Bài giảng môn vật lý

2/20/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Điện – Điện tử - Bộ mơn Vật lý MƠN VẬT LÝ CHƯƠNG 21 - BÀI GIẢNG L21.01 Các giảng viên: Phạm Thị Thanh Nga, email: nga_ptt@tlu.edu.vn, ĐT: 0916103796 Bùi Thị Hoàn, email: buithihoan@tlu.edu.vn, ĐT: 0989819783 Phạm Tiến Dự, email: dupt@tlu.edu.vn, ĐT: 0389915591 20/02/2020 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường CHƯƠNG 21: ĐIỆN TÍCH VÀ ĐIỆN TRƯỜNG 21.1: Điện tích – Định luật bảo tồn điện tích 21.2: Vật dẫn, vật cách điện L21.01 Điện tích cảm ứng (sv tự đọc hiểu) 21.3: Định luật Coulomb 21.4: Điện trường – Vectơ điện trường lực điện 21.5: Các tính tốn điện trường 21.6: Đường sức điện trường&Câu hỏi ơn tập chương 20/02/2020 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường 2/20/2020 21.1: Điện tích - Định luật bảo tồn điện tích  Điện tích:  Điện tích (q, Q) (C) thuộc tính vật giống khối lượng m (kg) đặc trưng cho tương tác điện từ  Có loại điện tích: điện tích dương (q > 0) âm (q < 0)  Điện tích nguyên tố điện tích nhỏ biết tự nhiên, có độ lớn e = 1,6.10-19 C  Điện tích bị lượng tử hóa: điện tích vật ln bội số ngun lần điện tích ngun tố Proton: mp = 1,67 10-27 kg, qp = + e = +1,6.10-19 C Electron: me = 9,1.10-31 kg, qe = - e = -1,6.10-19 C 20/02/2020 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường  Tương tác vật mang điện tích: Tương tác điện tích: điện tích dấu đẩy nhau, điện tích trái dấu hút Đơn vị hệ SI điện tích Coulomb (C), ước C là: mC = 10-3 C, 1C = 10-6 C, nC = 10-9 C, pC = 10-12 C 20/02/2020 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường 2/20/2020  Định luật bảo tồn điện tích:  Nội dung: “Tổng đại số điện tích hệ lập điện số không đổi”  Vận dụng: Sau tiếp xúc sau nối, vật tích điện bao nhiêu?  vật ban đầu tích điện q (q1 = q) tiếp xúc với vật khơng nhiễm điện (q2 = 0)? (sv tự tìm đáp án)  hai cầu ban đầu tích điện q1, q2 nối với dây dẫn? (sv tự tìm đáp án) 20/02/2020 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường 21.2: Vật dẫn điện- Vật cách điện - Điện tích cảm ứng Yêu cầu sv tự đọc hiểu theo gợi ý:  Định nghĩa: + Vật dẫn điện + Vật cách điện  Các cách tích điện cho vật: + Do cọ xát + Do dẫn điện + Do cảm ứng (lưu ý: điện tích xuất trường hợp gọi điện tích cảm ứng) 20/02/2020 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường 2/20/2020 21.3: Định luật Coulomb (xác định lực tương tác tĩnh điện hai điện tích điểm đứng yên chân không) Lực tương tác tĩnh điện hai điện tích điểm đứng n chân khơng có:  Phương: nằm đường thẳng nối hai điện tích  Chiều: • lực đẩy hai điện tích dấu, q1.q2 > • lực hút hai điện tích trái dấu, q1.q2 <  Độ lớn (F): tỷ lệ thuận với tích độ lớn hai điện tích, tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng, có biểu thức: qq  k  9.109 N.m2 /C2  F  k 22 r 20/02/2020 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường  Biểu thức định luật Coulomb dạng vectơ:  Lực điện tích điểm q1 tác dụng lên điện tích điểm q2 là:   q1q2 r12 q1q2 F12  k = rˆ12 r 4 r r (k   9.109 Nm / C ) 4 20/02/2020 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường 2/20/2020  Lực điện tích điểm q2 tác dụng lên điện tích điểm