Vật lí 11 [Ôn tập giữa học kì I] - Chương 1: Điện tích, điện trường

[Hoàng Long AZ]

[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
Chắc suất Đại học top - Giữ chỗ ngay!!

ĐĂNG BÀI NGAY để cùng trao đổi với các thành viên siêu nhiệt tình & dễ thương trên diễn đàn.

Chào các bạn
Chắc đến giờ phút này thì hầu hết các bạn đang chuẩn bị bước vào kì thi giữa kì I của môn Vật lí rồi nhỉ ?
Nhằm giúp các bạn hệ thống lại kiến thức, nắm chắc phương pháp giải các dạng bài tập thường gặp, hôm nay mình sẽ cùng các bạn tổng kết lại toàn bộ lí thuyết - bài tập chương 1: Điện tích, điện trường.
Ok, Bắt đầu nào !!!

CHƯƠNG 1: ĐIỆN TÍCH - ĐIỆN TRƯỜNG​

I - Kiến thức cần nắm:
1/ Điện tích - Định luật Cu - lông:
- Điện tích: là các vật mang điện, còn được gọi là vật bị nhiễm điện hay vật tích điện.
- Điện tích điểm: là các điện tích có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách tới điểm mà ta khảo sát.

- Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, trái dấu thì hút nhau
- Định luật Cu - lông: Lực hút (hay lực đẩy) giữa 2 điện tích điểm đặt trong chân không có phương trùng với đường thẳng nối 2 điện tích đó, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn của 2 điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

[tex]F=\frac{k.|q1.q2|}{r^2}[/tex] ; [tex]k=9.10^9 \frac{Nm^2}{C^2}[/tex] ​

- Trong môi trường có hằng số điện môi [tex]\epsilon[/tex] thì lực tĩnh điện (lực hút hay đẩy giữa 2 điện tích điểm) giảm [tex]\epsilon[/tex] lần: [tex]F'=\frac{F}{\epsilon }[/tex]
- Đơn vị điện tích là Cu - lông, kí hiệu: C
- Điện tích nguyên tố: là điện tích của 2 hạt electron và proton, có độ lớn bằng [tex]|e|=1,6.10^{-19}C[/tex]
2/ Thuyết electron - Định luật bảo toàn điện tích:
- Thuyết electron: là thuyết dựa vào sự cư trú và di chuyển của các electron để giải thích các hiện tượng điện và các tính chất điện của các vật.
- Bình thường, tổng đại số tất cả điện tích trong nguyên tử bằng 0, nguyên tử trung hòa về điện.
- Định luật bảo toàn điện tích: Tổng đại số của các điện tích của một hệ cô lập về điện là không đổi
3/ Điện trường - Cường độ điện trường - Đường sức điện:
- Điện trường: là một dạng vật chất bao quanh các điện tích và truyền tương tác điện
- Tính chất đặc trưng của điện trường: tác dụng lực điện lên điện tích đặt trong nó
- Cường độ điện trường: là đại lượng đặc trưng cho khả năng tác dụng lực của điện trường, kí hiệu: E, đơn vị: V/m
- Công thức tính cường độ điện trường do:

• Lực điện trường gây ra: [tex]E=\frac{F}{q}[/tex] (V/m)
• Một điện tích điểm gây ra: [tex]E=\frac{k.|Q|}{\epsilon .r^2}[/tex]

- Nguyên lí chồng chất điện trường: Vecto cường độ điện trường E của điện trường tổng hợp bằng tổng các vecto cường độ điện trường thành phần.
- Các đặc điểm đường sức điện:

• Là những đường có hướng
• Đường sức điện của điện trường tĩnh là đường không khép kín
• Qua mỗi điểm trong điện trường chỉ có duy nhất một đường sức điện
• Quy ước: vẽ các đường sức dày ở nơi có cường độ điện trường lớn, thưa ở nơi có cường độ điện trường nhỏ, song song và cách đều ở nơi có điện trường đều.

