He thong kien thuc chuong 1 Vat ly 11 Nang cao

Khi đặt một vật điện môi trong điện trường thì hạt nhân và êlectron trong các nguyên tử của vật đó chịu tác dụng của lực điện trường. Các êlectron xê dịch ngược chiều điện trường, còn hạ[r]

Trường THPT Nguyễn Đáng Lớp 11

Họ Tên:

HỆ THỐNG KIẾN THỨC VẬT LÝ 11 NÂNG CAO

Chương 1

ĐIỆN TÍCH ĐIỆN TRƯỜNG

 I/ Điện tích Định luật Cu-lơng

1. Hai loại điện tích Sự nhiễm điện vật

a) Có hai loại điện tích: điện tích dương, điện tích âm Các điện tích dấu đẩy nhau, điện tích trái dấu hút

+ Đơn vị điện tích cu-lơng, kí hiệu C

+ Điện tích êlectron điện tích âm, có độ lớn e = 1,6 19 10 C.

b) Sự nhiễm điện vật

+ Nhiễm điện cọ xát: Sau cọ xát vào lụa, thủy tinh hút mẫu giấy vụn Ta nói thủy tinh nhiễm điện cọ xát

+ Nhiễm điện tiếp xúc: Cho kim loại không nhiễm điện chạm vào cầu nhiễm điện kim loại nhiễm điện dấu với điện tích cầu Ta nói kim loại nhiễm điện tiếp xúc Đưa kim loại xa cầu kim loại nhiễm điện

+ Nhiễm điện hưởng ứng: Đưa kim loại không nhiễm điện đến gần cầu nhiễm điện không chạm vào cầu, hai đầu kim loại nhiễm điện Đầu gần cầu nhiễm điện trái dấu với điện tích cầu, đầu xa nhiễm điện dấu Ta nói kim loại nhiễm điện hưởng ứng Hiện tượng gọi tượng hưởng ứng tĩnh điện (hiện tượng điện hưởng) Đưa kim loại xa cầu kim loại lại trở trạng thái không nhiễm điện lúc đầu

2 Định luật Cu-lông

Độ lớn lực tương tác hai điện tích điểm tỉ lệ thuận với tích độ lớn hai điện tích tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng

Phương lực tương tác hai điện tích điểm đường thẳng nối hai điện tích điểm Hai điện tích dấu đẩy nhau, hai điện tích trái dấu hút (Hình 1.6)

+ Cơng thức tính độ lớn lực tương tác hai điện tích điểm: 2 q q F k

r



Trong r khoảng cách hai điện tích điểm q ,q1 k hệ số tỉ lệ, hệ SI,

2

2 N.m k 9.10

C



Đơn vị r mét (m), điện tích q cu-lơng (C) lực F niu-tơn (N) + Lực tương tác hai điện tích gọi lực tĩnh điện hay lực Cu-lông

3. Lực tương tác điện tích điện mơi (chất cách điện)

Lực tương tác điện tích điểm đặt điện mơi đồng tính, chiếm đầy khơng gian xung quanh điện tích, giảm  lần so với chúng đặt chân không.

1 2 q q F k

r



 Trong

 gọi số điện mơi Trong chân khơng  = 1; trong

khơng khí  1

II/ Thuyết êlectron Định luật bảo toàn điện tích 1. Thuyết êlectron

+ Bình thường tổng đại số tất điện tích ngun tử khơng, ngun tử trung hịa điện Nếu nguyên tử bị số êlectron trở thành hạt mang điện dương gọi ion dương Ngược lại, nguyên tử nhận thêm số êlectron trở thành ion âm

+ Khối lượng êlectron nhỏ ( 31 e

m 9,1.10

 kg) nên độ linh động lớn Vì êlectron có

thể di chuyển từ nguyên tử sang nguyên tử khác, hay từ vật sang vật khác Vật thừa êlectron nhiễm điện âm, vật thiếu êlectron nhiễm điện dương

2. Vật (chất) dẫn điện vật (chất) cách điện

+ Vật dẫn điện vật có nhiều hạt mang điện di chuyển khoảng lớn nhiều lần kích thước phân tử vật Những hạt gọi điện tích tự

Kim loại có nhiều êlectron tự do, dung dịch muối, axit, bazơ có nhiều ion tự Chúng chất dẫn điện

+ Vật cách điện (điện mơi) vật có chứa điện tích tự Thủy tinh, nước nguyên chất, khơng khí khơ,…là điện mơi

3. Giải thích ba tượng nhiễm điện

+ Nhiễm điện cọ xát: Khi thủy tinh cọ xát với lụa, số êlectron từ thủy tinh di chuyển sang lụa Thủy tinh êlectron nên nhiễm điện dương, lụa nhận thêm êlectron nên nhiễm điện âm