q1,    F21 xác định từ: F21   F12 Nhận xét:  Lực tương tác hai điện tích điểm tuân theo định luật III Newton, nghĩa hai lực có: phương, độ lớn ngược chiều khác điểm đặt – đặt hai điện tích khác nhau)  Độ lớn hai lực: F12  F21  F  k 20/02/2020 q1q2 r2 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường  So sánh lực tĩnh điện (Fe) lực hấp dẫn (Fg) electron proton: Fe  Fg  Fe Fg  2, 27  1039 k q1 q r2 G m1 m r2 (k   109 N  m2 /C2 ) (G  6, 67  1011 N  m2 /kg2 Fe  Fg  Nêu điểm giống khác định luật: ĐL Coulomb ĐL vạn vật hấp dẫn? 20/02/2020 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường 10 2/20/2020 Câu hỏi trắc nghiệm kiểm tra hiểu bạn Q 1: Lực hút hai điện tích điểm đặt cách đoạn d F Nếu độ lớn điện tích giảm cịn ¼ giá trị ban đầu đồng thời khoảng cách chúng giảm cịn d/2 lực tương tác chúng là: A F/16 B F/8 C F/4 D F/2 Q 2: Hai điện tích điểm đặt trục x : q1 = + 1,0 nC x1 = - 4,0 cm; q2 = - 3,0 nC x2 = + 4,0 cm Lực điện mà điện tích q1 tác dụng lên điện tích q2 20/02/2020 11 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường Hướng dẫn giải: Q 2: Hai điện tích điểm đặt trục x : q1 = + 1,0 nC x1 = - 4,0 cm; q2 = - 3,0 nC x2 = + 4,0 cm Lực điện mà điện tích q1 tác dụng lên điện tích q2 bao nhiêu? Lực điện mà q1 tác dụng lên q2 có: Điểm đặt q2 Phương: trùng với trục Ox Chiều: hướng theo chiều âm Ox Độ lớn: F12  k q1q2 r122  9.109 q1 + -4 cm 109.3.109 8.10  2  O q2  +4 cm x  0, 42.105 N  Biểu diễn dạng véc tơ: F12  0, 42.105 iˆ (N) 20/02/2020 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường 12 2/20/2020  Lực tương tác tĩnh điện hệ điện tích điểm (q1, q2, qi, qn) tác dụng lên điện tích điểm q0: n      F( on q0 )  F10  F20   Fn   Fi i 1  Lực tương tác tĩnh điện vật tích điện tác dụng lên điện tích điểm q0 xác định ntn???  F0   d F  0 toanvat 20/02/2020  q0 dq r  k r2 r toanvat L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường 13 Câu hỏi trắc nghiệm kiểm tra hiểu bạn Q 3: Hai điện tích điểm đặt trục x: q1 = + 1,0 nC x1 = - 4,0 cm; q2 = - 3,0 nC x2 = + 4,0 cm Lực điện mà hệ hai điện tích tác dụng lên q3 = + nC đặt trục x x = - 1,0 cm là:  5 A F3  24,6.10 iˆ (N) B F3  23,5.105 iˆ (N)   C F3  21, 2.105 iˆ (N) D F3  19,8.105 iˆ (N) Q 4: Hai điện tích Q1 = Q2 = Q > đặt trục x điểm x1 = - cm x2 = +4 cm Điện tích q >0 đặt trục y điểm y3 = cm Lực điện tổng cộng tác dụng lên điện tích q hướng theo chiều: A dương trục x B âm trục x C dương trục y D âm trục y 20/02/2020 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường 14 2/20/2020 Hướng dẫn giải: Q 3: Hai điện tích điểm đặt trục x: q1 = + 1,0 nC x1 = - 4,0 cm; q2 = - 3,0 nC x2 = + 4,0 cm Lực điện mà hệ hai điện tích tác dụng lên q3 = + nC đặt trục x x = - 1,0 cm là: q3 q1 q2  + + -1 cm +4 cm x -4 cm   Vì lực điện F13 F23 mà q1 q2 tác dụng lên q3 hướng nên lực điện tổng cộng hai điện tích tác dụng lên q3 có điểm đặt q3, hướng theo chiều dương trục x có độ lớn: F3  F13  F23 =k q1q3 13 r k q2 q3 23 r  21, 2.105 N  Biểu diễn dạng véc tơ: F  21, 2.105 iˆ 20/02/2020 (N) 15 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường Hướng dẫn giải: Q 4: Hai điện tích Q1 = Q2 = Q > đặt trục x điểm x1 = - cm