4/ Công của lực điện:
- Công của lực điện trong sự di chuyển của một điện tích trong điện trường đều từ M đến N không phú thuộc vào hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu M và điểm cuối N.

Amn = q.E.d​

- Thế năng của điện tích q tại điểm M trong điện trường:

[tex]Wm=Am\infty =Vm.q[/tex] ​

- Điện tích q di chuyển từ M đến N trong điện trường thì công lực điện tác dụng lên nó sinh ra bằng độ giảm thế năng của điện tích q trong điện trường:

Amn = Wm - Wn​

5/ Điện thế - Hiệu điện thế:
- Điện thế tại M đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt tại đó một điện tích q:

[tex]Vm=\frac{Wm}{q}=\frac{Am\infty }{q}[/tex] (V)​

- Hiệu điện thế giữa 2 điểm M.N trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường trong sự di chuyển của điện tích từ M đến N

[tex]Umn=Vm-Vn=\frac{Amn}{q}[/tex] (V)​

- Hệ thức liên hệ giữa U và E (hiệu điện thế và cường độ điện trường);

U=E.d​

6/ Tụ điện:
- Tụ điện là dụng cụ dùng để tích và phóng điện trong mạch
- Cấu tạo: gồm 2 vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bởi một lớp cách điện
- Tụ điện phẳng: gồm 2 bản kim loại song song nhau và ngăn cách bởi một lớp điện môi
- Điện dung: là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ ở một hiệu điện thế nhất định, đơn vị: fara(F)

[tex]C=\frac{Q}{U}(F)[/tex] ​

- Khi tụ tích điện, điện trường sẽ dự trữ một năng lượng, gọi là năng lượng điện trường

[tex]W=\frac{1}{2}C.U^2=\frac{1}{2}\frac{Q^2}{C}[/tex] (J)​

- Khi hiệu điện thế giữa 2 đầu tụ lớn hơn hiệu điện thế ghi trên tụ, tụ sẽ bị đánh thủng và xem nó như 1 dây dẫn không có điện trở trong mạch
- Các trường hợp đặc biệt:

• Vẫn nối tụ với nguồn, thay đổi điện dung thì U không đổi
• Ngắt tụ khỏi nguồn, điện tích Q không đôi

​

II - Phương pháp giải & Bài tập ví dụ:
1/ Bài toán liên quan đến tương tác giữa hai điện tích:
- Phương pháp giải:

• Điện tích nguyên tố: là điện tích của 2 hạt electron và proton, có độ lớn bằng [tex]|e|=1,6.10^{-19}C[/tex]
  
• Độ lớn điện tích của một vật tích điện luôn bằng một số nguyên lần điện tích nguyên tố: q = n.|e| (n nguyên)
• Khi cho 2 điện tích q1,q2 tiếp xúc rồi tách ra thì điện tích chúng sẽ bằng nhau và bằng (q1+q2)/2
• Lực tương tác giữa 2 điện tích điểm có điểm đặt tại mỗi điện tích, phương trùng với đường thẳng nối 2 điện tích, chiều: đẩy nhau (nếu 2 điện tích cùng dấu) hoặc hút nhau ( nếu 2 điện tích trái dấu). Công thức tính: [tex]F=\frac{k.|q1.q2|}{r^2}[/tex] ; [tex]k=9.10^9 \frac{Nm^2}{C^2}[/tex]

