Lý thuyết và bài tập Vật lí 11_Học kì I

Tài liệu lý thuyết và bài tập Vật lí 11 – Học kỳ I MỤC LỤC Chương 1 ĐIỆN TÍCH ĐỊNH LUẬT CU – LÔNG 3 Bài 1 ĐIỆN TÍCH ĐỊNH LUẬT CU – LÔNG 3 I – Sự nhiễm điện của các vật, điện tích, tương tác điện 3 II.

MỤC LỤC

Phần 1: ĐIỆN HỌC ĐIỆN TỪ HỌC Chương 1: ĐIỆN TÍCH ĐỊNH LUẬT CU – LÔNG Bài 1: ĐIỆN TÍCH ĐỊNH LUẬT CU – LÔNG

I – Sự nhiễm điện của các vật, điện tích, tương tác điện

1 Sự nhiễm điện giữa các vật

- Ta có thể làm cho một vật bị nhiễm điện bằng cách cọ xát nó vào vật khác (VD: thủy tinh cọxát vào lụa)

- Khi nhiễm điện vật khả năng hút các vật nhẹ khác như mẩu giấy, bụi vải…

2 Điện tích Điện tích điểm

- Vật đã bị nhiễm điện được gọi là vật mang điện hay điện tích Đơn vị của điện tích là lông (C)

Cu Điện tích điểm là vật bị nhiễm điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách mà ta đangxét Điện tích của điện tích điểm xem như tập trung tại tâm của điện tích

3 Tương tác điện Hai loại điện tích

- Hai điện tích đặt gần nhau có thể đẩy hoặc hút nhau Sự đẩy hay hút đó gọi là tương tácđiện

- Có hai loại điện tích là điện tích dương (+) và điện tích âm (-)

o Hai điện tích cùng loại thì đẩy nhau

o Hai điện tích khác loại thì hút nhau

- Lực tương tác giữa hai điện tích là hai lực trực đối (cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớnnhưng khác điểm đặt)

II – Định luật Cu-lông Hằng số điện môi

1 Định luật Cu-lông

Nội dung: Lực tương tác giữa hai điện tích điểm có phương trùng với đường thẳng nối haiđiện tích, có độ lớn tỉ lệ thuận với hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữahai điện tích đó

Công thức:

1 2 2

Khi đặt hai điện tích trong điện môi thì lực tương tác giữa chúng sẽ yếu đi ε

lần so với trong chân không ε

gọi là hằng số điện môi

- Hằng số điện môi của chân không là 1, của không khí xem như 1, của các điện môi khác luôn lớn hơn 1

- Công thức của ĐL Cu-lông có thể viết lại là

1 2 2

q q

r

ε

=

BÀI TẬP

Tính lực tương tác của hai điện tích

1) Vẽ hình lực tương tác điện giữa 2 điện tích q1 = 3.10–6 C và q2 = – 3.10–6 C, cách nhau khoảng

r = 3 cm Tính lực tương tác trong 2 trường hợp:

a) Đặt trong chân không

b) Đặt trong dầu hỏa có hằng số điện môi ε = 2

ĐS: (90 N; 45 N)

2) Hai quả cầu nhỏ có điện tích q1 = 10–7 C và q2 = 4.10–7 C tác dụng lên nhau bởi lực F = 0,1 N trong chân không Tính tính khoảng cách giữa hai điện tích

ĐS: (r = 6 cm)

3) Tại điểm A trong không khí, đặt điện tích q1 = 4.10–8 C Hỏi tại điểm B cách A đoạn 2 mm phải đặt điện tích q2 có độ lớn bao nhiêu để lực điện tương tác giữa chúng là lực hút và có độ lớn F = 6,3 N ĐS: (7.10–8 C)

4) Lực tương tác giữa hai điện tích điểm đặt trong cùng một môi trường sẽ thay đổi thế nào nếu a) cùng lúc tăng độ lớn mỗi điện tích lên 2 lần b) cùng lúc tăng độ lớn điện tích lên 3 lần và tăng khoảng cách lên 3 lần ĐS: tăng 4 lần, không đổi

5) Hai điện tích điểm bằng nhau, đặt trong chân không cách nhau đoạn r = 4 cm thì đẩy nhau bởi lực F Nếu đặt chúng trong điện môi lỏng có ε = 6,25 thì khoảng cách giữa hai điện tích là bao nhiêu để lực đẩy giữa chúng vẫn như cũ ? (1,6 cm)

Tính giá trị hoặc độ lớn của hai điện tích 6) Hai điện tích điểm bằng nhau, đặt trong chân không, cách nhau khoảng r1 = 2 cm, lực đẩy giữa chúng là F1 = 1,6.10–4 N a) Tìm độ lớn của các điện tích đó b) Khoảng cách r2 giữa chúng phải bằng bao nhiêu để lực tác dụng là F2 = 2,5.10–4 N (2,67.10–9 C; 1,6 cm)

7) Hai vật nhỏ mang điện tích đặt cách nhau khoảng r = 2 m, chúng đẩy nhau bởi lực F = 1 N. Tổng điện tích của chúng là Q = 5.10–5 C Tìm độ lớn điện tích của mỗi vật (3,86.10–5C; 1,14.10–5 C)