x2 = +4 cm Điện tích q >0 đặt trục y điểm y3 = cm Lực điện tổng cộng tác dụng lên điện tích q hướng theo chiều nào? Vì lực Q1 Q2 tác dụng lên Q y có độ lớn có hướng hình vẽ nên lực điện tổng cộng hai điện tích tác dụng lên q hướng theo chiều dương trục y 20/02/2020 Q1 + -4 cm L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường q + O Q2 + +4 cm x 16 2/20/2020 Bài tập áp dụng 1: Chứng tỏ lực điện tích Q tác dụng lên điện tích q có biểu thức sau đây: 20/02/2020 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường 17 Bài tập áp dụng 2: Hai điện tích điểm đặt trục x: q1 = + nC x = -2,5 cm; q2 = - nC x = +2,5 cm Xác định lực điện hệ hai điện tích điểm tác dụng lên q3 = - 5,0 nC đặt tại: a Gốc tọa độ b Trên trục x điểm x = 5,0 cm c Trên trục x điểm x = - 5,0 cm 20/02/2020 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường 18 2/20/2020 Giải: a -2,5 cm F23  k q1q3  9.109 13 r q2 q3  9.10 23 r q2 = -3 nC q3 = -5 nC q1 = +1 nC F13  k +2,5 cm 109.5.109  7,2.105 N  2,5.10  2 3.109.5.109  2,5.10  2 x  21,6.105 N    Tổng hợp lực tác dụng lên q3 là: F3  F13  F23 Vì véc tơ hướng nên tổng hợp lực hướng theo chiều âm Ox có độ lớn: F  F  F  28,8.105 N  F3  28,8.10 5 iˆ N 20/02/2020 13 23 19 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường b +2,5 cm -2,5 cm q1 = +1 nC F13  k F23  k q1q3 13 r q2 q3 23 r +5 cm q2 = -3 nC  9.10  9.10 q3 = -5 nC 109.5.109  7,5.10  2 3.109.5.109  2,5.10  2 x  0,8.105 N  21,6.105 N    Tổng hợp lực tác dụng lên q3 là: F3  F13  F23 Vì F23 > F13 nên tổng hợp lực hướng theo chiều dương Ox có độ lớn: F  F  F  20,8.105 N  F3  20,8.105 iˆ N 20/02/2020 23 13 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường 20 10 b Số cực tiểu cực đại quan sát + Các cực tiểu quan sát thỏa mãn m a sin    1 m   a  t Có thể quan sát cực tiểu nhiễu xạ, ứng với m = ±1, ±2, ±3 + Các cực đại quan sát thỏa mãn sin  d k d 1   k   10 d  Có thể quan sát 19 cực đại, ứng với k = 0, ±1, ±2… ±9 Các vị trí cực đại cực tiểu trùng khơng cho vân sáng, vị trí thỏa mãn m k  ka sin   sin    m  k a d d t 07/04/2020 s L36.03_Chương 36: Nhiễu xạ ánh sáng 11 k phải chia hết cho thỏa mãn k = 0, ±1, ±2… ±9 Do k = ±5 không cho cực đại nhiễu xạ Vậy số cực đại quan sát 17 vân Cực đại bậc cao ứng với k = 7  9.5.10 d sin 9d    0,9    64 6 d 5.10 c Số cực đại khoảng hai cực tiểu m  Góc nhiễu xạ ứng với hai cực tiểu   a a Những cực đại khoảng hai cực tiểu thỏa mãn sin 1t  07/04/2020 k    sin      a a a d a d   L36.03_Chương 36: Nhiễu xạ ánh sáng 12 d d   k    2,5  k  2,5 a a k = 0, ±1, ±2, có cực đại khoảng hai cực tiểu d Số cực đại khoảng hai cực tiểu bậc bậc Những cực đại khoảng hai cực tiểu thỏa mãn sin 1t  sin  d  sin  2t  k  2    a d a d 2.d k  2,5  k  a a k = 3, 4, có cực đại khoảng cực tiểu bậc bậc 07/04/2020 L36.03_Chương 36: Nhiễu xạ ánh sáng 13 TỔNG KẾT CHƯƠNG 36 - BÀI GIẢNG L36.03 Cách tử nhiễu xạ + ĐN: hệ thống khe hẹp song song với nhau, có độ rộng a, khoảng cách khe liên tiếp d (d gọi số cách tử) Nếu n số khe đơn vị chiều dài thì: d  n + Hiện tượng: + Nhiễu từ khe + Giao thoa khe với + Cực tiểu (cực tiểu nhiễu xạ): sin  CT m  ; a (m  1,  ) + Cực đại (cực đại giao thoa): sin  CD k  ; (k  0,  1,  ) d Chú ý: Giữa hai cực tiểu có nhiều cực đại 14 TỔNG KẾT CHƯƠNG 36 - BÀI GIẢNG L36.03 + Số vân tối (số cực tiểu) (giống nhiễu xạ qua khe) 1  sin  CT 1   a  m CT  a  (m  1 ,  ) + Số vân tối (số cực tiểu) (giống nhiễu xạ qua khe) N sang  Nlý thuyet  Ntrùng • Tính Nlý thuyết : 1  sin     • Tính Ntrùng : sin  CT  sin  CD d  k d  (k  0,  ,  ) a  m k    d  hoac  m k a d k  d m  a TỔNG KẾT CHƯƠNG 36 - BÀI GIẢNG L36.03 k  0,  1,  với điều kiện  m  1 ,  a  a   m       d  k  d    + Vị trí cực đại, cực tiểu: y  f tan  + Số cực đại khoảng hai cực tiểu d d  k  sin   sin   sin  a a + Số cực đại khoảng cực tiểu bậc bậc 2: CT m 1 sin  … CT m 1 CD k  sin  CD k CT m 1  sin  CT m 2   d d  k2 a a Chú ý: chiếu ánh sáng qua cách tử cực đại ảnh nhiễu xạ có cường độ sáng xấp xỉ a   07/04/2020 L36.03_Chương 36: Nhiễu xạ ánh sáng 16 CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM CHƯƠNG 36 Câu Hiện tượng nhiễu xạ tượng tia sáng A đổi hướng truyền qua mặt phân cách hai môi trường suốt B đổi hướng quay lại môi trường ban đầu gặp mặt nhẵn C đổi hướng truyền môi trường suốt gặp mép vật cản D truyền thẳng qua khe hẹp lỗ tròn nhỏ Câu Chọn kết luận sai Trong nhiễu xạ Fraunhofer qua khe hẹp, A chùm sáng chiếu tới khe hẹp chùm song song B chùm sáng chiếu tới khe hẹp chùm phân kỳ C vân sáng trung tâm có độ rộng gần gấp vân sáng lại D vân trung tâm chiếm khoảng 85 % lượng chùm sáng truyền qua khe Câu Chọn đáp án Trong phương trình sin = λ/a nhiễu xạ qua khe  là: A góc nhiễu xạ B góc nhiễu xạ ứng với cực tiểu bậc C góc tia nhiễu xạ D góc nhiễu xạ ứng với cực tiểu bậc Câu Trong nhiễu xạ Fraunhofer, để thu hình ảnh nhiễu xạ ta cần phải đặt thấu kính A hội tụ nguồn sáng vật chắn sáng B hội tụ vật chắn sáng C phân kỳ nguồn sáng vật chắn sáng D phân kỳ vật chắn sáng Câu Chiếu chùm sáng đơn sắc, song song, có bước sóng λ = 640 nm, vng góc với bề mặt khe hẹp có độ rộng a = μm Góc nhiễu xạ ứng với cực tiểu bậc ba có độ lớn xấp xỉ A 13o53’ B 11o30’ C.7o54’ D 5o54’ Câu Chiếu chùm sáng song song, đơn sắc, có bước sóng λ, vng góc với bề mặt khe hẹp có độ rộng a = 7,2λ Tuỳ theo phương nhiễu xạ, chia tưởng tượng mặt phẳng khe thành dải sáng hẹp, song song với khe, cho hiệu quang trình hai tia sáng từ hai dải sáng liên tiếp gửi tới λ/2 Để tạo thành cực tiểu nhiễu xạ bậc bốn độ rộng dải sáng A 1,8λ B.1,44λ C 0,9λ D 0,8λ Câu Chiếu chùm sáng song song, đơn sắc, có bước sóng λ = 600 nm, vng góc với bề mặt khe hẹp có độ rộng a = 3,2 μm Số cực tiểu nhiễu xạ quan sát A B 10 C 11 D Câu Chiếu chùm sáng song song, đơn sắc, có λ = 0,56 μm, vng góc với bề mặt khe hẹp có độ rộng a = 3,0 μm Đặt thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 40 cm sát sau khe hẹp, quan sát đặt trùng với tiêu diện thấu kính Khoảng cách hai vân tối bậc hai xấp xỉ A 16,1 cm B 11,7 cm C 32,2 cm D 23,3 cm Câu Chiếu chùm sáng song song, đơn sắc, có bước sóng λ, vng góc với bề mặt khe hẹp có độ rộng a = 5,3λ Độ rộng góc cực đại trung tâm xấp xỉ A 10o50’ B 21o45’ C 7o25’ D 14o50’ Câu 10 Chiếu chùm sáng song song, đơn sắc, có bước sóng λ, vng góc với bề mặt khe hẹp có độ rộng a cực tiểu bậc ứng với góc nhiễu xạ θ (với sinθ = 0,25) Nếu chiếu