+ Nhiễm điện tiếp xúc: Khi kim loại trung hòa điện tiếp xúc với cầu nhiễm điện âm, phần số êlectron thừa cầu di chuyển sang kim loại Thanh kim loại thừa êlectron nên nhiễm điện âm loại với điện tích cầu Nếu cầu nhiễm điện dương số êlectron tự kim loại di chuyển sang cầu Thanh kim loại êlectron nên nhiễm điện dương

+ Nhiễm điện hưởng ứng: Thanh kim loại trung hòa điện đặt gần cầu nhiễm điện âm, êlectron tự kim loại bị đẩy xa cầu Do đó, đầu kim loại xa cầu thừa êlectron nên nhiễm điện âm Đầu thiếu êlectron nên nhiễm điện dương Nếu cầu nhiễm điện dương kết ngược lại

4 Định luật bảo toàn điện tích

Trong hệ vật lập điện, nghĩa hệ khơng trao đổi điện tích với hệ khác, tổng đại số điện tích hệ số

III/ Điện trường 1 Điện trường

+ Một điện tích tác dụng lực điện lên điện tích khác gần Ta nói, xung quanh điện tích có điện trường

+ Tính chất điện trường tác dụng lực điện lên điện tích đặt

2 Cường độ điện trường

Đặt điện tích q vào điện trường Điện trường tác dụng lực Fr lên điện tích q + Thương số F

q r

đặc trưng cho điện trường điểm xét mặt tác dụng lực gọi cường độ điện trường kí hiệu Er E F

q



r r

Trong hệ SI, đơn vị cường độ điện trường thường dùng vôn/mét (V/m) + Từ công thức trên, ta suy ra: F qEr r

Nếu q > Fr chiều với Er Nếu q < Fr ngược chiều với Er

3 Đường sức điện

+ Các đường sức điện đường cong khơng kín Nó xuất phát từ điện tích dương tận điện tích âm

+ Các đường sức điện không cắt

+ Nơi cường độ điện trường lớn đường sức điện vẽ mau (dày hơn), nơi cường độ điện trường nhỏ đường sức vẽ thưa c) Điện phổ: Dùng bột cách điện rắc vào dầu cách điện khuấy Sau đặt cầu nhỏ nhiễm điện vào dầu Gõ nhẹ vào khay dầu hạt bột xếp thành “đường hạt bột” Ta gọi hệ “đường hạt bột” điện phổ cầu nhiễm điện Điện phổ cho phép ta hình dung dạng phân bố đường sức điện

4 Điện trường đều

Một điện trường mà vectơ cường độ điện trường điểm gọi điện trường

+ Đường sức điện trường đường thẳng song song cách

5 Điện trường điện tích điểm

Cường độ điện trường điện tích điểm Q điểm là: Q E 9.10

r

 Với r khoảng

cách từ điểm khảo sát đến điện tích Q

+ Nếu Q > cường độ điện trường hướng xa điện tích Q + Nếu Q < cường độ điện trường hướng phía điện tích Q

6. Nguyên lý chồng chất điện trường

Giả sử ta có hệ n điện tích điểm Q ,Q , Q1 n Gọi cường độ điện trường hệ điểm Er Cường độ điện trường điện tích Q1 E1

r

, cường độ điện trường điện tích Q2 E2

r

,…, cường độ điện trường điện tích Qnlà En r

tại điểm xét Khi ta có: E Er r1Er2 Ern

IV/ Cơng lực điện Hiệu điện thế 1. Công lực điện

+ Công lực điện tác dụng lên điện tích q chuyển động từ M đến N điện trường tính bởi: AMN qE.M N  Trong M’, N’ hình chiếu hai điểm M, N lên trục Ox (trục Ox có chiều trùng với chiều đường sức)

+ Công lực điện tác dụng lên điện tích khơng phụ thuộc dạng đường điện tích mà phụ thuộc vào vị trí điểm đầu điểm cuối đường điện trường

2. Khái niệm hiệu điện

a) Công lực điện hiệu điện tích: AMN WM  WN b) Hiệu điện thế, điện

+ Ta biểu diễn AMN q(VM  V )N (VM  V )N gọi hiệu điện thế

giữa hai điểm M, N kí hiệu UMN

+ Hiệu điện hai điểm điện trường đại lượng đặc trưng cho khả thực cơng điện trường có điện tích di chuyển hai điểm

MN M N MN A

U V V

q

   Các đại lượng V , VM N gọi điện thế điện trường điểm M, N tương ứng Điện điện trường phụ thuộc vào cách chọn mốc tính điện + Đơn vị điện hiệu điện vôn (V)

3. Liên hệ cường độ điện trường hiệu điện thế: E UMN M N



  Trong trường hợp không cần

để ý đến dấu đại lượng ta viết E U d

 Với d khoảng cách M’, N’