8) Hai vật nhỏ mang điện tích đặt trong chân không, cách nhau khoảng r = 3 m Chúng hút nhau bởi lực F = 6.10–9 N Tổng điện tích của chúng là Q = 10–9 C Tìm độ lớn điện tích của mỗi vật (3.10–9 C; 2.10–9 C)

9) Hai quả cầu kim loại nhỏ, mang điện tích q1 và q2 đặt trong không khí, cách nhau một đoạn 1 m, đẩy nhau lực 1,8 N Điện tích tổng cộng (tổng đại số) của chúng là 3.10-5C a Tính độ lớn q1,q2. b Đặt hai điện tích trên vào trong môi trường có hằng số điện môi 2,5 Tính lại lực tương tác giữa hai điện tích ĐS: 2.10-5 C; 10-5C; 0,72 N

Tương tác của hệ 3 điện tích 10) Hai điện tích điểm q1 = 8.10-9C và q2 = 4.10-9C đặt cố định tại hai điểm A và B trong chân không, cách nhau đoạn d = 10 cm Đặt tại trung điểm của AB một điện tích q3 = -10-9C Tính độ lớn lực điện tác dụng lên q3 ĐS: 1,44.10-6N

11) Hai điện tích điểm q1=4.10-9 C và q2=− 4.10-9 C đặt cố định tại hai điểm A và B trong chân không, cách nhau đoạn d = 4 cm Xác định lực tác dụng lên điện tích q3=8.10-9C tại C AC = 6 cm, BC = 2 cm Tính độ lớn lực điện tác dụng lên q3 ĐS: 6,4.10-4 N

12) Hai điện tích điểm q1 = 3.10-8C; q2 = 2.10-8C đặt tại hai điểm A, B trong chân không, AB = 5cm Điện tích qo = -2.10-8C đặt tại M, MA = 4cm; MB = 3cm Xác định lực điện tổng hợp tác dụng lên qo

13) Ba điện tích điểm q1 = 27 10-8 C, q2 = 64 10-8 C, q3 = –10-7 C đặt trong không khí lần lượt tại ba đỉnh của một tam giác ABC vuông tại C Cho AC = 30 cm, BC = 40 cm Xác định vectơ lực tác dụng lên q3

ĐS F = 45 10-4 N

14) Cho hai điện tích điểm q1 = 10–7 C và q2 = 5.10–8 C đặt tại hai điểm A và B trong chân không, cách nhau khoảng AB = 10 cm Xác định lực điện tổng hợp tác dụng lên điện tích điểm q0 = 2.10–8 C trong hai trường hợp a) Đặt tại điểm M với MA = 5 cm và MB = 5 cm b) Đặt tại điểm N với NA = 6 cm và NB = 8 cm

(3,6.10–3N; 5,2.10–3 N)

Cân bằng điện tích 15) Hai điện tích q1 = -2.10-8C, q2 = -1,8.10-7C đặt tại A và B trong không khí, AB = 8cm Một điện tích q3 đặt tại C Hỏi: a Vị trí C ở đâu để q3 cân bằng ? b Dấu và độ lớn của q3 để q1, q2 cũng cân bằng ?

16) Hai điện tích điểm q1 = 10-8C, q2 = 4.10-8C đặt tại A và B cách nhau 9 cm trong chân không a Xác định độ lớn lực tương tác giữa hai điện tích b Xác định véc tơ lực tác dụng lên điện tích qo = 6,075.10-9C đặt tại trung điểm AB c Phải đặt điện tích q3 = 2.10-6 tại đâu để điện tích q3 nằm cân bằng

Bài 2: THUYẾT ÊLECTRON ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH

I – Thuyết êlectron

1 Cấu tạo nguyên tử (SGK)

- Điện tích của êlectron là qe=-1,6.10-19C

- Khối lượng êlectrôn là me=9,1.10-31kg

- Điện tích của prôton là qp=+1,6.10-19C

- Khối lượng êlectrôn là mp=1,67.10-27kg

2 Thuyết êlectron

- Êlectron có thể dịch chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác

- Nguyên tử bị mất êlectron thì nhiễm điện âm, nguyên tử nhận thêm êlectron thì nhiễm điện dương

- Sự di chuyển và cư trú của êlectron đã tạo nên các hiện tượng điện

II – Vận dụng

1 Chất cách điện và chất dẫn điện

- Chất dẫn điện là chất có chứa các điện tích tự do Chất cách điện là chất không chứa các điện tích tự do

- Điện tích tự do là các điện tích di chuyển tự do bên trong thể tích của vật dẫn Trong kim loại, điện tích tự do là êlectron tự do

2 Sự nhiễm điện do tiếp xúc

Khi cho một vật chưa nhiễm điện tiếp xúc với vật đã nhiễm điện thì vật sẽ nhiễm điện cùng dấu với vật đó Đó là sự nhiễm điện do tiếp xúc

3 Sự nhiễm điện do hưởng ứng

- Khi đưa quả cầu A nhiễm điện dương lại gần thanh MN chưa nhiễm điện thì đầu M gần quả cầu sẽ nhiễm điện âm cò n đầu N xa quả cầu nhiễm điện dương Đó là sự nhiễm điện do hưởng ứng