ánh sáng có bước sóng λ’ = 1,2λ góc nhiễu xạ ứng với cực tiểu bậc ba ánh sáng xấp xỉ A 17o27’ B 11o32’ C 26o45’ D 30o24’ Câu 11 Chiếu chùm sáng song song, đơn sắc, có bước sóng λ, vng góc với bề mặt khe hẹp có độ rộng a Đặt thấu kính hội tụ có tiêu cự f = 40 cm sát sau khe hẹp, quan sát đặt trùng với tiêu diện thấu kính Độ rộng cực đại trung tâm Δy0 = 15 cm Độ rộng khe hẹp xấp xỉ A 5,4λ B 2,8λ C 4,6λ D 2,3λ Câu 12 Một cách tử nhiễu xạ có 250 khe/1mm Chiếu chùm sáng đơn sắc, song song, vng góc với bề mặt cách tử Biết bước sóng ánh sáng λ = 0,64 μm Góc nhiễu xạ ứng với cực đại bậc hai có độ lớn xấp xỉ A 16o26’ B 8o14’ C 9o12’ D 18o40’ Câu 13 Chiếu chùm ánh sáng song song, đơn sắc, bước sóng λ = 640 nm vng góc với bề mặt cách tử nhiễu xạ, thu cực đại bậc ba ứng với góc nhiễu xạ 30 o Số khe mm chiều dài cách tử xấp xỉ A 80 B 170 C 530 D 260 Câu 14 Một cách tử nhiễu xạ có 200 khe/1mm Chiếu chùm sáng song song, đơn sắc, có bước sóng λ = 0,72 μm, vng góc với bề mặt cách tử nhiễu xạ Đặt thấu kính hội tụ có tiêu cự 50 cm sát sau cách tử, hứng đặt trùng với tiêu diện thấu kính Khoảng cách hai cực đại nhiễu xạ bậc xấp xỉ A 5,8 cm B 14,6 cm C 8,3 cm D 16,6 cm Câu 15 Một cách tử nhiễu xạ có chu kỳ cách tử d = 4,8 μm Chiếu chùm sáng đơn sắc có bước sóng λ = 0,56 μm, song song, vng góc với bề mặt cách tử nhiễu xạ Số cực đại nhiễu xạ quan sát A 17 B C D 19 Câu 16 Một cách tử nhiễu xạ có chu kỳ cách tử d = μm, độ rộng khe hẹp a = μm Chiếu chùm sáng đơn sắc, song song, vng góc với bề mặt cách tử Số cực đại nằm khoảng hai cực tiểu bậc A B C D Câu 17 Một cách tử nhiễu xạ chu kỳ cách tử d = μm, độ rộng khe hẹp a = μm Chiếu chùm sáng đơn sắc, song song, có bước sóng λ = 0,6 μm, vng góc với bề mặt cách tử Số cực đại quan sát A 21 B 19 C 15 D 13 Câu 18 Chiếu chùm sáng song song, gồm hai xạ đơn sắc có bước sóng λ1 = 480 nm λ2 = 640 nm, vng góc với bề mặt cách tử nhiễu xạ Biết chu kỳ cách tử d = μm Vị trí trùng hai cực đại hai chùm sáng nói ứng với góc nhiễu xạ lớn xấp xỉ A 74o B 28o C 60o D 65o Câu 19 Một cách tử nhiễu xạ có n = 200 khe 1mm chiều dài Chiếu chùm sáng đơn sắc, song song, vng góc với bề mặt cách tử Trên quan sát thấy cực đại bậc trùng với cực tiểu bậc Độ rộng khe hẹp cách tử A 2,5 μm B 2,0 μm C 5,0 μm D 7,5 μm Câu 20 Chiếu chùm ánh sáng song song, đơn sắc, bước sóng 500 nm đập vng góc vào cách tử phẳng có chu kỳ cách tử m, độ rộng khe m Cực đại bị trùng với cực tiểu cực đại bậc: A 3, 5, 7, B 3, 6, 9, 12 C 3, 6, D 0, 3, 6, ... BÀI GIẢNG L21.01 20/02/2020 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường 22 11 2/20/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Điện – Điện tử - Bộ mơn Vật lý MƠN VẬT LÝ CHƯƠNG 21 - BÀI GIẢNG L21.02 Các giảng. .. trường 21 11 2/20/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Điện – Điện tử - Bộ mơn Vật lý MƠN VẬT LÝ CHƯƠNG 21 - BÀI GIẢNG L21.03 Các giảng viên: Phạm Thị Thanh Nga, email: nga_ptt@tlu.edu.vn, ĐT: 0916103796... trường 26 13 2/20/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Điện – Điện tử - Bộ mơn Vật lý MƠN VẬT LÝ CHƯƠNG 21 - BÀI GIẢNG L21.04 Các giảng viên: Phạm Thị Thanh Nga, email: nga_ptt@tlu.edu.vn, ĐT: 0916103796