- Bài tập ví dụ:
1/ Tính lực hút tĩnh điện giữa hạt nhân nguyên tử heli với 1 electron trong vỏ nguyên tử. Biết electron cách hạt nhân 1 khoảng [tex]r=2,94.10^{-11}m[/tex]
Hướng dẫn
Một nguyên tử Heli gồm 2 proton và 1 electron
Áp dụng công thức định luật Cu-lông: [tex]F=\frac{k.|q1.q2|}{r^2}=\frac{9.10^9.1,6.10^{-19}.2.1,6.10^{-19}}{(2,94.10^{-11})^2}=5,33.10^{-7}(N)[/tex]
2/ Hai điện tích điểm giống nhau, cách nhau 0,1m thì hút nhau với một lực 5,4N. Cho chúng tiếp xúc rồi tách ra đến khoảng cách ban đầu thì chúng đẩy nhau với một lực 5,625N. Tìm điện tích của chúng lúc đầu.
Hướng dẫn
- Ban đầu chúng hút nhau => 2 điện tích điểm trái dấu
[tex]F=-k\frac{q1q2}{r^2}=-9.10^9.\frac{q1.q2}{0,1^2}=5,4=>q1.q2=-6.10^{-12}(1)[/tex]
- Sau khi 2 điện tích điểm tiếp xúc rồi tách ra, điện tích chúng bằng nhau và bằng (q1+q2)/2
[tex]F'=k.\frac{(\frac{q1+q2}{2})^2}{r^2}=5,625=>(q1+q2)^2=25.10^{-12}(2)[/tex]
Từ (1),(2) suy ra q1,q2=...........
2/ Bài toán liên quan đến tương tác nhiều điện tích
- Phương pháp:

• Xác định các lực điện tác dụng lên vật
• Tính độ lớn lực điện thành phần (theo định luật Cu - lông) rồi tính độ lớn lực điện tổng hợp (theo định lí hàm số cos, ....)
• Khi có 3 điện tích đặt tự do, 3 điện tích cân bằng khi chúng nằm trên một đường thẳng và dấu điện tích xen kẽ nhau
• Đối với 4 điện tích tự do, để chúng cân bằng thì 3 điện tích cùng dấu nằm tại 3 đỉnh tam giác đều, điện tích còn lại phải trái dấu và nằm tại tâm tam giác

- Bài tập ví dụ:
Trong không khí, 3 điện tích điểm q1,q2,q3 đặt tại 3 điểm trên cùng 1 đường thẳng. Biết AC = 0,6m, q1=4 q3. Lực điện do q1 và q3 tác dụng lên q2 cân bằng nhau. Tính AB, BC.
Hướng dẫn

Lực điện tác dụng lên q2 do q1,q3 gây ra bằng nhau => q2 cân bằng => bố trí 3 điện tích như hình
[tex]F12=F23=>\frac{k.|q1.q2|}{AB^2}=\frac{k.|q2.q3|}{BC^2}=\frac{k.|q2.q3|}{(AC-AB)^2}=>AB=2BC[/tex]
mà: AB + BC = AC = 0,6 => AB=0,4m ; BC = 0,2m
3/ Thuyết electron và định luật bảo toàn electron:
- Phương pháp giải:

• Vật mang điện dương => thiếu electron
• Vật mang điện âm => thừa electron
• Q = n.|e| (Q: điện tích vật, n: số electron, |e|: điện tích nguyên tố)
• Định luật bảo toàn điện tích: Tổng đại số của các điện tích của một hệ cô lập về điện là không đổi

- Bài tập ví dụ:
1.Một vật có điện tích [tex]q=6,4.10^{-7}C[/tex]. Hỏi vật đó thừa hay thiếu bao nhiêu electron?
Hướng dẫn:
Vì q > 0 => vật mang điện dương => vật thiếu electron
Số electron thiếu: [tex]q=n.|e|=>n=\frac{q}{|e|}=\frac{6,4.10^{-7}}{1,6.10^{-19}}=4.10^{12}(electron)[/tex]
2. Bốn quả cầu kim loại giống hệt nhau, có điện tích lần lượt là: [tex]q1=2,3.10^{-6}C;q2=-264.10^{-7}C;q3=-5,9.10^{-6}C;q4=3,6.10^{-5}C[/tex]. Cho 4 quả cầu cùng tiếp xúc nhau rồi tách chúng ra. Hỏi điện tích trên mỗi quả là bao nhiêu?
Hướng dẫn:
Bảo toàn điện tích hệ gồm 4 quả cầu:
q1+q2+q3+q4 = q1' + q2' + q3' +q4'
Vì 4 quả cầu giống nhau nên: q1' = q2' = q3' = q4' = q
=> q1 + q2 + q3 + q4 = 4q
=> [tex]q=1,5.10^{-6}C[/tex]
4/ Bài toán lực điện trường tác dụng lên điện tích:
- Phương pháp giải:

• Công thức tính cường độ điện trường do:
  • Lực điện trường gây ra: [tex]E=\frac{F}{q}[/tex] (V/m)
  • Một điện tích điểm gây ra: [tex]E=\frac{k.|Q|}{\epsilon .r^2}[/tex]
• Nguyên lí chồng chất điện trường: Vecto cường độ điện trường E của điện trường tổng hợp bằng tổng các vecto cường độ điện trường thành phần.
• Chiều vecto E: nếu Q >0: hướng ra xa Q ; nếu Q < 0: hướng vào Q

- Bài tập ví dụ:
1. Tính cường độ điện trường do một điện tích điểm [tex]Q=4.10^{-8}C[/tex] gây ra tại điểm cách nó 0,1m.
Hướng dẫn:
[tex]E=k.\frac{|Q|}{r^2}=9.10^9.\frac{4.10^{-8}}{0,1^2}=36000(V/m)[/tex]
2. Trong điện trường đều có vecto E hướng thẳng đứng từ trên xuống, 1 electron nằm lơ lửng giữa điện trường. Tìm độ lớn cường độ điện trường, biết khối lượng electron là [tex]m=9,1.10^{-31}kg[/tex], điện tích electron là [tex]e=-1,6.10^{-19}C[/tex], lấy [tex]g=10m/s^2[/tex]
Hướng dẫn:
Vì e < 0 => vecto F ngược chiều vecto E => vecto F hướng lên.
Electron nằm lơ lửng nên: P = F => mg=|e|.E =>E = [tex]4,6875.10^{-11}V/m[/tex]

5/ Công của lực điện:
- Phương pháp giải:

• Công của lực điện trong sự di chuyển của một điện tích trong điện trường đều từ M đến N không phú thuộc vào hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu M và điểm cuối N.
  
  Amn = q.E.d​
• Nếu điện tích q di chuyển nhanh dần đều dọc theo đường sức thì công dương, chậm dần đều thì công âm

- Bài tập ví dụ:
Một electron di chuyển 1 đoạn 0,01m từ trạng thái nghỉ dọc theo đường sức điện dưới tác dụng của lực điện trường trong điện trường đều có E=1000V/m. Tìm công của lực điện. Bỏ qua tác dụng của trường hấp dẫn.
Hướng dẫn
Chuyển động nhanh dần đều nên lực điện sinh công dương:
A = |e|.E.d = [tex]1,6.10^{-18}J[/tex]
6/ Tụ điện:
- Phương pháp giải:

• Dùng công thức: C=Q/U =>Q=CU
• Liên hệ:U=Ed

- Bài tập ví dụ:
Trên vỏ tụ điện ghi 20uF - 200V. Nối hai bản tụ điện với hiệu điện thế 120V. Tụ điện tích được điện tích bao nhiêu?
Hướng dẫn:
[tex]Q=CU=20.10^{-6}.120=24.10^{-4}C[/tex]

p/s: Bài tập ví dụ mình chỉ đưa ra những bài cơ bản để các bạn nắm công thức và nó cũng rất hay gặp trong đề thi, chứ nhiều quá mình không thể đăng hết được. Mong các bạn thông cảm vì điều này

Hi vọng topic của mình sẽ phần nào giúp ích được các bạn. Mọi thắc mắc, góp ý xin để lại trong topic này.
Cảm ơn các bạn đã đón đọc. Hẹn gặp lại trong các topic lần sau.


CHÚC CÁC BẠN THI TỐT !