- Khi đưa thanh MN ra xa thì MN trở lại trạng thái trung hòa về điện ban đầu

III – Định luật bào toàn điện tích

Trong một hệ cô lập về điện, tổng đại số các điện tích là không đổi

q + =q q′+q′

BÀI TẬP

=-1,6.10-19C

ĐS: thừa 1,25.1011 êlectrôn

2 Hai quả cầu nhỏ cách nhau đoạn r = 10 cm, chúng mang điện tích âm bằng nhau và có lực đẩy F = 2,31.10–4 N Trong mỗi quả cầu thừa hay thiếu bao nhiêu electron ? (thừa n = 1011 electron)

thường

a) Tính điện tích của mỗi quả cầu

b) Đặt hai quả cầu cách nhau 5 cm trong chân không Tính lực tương tác giữa hai quả cầu c) Hai quả cầu này đặt cách nhau r = 10 cm trong môi trường có hằng số điện môi là ε = 3 Chúng hút hay đẩy nhau bởi lực có độ lớn bao nhiêu?

(– 8.10–7 C; 4,8.10–6 C; 13,82 N; 1,152 N).

4 Có 4 quả cầu kim loại kích thước bằng nhau Các quả cầu mang điện tích lần lượt là +2,3µC; -246.10-7C, -5,9µC, +3,6.10-5C Cho 4 quả cầu đồng thời chạm vào nhau sau đó lại tác chúng ra Xác định giá trị điện tích sau khi tách của mỗi quả cầu ĐS: +1,95.10-6 C

5 Hai quả cầu nhỏ tích điện q1 > 0 và q2 < 0, đặt cách nhau r = 1,19 m, chúng hút nhau bởi lực F = 0,0853 N Cho hai quả cầu tiếp xúc nhau rồi tách ra xa khoảng cách như cũ thì lực tương tác mới là F’ = 0,0196 N Tìm điện tích ban đầu của mỗi quả cầu

(– 2,31.10–6 C; 5,81.10–6 C)

6 Hai quả cầu nhỏ, giống nhau, bằng kim loại Quả cầu A mang điện tích 4,50 μC; quả cầu B

mang điện tích – 2,40 μC Đăt hai quả cầu cách nhau 1,56 cm trong không khí

a) Mỗi quả cầu trên thừa hay thiếu bao nhiêu êlectron ?

b) Lực tương tác giữa hai điện tích là lực đẩy hay hút, có độ lớn bao nhiêu ?

c) Cho chúng tiếp xúc nhau rồi đưa trở lại vị trí cũ Tính lại lực tương tác

ĐS: 40,8N

Bài 3: ĐIỆN TRƯỜNG VÀ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG

ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN

I – Điện trườg

1 Môi trường truyền tương tác điện

Hai điện tích không hề tiếp xúc nhau nhưng vẫn tương tác với nhau được Phải có một môi trường nào đó truyền tương tác điện giữa hai điện tích Môi trường đó gọi là điện trường

2 Điện trường

Là dạng vật chất tồn tại xung quanh điện tích và gắn liền với điện tích Điện trường tác dụng lên điện tích khác đặt trong nó

C1: Nhận biết điện trường bằng cách nào ?

II – Cường độ điện trường

1 Khái niệm cường độ điện trường

Ta thấy khi đặt điện tích thử q vào điện trường của điện tích Q thì lực điện tác dụng lên q càng yếu khi q càng xa Q Vì vậy cần xây dựng một khái niệm đặc trưng cho độ mạnh, yếu của điện trường Khái niệm đó gọi là cường độ điện trường

2 Cường độ điện trường

Cường độ điện trường tại một điểm đặc trưng cho tác dụng của điện trường tại điểm đó Nó được xác định bởi thương số độ lớn của lực điện với độ lớn của điện tích đặt tại điểm đang xét

F E q

=

Trong đó E là cường độ điện trường tại điểm đang xét

3 Véctơ cường độ điện trường

F E q

= ur ur

Véctơ CĐĐT có:

- Phương và chiều trùng với phương và chiều của lực điện tác dụng lên điện tích thử q dương (Suy ra lực diện tác dụng lên điện tích âm sẽ ngược chiều với CĐĐT)

- Chiều dài (môđun) biểu diễn độ lớn của CĐĐT theo tỉ xích cho trước

4 Đơn vị CĐĐT

Đơn vị CĐĐT là vôn trên mét (V/m)

5 CĐĐT gây ra bởi một điện tích điểm

CĐĐT gây ra bởi một điện tích điểm Q tại điểm M có:

- Phương trùng với đường nối Q và M

- Chiều hướng ra xa Q nếu Q>0, hướng về Q nếu Q<0

- Độ lớn:

2

Q F

q εr

o Q: trí số điện tích (C)

o r: khoàng cách từ Q đến M (m)

6 Nguyên lí chồng chất điện trường

Nếu tại một điểm trong không gian có điện trường của hai điện tích chồng chất lên đó thì CĐĐT tổng hợp được xác định bởi

Er =Er +Er

Về mặt độ lớn thì

E= E +E + E E α

Với α là góc hợp bởi 1

Er

và 2

Er

III – Đường sức điện

1 Định nghĩa

Là đường mà tiếp tuyến tại mỗi điểm của nó là giá của véctơ

CĐĐT tại điểm đó Nói cách khác, đường sức điện là đường mà lực

điện tác dụng dọc theo đó

2 Các đặc điểm của đường sức điện

- Qua mỗi điểm trong điện trường có một đường sức điện và chỉ

một mà thôi

- Hướng của đường sức điện tại một điểm là hướng của vectơ cường độ điện trường tại điểm đó

