích điểm đặt hai điểm A B chân không, AB = 5cm Điện 8 q q  2.10 C tích o đặt M, MA = 4cm, MB = 3cm Xác định lực điện tổng hợp tác dụng lên o F  5, 23.103 N ĐS: o 7 q  q2  10 C Bài Trong chân không, cho hai điện tích đặt hai điểm A B cách 10cm Tại điểm C nằm đường trung trực AB cách AB 5cm người ta đặt điện tích 𝑞𝑜 = 10−7 𝐶 Xác định lực điện tổng hợp tác dụng lên qo F  0, 051N ĐS: o Bài Có diện tích điểm q1 =q2 = q3 =q = 1,6.10-6 c đặt chân không đỉnh tam giác ABC cạnh a= 16 cm.Xác định lực điện tổng hợp tác dụng lên điện tích Bài Ba cầu nhỏ mang điện tích q1 = 6.10 -7 C,q2 = 2.10 -7 C,q3 = 10 -6 C theo thứ tự đường thẳng nhúng nước nguyên chất có  = 81 Khoảng cách chúng r12 = 40cm,r23 = 60cm.Xác định lực điện tổng hợp tác dụng lên cầu Bài Ba điện tích điểm q1 = 10-8 C, q2 = -4 10-8 C, q3 = 10-8 C đặt khơng khí ba đỉnh tam giác cạnh cm Xác định vectơ lực tác dụng lên q ? Trang Bài Hai điện tích q1 = 8.10-8 C, q2 = -8.10-8 C đặt A B khơng khí (AB = 10 cm) Xác định lực tác dụng lên q3 = 8.10-8 C , nếu: a CA = cm, CB = cm b CA = 14 cm, CB = cm c CA = CB = 10 cm.d CA=8cm, CB=6cm Bài Người ta đặt điện tích q1 = 8.10-9 C, q2 = q3 = -8.10-9 C ba đỉnh tam giác cạnh cm khơng khí Xác định lực tác dụng lên điện tích q0 = 6.10-9 C đặt tâm O tam giác ĐS:7,2.10-5N _ DẠNG 4: CÂN BẰNG CỦA ĐIỆN TÍCH A.LÍ THUYẾT Dạng 4: Điện tích cân * Phương pháp: Hai điện tích: q ;q q q Hai điện tích đặt hai điểm A B, xác định điểm C đặt điện tích o để o cân bằng: q - Điều kiện cân điện tích o : Fo  F10  F20   F10   F20  {𝐹⃗10 ↑↓ 𝐹⃗20 | q ;q + Trường hợp 1: dấu: Từ (1)  C thuộc đoạn thẳng AB: (1) (2) AC + BC = AB (*) Trang r1 q0 r2 q1 q2 A q1 Ta có: r  C B q2 r22 + Trường hợp 2: q1 ; q2 trái dấu: AC  BC  AB Từ (1)  C thuộc đường thẳng AB: (* ’) r2 q0 q2 C q1 r1  q1 A B q2 r22 Ta có: r1 q AC  q1 BC  - Từ (2)  (**) - Giải hệ hai pt (*) (**) (* ’) (**) để tìm AC BC * Nhận xét: q q - Biểu thức (**) khơng chứa o nên vị trí điểm C cần xác định không phụ thuộc vào dấu độ lớn o -Vị trí cân hai điện tích trái dấu điểm cân nằm ngồi đoạn AB phía điện tích có độ lớn nhỏ hơn.còn hai điện tích dấu nằm đoạn nối hai điện tích Ba điện tích: - Điều kiện cân q0 chịu tác dụng q1, q2, q3: + Gọi 𝐹⃗0 tổng hợp lực q1, q2, q3 tác dụng lên q0: ⃗⃗ 𝐹⃗0 = 𝐹⃗10 + 𝐹⃗20 + 𝐹⃗30 = ⃗⃗ + Do q0 cân bằng: 𝐹⃗0 = ⃗⃗ ⇔ {𝐹⃗ ↑↓ 𝐹⃗30 | ⃗⃗| } ⇒ 𝐹⃗ + 𝐹⃗30 = ⇒ 𝐹⃗10 + 𝐹⃗20 + 𝐹⃗30 = B.BÀI TẬP TỰ LUẬN q q  2.108 C ; q2  8.108 C Bài Hai điện tích đặt A B khơng khí, AB = 8cm Một điện tích o đặt C Hỏi: q a/ C đâu để o cân bằng? q q ;q b/ Dấu độ lớn o để cân bằng? q  8.108 C ĐS: a/ CA = 8cm; CB = 16cm; b/ o Trang 8 7 Bài Hai điện tích q1  2.10 C ; q2  1,8.10 C