V/ Vật dẫn điện môi điện trường 1. Vật dẫn điện trường

a) Trạng thái cân điện: Sau vật dẫn tích điện, vật dẫn khơng cịn dịng điện nữa, người ta nói vật dẫn cân tĩnh điện hay nói tắt cân điện

b) Điện trường vật dẫn tích điện: Khi vật dẫn cân điện: + Bên vật dẫn, điện trường không

+ Trong phần rỗng vật dẫn, điện trường không

+ Cường độ điện trường điểm mặt vật dẫn vng góc với mặt ngồi c) Điện vật dẫn tích điện: Khi vật dẫn cân điện, điện điểm mặt điểm bên vật dẫn có giá trị Vật dẫn vật đẳng d) Sự phân bố điện tích vật dẫn tích điện

+ Khi vật dẫn nhiễm điện điện tích phân bố mặt ngồi vật

+ Ở chỗ lồi mặt vật dẫn, điện tích tập trung nhiều nhiều chỗ mũi nhọn Ở chỗ lõm khơng có điện tích

2. Điện mơi điện trường

Khi đặt vật điện mơi điện trường hạt nhân êlectron nguyên tử vật chịu tác dụng lực điện trường Các êlectron xê dịch ngược chiều điện trường, cịn hạt nhân không xê dịch Kết nguyên tử kéo dãn chút chia thành hai đầu mang điện tích trái dấu Người ta nói điện mơi bị phân cực (H 6.5 Sgk)

VI/ Tụ điện 1. Tụ điện

a) Định nghĩa: Tụ điện hệ hai vật dẫn đặt gần Mỗi vật dẫn gọi tụ điện Khoảng khơng gian hai chân không hay bị chiếm chất điện mơi

+ Kí hiệu tụ điện sơ đồ mạch điện:

b) Tụ điện phẳng tụ điện mà hai tụ hai kim loại phẳng có kích thước lớn, đặt đối diện song song với

+ Khi tích điện điện tích hai tụ điện phẳng có độ lớn Độ lớn điện tích gọi điện tích tụ điện

2 Điện dung tụ điện

a) Định nghĩa: Nối hai tụ điện với nguồn điện có hiệu điện U tụ điện có điện tích Q Thương số Q

U đặc trưng cho khả tích điện tụ điện gọi điện dung tụ điện, kí hiệu C C Q

U



+ Trong hệ SI, đơn vị điện dung fara, kí hiệu F Fara điện dung tụ điện mà hiệu điện hai V điện tích tụ điện C

+ Các ước fara: 1 F 10 F6

  ; nF 10 F 9 ; pF 10 12 F

b) Cơng thức tính điện dung tụ điện phẳng:

S C

9.10 d

 

 Trong S phần diện

tích đối diện hai (

m ), d khoảng cách hai (m)  số điện môi

M M

U U

E E

d d

   (EM điện trường giới hạn lớp điện mơi) Khi điện mơi tính chất cách điện, ta nói điện mơi bị đánh thủng (tụ điện bị hỏng) Vậy, không nên mắc tụ điện vào hiệu điện lớn hiệu điện giới hạn

3. Ghép tụ điện

Khi ghép tụ điện với ta tụ điện Gọi C ,C , ,C1 n; n

U , U , , U ; Q ,Q , ,Q1 n điện dung, hiệu điện điện tích tụ điện vàC , U ,Qb b b điện dung, hiệu điện điện tích tụ điện Khi ta có:

b b b

Q C U Q1C U ; Q1 C U ; 2

a) Ghép song song

+ Tạo tụ điện có điện dung lớn

+ Ub U1U2   Un Qb Q1Q2 Q n Cb C1C2 C n + 1

2

Q C

Q C (Điện tích tỉ lệ thuận với điện dung)

+ Nếu có n tụ điện C0 giống ghép song song Cb nC0 Qb nQ0

b) Ghép nối tiếp

+ Tạo tụ điện có điện dung nhỏ

+ Ub U1U2 U n Qb Q1 Q2   Qn

b n

1 1

C C C  C +

2

U C

U C (Hiệu điện tỉ lệ nghịch với điện dung) + Nếu có n tụ điện C0 giống ghép nối tiếp b

C C

n

 Ub nU0

VII/ Năng lượng điện trường 1. Năng lượng tụ điện:

2

W CU

2

 Hoặc W 1QU

2

 Hoặc

2 Q W

2 C



Đơn vị lượng jun (J)

2. Năng lượng điện trường

+ Năng lượng tụ điện lượng điện trường tụ điện

9 E

W V

9.10

 

 Trong V thể tích khoảng khơng gian hai tụ điện phẳng (

3 m ) + Mật độ lượng điện trường: w W

V

 Hay

2 E w

9.10

 