- Đường sức điện của điện trường tĩnh điện là đường không khép kín Nó đi ra từ điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm

- Ở chỗ cường độ điện trường lớn thì các đường sức điện sẽ mau (gần nhau), còn ở chỗ cường

độ điện trường nhỏ thì các đường sức điện sẽ thưa

3 Điện trường đều

Điện trường đều là điện trường mà vectơ cường độ điện

trưởng tại mọi điểm đều có cùng phương, chiều và độ lớn và đường

sức điện là những đường thẳng song song cách đều

BÀI TẬP

Cường độ điện trường gây ra bởi điện tích điểm

1 Một điện tích đặt tại điểm có cường độ điện trường 0,16 V/m Lực tác dụng lên điện tích đó

bằng 2.10-4 N Độ lớn điện tích đó là bao nhiêu ?

ĐS: 1,25.10-3 C

2. Đặt điện tích q = 4.10–7 C tại A trong chân không thì q chịu tác dụng của lực điện F = 7,2.10–3 N Tính cường độ điện trường tại điểm A ĐS: 18000 V/m

3 Tính cường độ điện trường và vẽ vectơ cường độ điện trường do điện tích điểm Q = + 4.10–8 C gây ra tại điểm M cách nó đoạn r = 5 cm trong môi trường có hằng số điện môi là ε = 2 (7,2.104 V/m)

4 Trong chân không, tại điểm A trên đoạn thẳng AB = 4,8 cm, đặt điện tích Q Cường độ điện trường tại B có độ lớn E = 1562,5 V/m Tính độ lớn của điện tích Q (4.10–10 C)

a) Hãy tính cường độ điện trường tại điểm M cách điện tích 5 cm.

b) Đưa điện tích vào môi trường có hằng số điện môi 2,5 Hãy tính cường độ điện trường tại N cách điện tích 2,5 cm

ĐS: 72000 V/m; 115200 V/m

6 Điện tích điểm có độ lớn q = +0,2 µC trong không khí Xét điểm M cách điện tích 10 cm. a) Tính độ lớn cường độ điện trường tại M b) Tìm vị trí điểm N (nằm trên đường sức đi qua M) có cường độ điện trường bằng một nửa cường độ điện trường tại M ĐS: 180000 V/m; cách điện tích /10 m

Cường độ điện trường gây ra bởi nhiều điện tích 7 Hai điện tích điểm có độ lớn q1 = 0,2 nC và q2 = -0,8 nC đặt cách nhau một đoạn AB = 6 cm trong chân không Xác định cường độ điện trường tại M là trung điểm của AB ĐS: 2000 V/m; 8000 V/m; 10000 V/m

8 Hai điện tích Q1 = 4.10–9 C và Q2= – 9.10–9 C đặt tại A và B với AB = 10 cm, trong chân không Xác định cường độ điện trường tại điểm M trong hai trường hợp a) MA = 4 cm và MB = 6 cm b) MA = 4 cm và MB = 14 cm

(45000 V/m; 18367 V/m)

9. Tại hai điểm A và B cách nhau 5 cm trong chân không, có hai điện tích q1 = + 16.10–8 C và q2 = – 9.10-8 C Tính cường độ điện trường tổng hợp và vẽ vectơ cường độ điện trường tại điểm C nằm cách A khoảng 4 cm và cách B khoảng 3 cm (12,7.105 V/m)

10 Đặt hai điện tích q1 = 4.10–10 C và q2 = – 4.10–10 C tại hai điểm M và N cách nhau 2 cm Xác định cường độ điện trường tại điểm C, với M, N và C tạo thành tam giác đều

(9000 V/m)

11 Đặt hai điện tích q1 = 4.10-10 C và q2 = -4.10-10 C tại hai điểm A và B trong chân không Xác định (vẽ và tính độ lớn) cường độ điện trường tại C, ABC tạo thành tam giác đều cạnh a = 3

cm

ĐS: 4000 V/m

12 Hai điện tích điểm q1 = 0,5 nC và q2 = -0,5 nC đặt tại hai điểm A, B cách nhau 6 cm trong không khí Cường độ điện trường tại điểm M nằm trên trung trực của AB, cách trung điểm của AB một khoảng l = 4 cm có độ lớn là bao nhiêu ?

13 Hai điện tích q1=5.10-9C, q2=- 5.10-9C đặt tại hai điểm cách nhau 10cm trong chân không Độ lớn cường độ điện trường tại điểm nằm trên đường thẳng đi qua hai điện tích và cách q1 5cm, cách q2 15cm là bao nhiêu ?

14 Hai điện tích q1=5.10-16C, q2=- 5.10-16C, đặt tại hai đỉnh B và C của một tam giác đều ABC cạnh bằng 8cm trong không khí Cường độ điện trường tại đỉnh A của tam giác ABC có độ lớn là bao nhiêu ?