đặt A B khơng khí, AB = 8cm Một điện tích q3 đặt C Hỏi: a/ C đâu để q3 cân bằng? b*/ Dấu độ lớn q3 để q1 ; q2 cân bằng? 8 ĐS: a/ CA = 4cm; CB = 12cm; b/ q3  4,5.10 C Bài 3* Hai cầu nhỏ giống nhau, có điện tích q khối lượng m = 10g treo hai sợi dây chiều dài l  30cm vào điểm O Giữ cầu cố định theo phương thẳng đứng, dây treo cầu bị o lệch góc   60 so với phương thẳng đứng Cho g  10m / s Tìm q? ĐS: ql mg  106 C k Bài Hai điện tích điểm q1 = 10-8 C, q2 = 10-8 C đặt A B cách cm chân không a Xác định lực tương tác hai điện tích? b Xác định vecto lực tác dụng lên điện tích q0 = 10-6 C đặt trung điểm AB c Phải đặt điện tích q3 = 10-6 C đâu để điện tích q3 nằm cân bằng? Bài Hai điện tích điểm q1 = q2 = -4 10-6C, đặt A B cách 10 cm khơng khí Phải đặt điện tích q = 10-8C đâu để q3 nằm cân bằng? Bài Hai điện tích q1 = - 10-8 C, q2= -8 10-8 C đặt A B khơng khí, AB = cm.Một điện tích q3 đặt C Hỏi: a C đâu để q3 cân bằng? b Dấu độ lớn q3 để q1 q2 cân ? Bài 7: Ba cầu nhỏ khối lượng m, treo vào sợi dây chiều dài l buộc vào điểm Khi tách điện tích q nhau, chúng đẩy xếp thành tam giác có cạnh a Tính điện tích q cầu? ma g k 3(3l  a ) ĐS: Bài 8:Cho cầu giống hệt nhau, khối lượng m điện tích.Ở trạng thái cân vị trí ba cầu điểm treo chung O tạo thành tứ diện Xác định điện tích cầu? mg q l 6k ĐS: CHỦ ĐỀ 2:BÀI TẬP VỀ ĐIỆN TRƯỜNG DẠNG I:ĐIỆN TRƯỜNG DO MỘT ĐIỆN TÍCH ĐIỂM GÂY RA A.LÍ THUYẾT * Phương pháp: -Nắm rõ yếu tố Véctơ cường độ điện trường điện tích điểm q gây điểm cách điện tích khoảng r: 𝐸⃗⃗ : + điểm đặt: điểm ta xét + phương: đường thẳng nối điểm ta xét với điện tích + Chiều: xa điện tích q > 0, hướng vào q < |𝑞| + Độ lớn: 𝐸 = 𝑘 𝜀𝑟 Trang - Lực điện trường: 𝐹⃗ = 𝑞𝐸⃗⃗ , độ lớn 𝐹 = |𝑞 |𝐸 Nếu q > 𝐹⃗ ↑↑ 𝐸⃗⃗ ; Nếu q < 𝐹⃗ ↑↓ 𝐸⃗⃗ Chú ý: Kết với điện trường điểm bên ngồi hình cầu tích điện q, ta coi q điện tích điểm đặt tâm cầu Bài Một điện tích điểm q = 10-6C đặt khơng khí a Xác định cường độ điện trường điểm cách điện tích 30cm, vẽ vectơ cường độ điện trường điểm b Đặt điện tích chất lỏng có số điện mơi ε = 16 Điểm có cường độ điện trường câu a cách điện tích Bài 2: Cho hai điểm A B nằm đường sức điện trường điện tích điểm q > gây Biết độ lớn cường độ điện trường A 36V/m, B 9V/m a Xác định cường độ điện trường trung điểm M AB b Nếu đặt M điện tích điểm q0 = -10-2C độ lớnn lực điện tác dụng lên q0 bao nhiêu? Xác định phương chiều lực q A M Hướng dẫn giải: Ta có: B EM EA  k EB  k q  36V / m OA (1) q  9V / m OB2 (2) EM  k q OM (3)  OB      OB  2OA OA   Lấy (1) chia (2) E  OA   M   E A  OM  Lấy (3) chia (1) OA  OB OM   1,5OA Với: 2 E  OA   M   E M  16V   E A  OM  2,25 b Lực từ tác dụng lên qo: F  q0 EM q0