Cường độ điện trường triệt tiêu 15 Hai điện tích q1 = -9µC và q2 = 4µC đặt tại A, B cách nhau 20cm Tìm vị trí điểm C để tại đó véc tơ cường độ điện trường do hai điện tích q1 và q2 gây ra bằng nhau

16 Tại hai điểm A và B cách nhau 1,5 cm trong chân không, lần lượt đặt các điện tích q1 = 4,5.10–10 C và q2 = – 2.10–10 C Xác định vị trí của điểm M mà tại đó cường độ điện trường triệt tiêu

(4,5 cm; 3 cm)

17 Tại 2 điểm A và B cách nhau 4,5 cm trong chân không, lần lượt đặt các điện tích q1 = – 4.10– 10 C và q2 Gọi M là điểm nằm trong đoạn AB và cách B khoảng 1,5 cm Xác định dấu và độ lớn điện tích q2 để cường độ điện trường tại điểm M triệt tiêu (10–

10 C)

18 Hai điện tích điểm q1 =10–8 C và q2 = 9.10–8 C được đặt cách nhau 10 cm trong chân không Hãy tìm các điểm mà tại đó cường độ điện trường bằng 0

(2,5 cm; 7,5 cm)

Bài 4: CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN

I – Công của lực điện

a) Công thức tính công của lực điện

Xét điện tích q dương dịch chuyển đoạn trên đoạn MN trong điện

trường đều như hình vẽ

- Khi q dịch chuyển từ M đến N, MNuuuur r=s

làm với chiều đường sức điện một góc α và

- Ta có công thức tính công của lực điện là

cos

MN

A =Fs Fsrr= α

- Trong đó: F=qE

và d =M N′ ′ =scosα

- Suy ra:

MN

o α: là góc hợp bởi lực F

r

và độ dời s

r

o d: là độ dài đại số hình chiếu của độ dờis

r lên đường sức

- Biện luận:

o Nếu α < 900 thì d > 0 suy ra AMN > 0

o Nếu α > 900 thì d < 0 suy ra AMN < 0.

o Nếu α = 900 thì d = 0 suy ra AMN = 0

- Kết quả trên cũng phù hợp với điện tích q âm

b) Đặc điểm công của lực điện trường

Khi điện tích q dịch chuyển trên đoạn đường MBN ta cũng chứng minh được:

MN

với d =M N′ ′

Phát biểu: Công của lực điện không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi mà chỉ phụ

thuộc vào vị trí của điểm đầu và điểm cuối của đường đi trong điện trường Lực điện được gọi là lực thế, điện trường là trường thế.

II – Thế năng của điện tích trong điện trường

1 Khái niệm về thế năng của điện tích trong điện trường

Thế năng của điện tích q đặc trưng cho khả năng sinh công của lực điện khi đặt q tại điểm đang xét trong điện trường Được xác định bằng công của lực điện khi dịch chuyển q về bản âm

Với d M là khoàng cách từ M đến bản âm (mốc thế năng ở bản âm)

Trong điện trường bất kỳ thì ta lấy mốc thế năng ở vô cùng (là nơi là điện trường bằng 0 và lực điện hết tác dụng)

M M

2 Công của lực điện và độ giảm thế năng của điện trường

Khi một điện tích q di chuyển từ điểm M đến N thì công của lực điện bằng độ giảm thế năng của điện tích q trong điện trường

MN M N

BÀI TẬP

Điện tích dịch chuyển dọc theo đường sức điện hoặc hợp với đường sức một góc α

1 Cho điện tích q di chuyển trong điện trường dọc theo đường cong kín Điện tích xuất phát từ

điểm M rồi trở lại điểm M Công của lực điện bằng bao nhiêu ?

(A = 0)

2 Một electron di chuyển được môt đoạn d = 1 cm, dọc theo chiều một đường sức điện, dưới tác dụng của một lực điện trong một điện trường đều có cường độ E = 1000 V/m Hãy xác định công của lực điện ? Cho biết điện tích của electron là qe = - 1,6.10-19 C ĐS: - 1,6.10-18 J

3 Hai tấm kim loại song song, cách nhau d = 2 cm và được nhiễm điện trái dấu nhau Muốn làm cho điện tích q = 5.10-10 C di chuyển từ tấm này đến tấm kia cần tốn một công A = 2.10-9 J Coi điện trường bên trong khoảng giữa hai tấm kim loại là điện trường đều Cường độ điện trường bên trong tấm kim loại đó là bao nhiêu ? ĐS: 200 V/m

4 Công của lực điện trường làm dịch chuyển một điện tích q trên quãng đường dọc theo đường sức dài d = 50 cm, cùng chiều điện trường E =106V/m là A = - 2 mJ Tính giá trị điện tích ĐS: - 4.10-9 C

5 Trong điện trường đều có điện tích dương q = 5.10–8 C di chuyển từ B đến C, với BC hợp với vectơ cường độ điện trường góc α = 1200 Tính công của lực điện trường biết BC = 10 cm và E = 2.105 V/m

(– 5.10–4 J)

6 Một điện tích q = 1,2.10-2 C đặt tại bản dương của hai bản kim loại song song tích điện trái dấu nhau cách nhau d = 2 cm Cho khối lượng của điện tích là m = 4,5.10-6 g, cường độ điện trường giữa hai bản kim loại là E = 3000 V/m Bỏ qua ảnh hưởng của trọng lực a) Tính công của lực điện trường dịch chuyển điện tích từ bản dương về bản âm b) Tính tốc độ của điện tích khi vừa đến bản âm 0,72 J; 17889 m/s

Điện tích dịch chuyển theo các cạnh của một hình phẳng 7 Điện tích q = 10–8 C dịch chuyển dọc theo các cạnh của tam giác đều ABC cạnh a = 20 cm, đặt trong điện trường đều có cường độ E = 300 V/m Tính công của lực điện khi dịch chuyển điện tích q dọc theo các cạnh AB, BC và CA, biết rằng điện trường cùng hướng với (– 3.10–7 J; 6.10–7 J)

8 Điện tích q = – 2.10–8 C dịch chuyển dọc theo các cạnh của hình vuông ABCD cạnh a = 10 cm, đặt trong điện trường đều có cường độ E = 300 V/m Tính công của lực điện khi q dịch chuyển trên các cạnh AB, BC, CD và DA, biết rằng điện trường cùng hướng với (6.10–7 J; 0)

9 Một điện tích q = -10-8 C dịch chuyển dọc theo các cạnh của một tam giác vuông ABC, vuông tại B, cạnh AB = 6 cm, BC = 8 cm đặt trong điện trường đều có cường độ E = 500 V/m có đường sức song song với cạnh AB và hướng từ A đến B Tính công của lực điện trong qua trình dịch chuyển qua mỗi cạnh của tam giác ĐS: AAB = -4.10-7 J; ABC = 0; ACA = 4.10-7 J

10 Một điện tích q = -2.10-8 C dịch chuyển dọc theo các cạnh của một hình vuông ABCD cạnh a = 10 cm đặt trong điện trường đều có cường độ E = 300 V/m có đường sức song song với cạnh BA và hướng từ B đến A Tính công của lực điện trong quá trình dịch chuyển qua mỗi cạnh của hình vuông ĐS: AAB = -ACD = 6.10-7 J ; ABC = ADA = 0

Bài 5: ĐIỆN THẾ HIỆU ĐIỆNTHẾ

I – Điện thế

1 Khái niệm điện thế

Trong công thức thế năng M M

W =qEd

thì tích số M

Ed

có giá trị không phụ thuộc vào q mà chỉ phụ thuộc vào CĐĐT tại M Ta viết lại M M

W =qV

M

V

gọi là hằng số tỉ lệ, ta còn gọi nó là điện thế tại M

M M

W V q

=

2 Định nghĩa điện thế

Điện thế tại M là đại lượng đặc trưng cho điện trường về mặt tạo ra thế năng của điện tích q Được xác định bằng thương số của công của lực điện khi dịch chuyển điện tích q từ M về mốc thế năng và trị số của q

M M M

3 Đơn vị của điện thế

Đơn vị của điện thế là vôn (V)

4 Đặc điểm của điện thế

- Điện thế là đại lượng đại số (có thể dương, âm hoặc bằng 0)

- Điện thế ở bản âm (điện trường đều) và ở vô cùng (điện trường bất kỳ) bằng 0

II – Hiệu điện thế

1 Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N

Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trong điện trường:

q A

3 Liên hệ giữa hiệu điện thế và CĐĐT

MN MN

A qEd U

=

Công thức trên cho ta thấy đơn vị của E là V/m

4 Đo hiệu điện thế trong điện trường

Ta đo hiệu điện thế bằng tĩnh điện kế

BÀI TẬP

1 Một electron bay từ điểm M đến điểm N trong một điện trường, giữa hai điểm có hiệu điện

thế UMN = 100 V Công mà lực điện trường sinh ra sẽ là bao nhiêu ? Cho biết qe = -1,6.10-19C.ĐS: - 1,6.10-17 J

2 Công của lực điện trường làm di chuyển một điện tích Q giữa hai điểm có hiệu điện thế U =

2000 V là A = 1 J Tính độ lớn q của điện tích đó

ĐS: Q = 5.10-4 C

3 Một electron được thả không vận tốc ban đầu ở sát bản âm trong điện trường đều giữa hai

bản kim loại phẳng tích điện trái dấu Cường độ điện trường giữa hai bản là E = 100 V/m.Khoảng cách giữa hai bản là d = 1 cm Cho biết qe = -1,6.10-19C, khối lượng me = 9,1.10-31

kg

a) Tính công của lực điện

b) Tính động năng của electron khi nó đến đập vào bản dương

ĐS: - 1,6.10-19 J; 592999 m/s

`

= 2.10-4 J Tính hiệu điện thế giữa hai điểm A, B

ĐS: UAB = 200 V

5 Tính công mà lực điện sinh ra khi tác dụng lên một electron làm nó chuyển động từ điểm M

đến điểm N Biết hiệu điện thế UMN = 50 V (– 8.10–18 J)

cm, d2 = 8 cm Coi điện trường giữa các bản là đều có chiều như

7 Hai bản kim loại A và B phẳng và rộng, đặt song song, cách nhau d = 2 cm Hai bản được

nhiễm điện trái dấu và cùng độ lớn Một electron chuyển động từ bản A tích điện âm sangbản B tích điện dương thì thu được công là A = 3,2.10–17 J Tính hiệu điện thế UAB và cường

độ điện trường giữa hai bản

(– 200 V; E = 104 V/m)

8 Ba điểm A, B, C tạo thành ba đỉnh của một tam giác đều cạnh a = 5 cm trong chân không.

Điện trường đều E = 1000 V/m có đường sức song song với cạnh AB và hướng từ A đến B.a) Tính hiệu điện thế UAB, UBC và UCA

b) Tính công của lực điện khi một điện tích q = 4.10-10 C dịch chuyển từ B đến C

ĐS: UAB = 50 V, UBC = UCA = -25 V; -10-8 J

9 Ba điểm A, B, C tạo thành ba đỉnh của một tam giác vuông tại B Biết AB = 6 cm và BC = 8

cm, Điện trường đều E = 1500 V/m có đường sức song song với cạnh AB và hướng từ A đếnB

a) Tính hiệu điện thế UAB, UBC và UCA và UAC

b) Tính công của lực điện khi một điện tích q = 2,510-10 C dịch chuyển từ B đến C và từ Cđến A

ĐS: U = 90 V, U = 0; U = -90 V; U = 90 V; 0 J; -2,25.10-8 J

2 Cách tích điện cho tụ điện

Muốn tích điện cho tụ điện ta nối hai bản tụ với hai cực của một nguồn điện một chiều haibản tụ tích điện cùng độ lớn nhưng trái dấu, bản nối với cực dương sẽ nhiễm điện âm và ngược lại

Điện tích của tụ điện được quy ước là điện tích của bản dương của tụ

II – Điện dung của tụ điện

1 Điện dung của tụ

Mội tụ điện có khả năng tích điện khác nhau Đại lượng đặc trưng cho khả năng đó gọi làđiện dung của tụ điện Điện dung được xác định bằng thương số giữa điện tích mà tụ tích được vớihiệu điện thế đặt vào hai bản tụ

Q C U

=

2 Đơn vị của điện dung

Đơn vị của điện dung là Fara (F)

1F là rất lớn nên ta thường gặp:

1µF = 10-6F1nF = 10-9F1pF = 10-12F

3 Các loại tụ điện

Người ta thường lấy tên đện môi làm tên tụ điện (tụ giấy, tụ không khí, tụ mica…)

Người ta còn tạo ra tụ điện có thể thay đổi điện dung được gọi là tụ xoay

III – Năng lượng điện trường của tụ điện

Tụ tích điện tí ch nghĩa là cũng tích năng lượng điện trường

2

12

W = CU

a) Tính điện dung của tụ điện

b) Nếu mắc tụ điện vào hiệu điện thế U’ = 10 V thì điện dung và điện tích của tụ điện là

(20 nF; C không đổi và Q = 2.10–7 C)

được tích một điện tích là Q1= 12µC

a) Hãy tính điện dung của tụ điện

b) Nếu mắc tụ trên vào một acqui khác có hiệu điện thế U2 = 12V thì điện tích mà tụ tíchđược là bao nhiêu ?

ĐS: 2,0 µF, 24 µC

3 Trên vỏ một tụ điện có ghi 20µF – 200V Nối hai bản của tụ điện với một hiệu điện thế

120V

a) Tính điện tích của tụ điện

b) Tính điện tích tối đa mà tụ điện tích được

ĐS: 24.10 – 4C; 4.10 – 3 C

4 Tụ điện phẳng không khí có điện dung C = 40 pF và khoảng cách giữa hai bản là d = 1 cm.

khí trở nên dẫn điện Tính điện tích tối đa của tụ điện

(12.10–7 C)

Chương 2: DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI

Bài 7: DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI NGUỒN ĐIỆN

I – Dòng điện

Những kiến thức đã biết:

- Dòng điện là dòng các hạt mang điện (điện tích) dịch chuyển có hướng

- Dòng điện trong kim loại là dòng các êlectron tự do dịch chuyển có hướng

- Chiều dòng điện trong được quy ước là chiều ngược chiều dịch chuyển của hạt mang điện âm

- Điều kiện để có dòng điện chạy qua vật dẫn là phải đặt vào hai đầu vật dẫn một hiệu điện thế

- Dòng điện có tác dụng nhiệt, hóa học, quang, sinh lý, từ

II – Cường độ dòng điện Dòng điện không đổi

1 Cường độ dòng điện

Nếu có một điện lượng ∆q

chạy qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong khoảng thời gian ∆tthì cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn là I

q I t

∆

=

∆

2 Dòng điện không đổi

Dòng điện không đổi là đòng điện có chiều và cường độ không đổi theo thời gian

q I t

= hay

n e I t

=

3 Đơn vị của CĐDĐ

Đơn vị của CĐDĐ là Ampe (A)

Từ biểu thức trên cho thấy 1C = 1A.s

III – Nguồn điện

Nguồn điện là thiết bị tạo ra và duy trì hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện

- Một nguồn điện có hai cực cực dương và cực âm

- Bên trong nguồn điện có lực lạ tách các electron ta khỏi nguyên tử rồi chuyển các electronhoặc ion dương về các cực tạo ra cực âm và cực dương

- Dòng điện bên trong nguồn từ âm sang dương do tác dụng của lực lạ

- Dòng điện bên ngoài nguồn từ dương sang âm do tác dụng của lực điện trường

IV – Suất điện động của nguồn điện

1 Công của nguồn điện

Công của lực lạ để làm dịch chuyển các điện tích qua nguồn điện gọi là công của nguồn Kýhiệu: Ang

2 Suất điện động của nguồn

Định nghĩa: Suất điện động của nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiệncông của nguồn, được xác định bằng thương số giữa công của nguồn và điện lượng dịch chuyển quanguồn

Công thức:

ng A E q

=(Ang là công của lực lạ, q là điện lượng dịch chuyển qua nguồn)Đơn vị: Từ công thức trên ta thấy suất điện động cùng đơn vị với hiệu điện thế là vôn (V)

V – Pin và acqui (đọc thêm)

BÀI TẬP

Tính cường độ, điện lượng, số hạt electron chạy qua dây dẫn

1 Một điện lượng 60 mC dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong khoảng thời gian 2

s

a) Tính cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn

b) Tính số electron chạy qua tiết diện thẳng của dây trong 1 phút

ĐS: 30 mA, 1,125.1019 hạt

a) Tính cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn

b) Tính số electron chạy qua tiết diện thẳng của dây trên trong 2 phút

c) Tính thời gian cần thiết để điện tích chạy qua tiết diện thẳng của dây là 2 C

ĐS: 0,08A, 6.1019 hạt, 25s

3 Một acquy có suất điện động là 6 V sinh ra một công là 36 J trong thời gian 5 phút phát

điện

a) Tính lượng điện tích dịch chuyển giữa hai cực của acquy

b) Tính cường độ dòng điện chạy qua acquy

ĐS: 6C; 0,02ª

4 Duy trì một hiệu điện thế 2V ở hai đầu một điện trở R=20Ω trong thời gian 20s.

a) Tính cường độ dòng điện đi qua điện trở

b) Tính điện lượng tải qua điện trở

c) Tính số electron đã di chuyển qua điện trở trong thời gian 20s trên

ĐS: 0,1A; 2C; gần 1,25.1019 electron

5 Acquy có suất điện động ε = 6 V sinh ra công A = 360 J trong thời gian 5 phút phát điện.

a) Tính lượng điện tích dịch chuyển giữa hai cực của acquy

b) Tính cường độ dòng điện chạy qua acquy

(60 C; 0,2 A)

6 Khi bóng đèn hoạt động thì có điện lượng q = 2,84 C chuyển dây tóc bóng đèn trong th.gian

7 Dùng hiệu điện thế U = 2 V để duy trì dòng điện qua điện trở R = 20 Ω trong thời gian 20 s.

a) Tính cường độ dòng điện và điện lượng tải qua điện trở

b) Tính số electron đã di chuyển qua điện trở trong thời gian 20 s

(0,1 A; 2 C; 1,25.1019 electron)

8 Pin có suất điện động ε = 1,5 V Tính công của lực điện khi làm dịch chuyển điện tích 2 C từ

(3 J)

bên trong nguồn điện Tính suất điện động ε của nguồn điện này

(12 V)

10 Người ta sẽ có cảm giác bị điện giật nhẹ nếu có dòng điện có cường độ I = 80 µA đi từ đầu

ngón tay cái sang đầu ngón tay trỏ Hãy tính hiệu điện thế cực đại để ta không bị điện giậttrong trường hợp hai ngón tay này có da khô (có điện trở 4.105 Ω) và hai ngón tay này có daướt (có điện trở 2.103 Ω)

(32 V; 0,16 V)

Bài 8: ĐIỆN NĂNG CÔNG SUẤT ĐIỆN

I – Điện năng tiêu thụ và công suất điện

1 Công của dòng điện

Điện năng là năng lượng của dòng điện Được tính bằng công của lực điện làm dịch chuyển cóhướng các điện tích trong mạch điện

A qU UIt= =

Trong đó:

o A: công của lực điện (cũng là công của dòng điện) (J)

o q: điện tích dịch chuyển qua mạch (C)

o U: hiệu điện thế ở hai đầu mạch (V)

o t: thời gian dòng điện chạy qua (s)Công của dòng điện được đo bằng công tơ điện Mỗi số đếm của công tơ là 1kWh=3,6.106J

2 Công suất điện

Là đại lượng cho b iết khả năng tiêu thụ điện năng của mạch trong một đơn vị thời gian.Được tính trị số điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ và thời gian dòng điện chạy qua

o P: công suất điện (W)

o A: điện năng tiêu thụ (công của dòng điện) (J)

o t: thời gian dòng điện chạy qua (s)

II – Công suất tỏa nhiệt của vật dẫn khi có dòng điện chạy qua

o Q: nhiệt lượng tỏa ra (J)

o I: cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn (A)

o R: điện trở vật dẫn (Ω)

o t: thời gian dòng điện chạy qua (s)

2 Công suất tỏa nhiệt của vật dẫn

Công suất tỏa nhiệt của vật dẫn cho ta biết khả năng tỏa nhiệt của vật dẫn khi có dòng điệnchạy qua Được tính bằng trị số nhiệt lượng tỏa ra trên vật dẫn trong một đơn vị thời gian

Pnh: công suất tỏa nhiệt (J)

Ta có thể tính công suất tỏa nhiệt bằng công thức:

2 2

III – Công và công suất của nguồn điện

1 Công của nguồn điện

Là công của lực lạ làm dịch chuyển điện tích qua nguồn

ng

Trong đó:

o Ang: công của nguồn (J)

o q: điện tích dịch chuyển qua nguồn (C)

o E: suất điện động của nguồn (V)