BÀI tập điện TRƯỜNG

Khái niệm điện trường: Là môi trường tồn tại xung quanh điện tích và tác dụng lực lên điện tích khác đặt trong nó.. Khái niệm đường sức điện: *Khái niệm đường sức điện: Là đường cong do

BÀI TẬP ĐIỆN TRƯỜNG - CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG

I TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1 Khái niệm điện trường: Là môi trường tồn tại xung quanh điện tích và tác dụng lực lên điện tích khác

đặt trong nó

2 Cường độ điện trường: Là đại lượng đặc trưng cho điện trường về khả năng tác dụng lực

E q F q

F





.

=

⇒

- Nếu q > 0 : F cùng phương, cùng chiều với E

- Nếu q < 0 : F cùng phương, ngược chiều với E

3 Đường sức điện – Điện trường đều:

a Khái niệm đường sức điện:

*Khái niệm đường sức điện: Là đường cong do ta vạch ra trong điện trường

sao cho tại mọi điểm trên đường cong, véctơ cường độ điện trường có phương

trùng với tiếp tuyến của đường cong tại điểm đó, chiều của đường sức là chiều của véctơ cường độ điện trường

*Đường sức điện do điện tích điểm gây ra:

+ Xuất phát từ điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm;

+ Điện tích dương ra xa vô cực;

+ Từ vô cực kết thúc ở điện tích âm

b Điện trường đều:

Định nghĩa: Điện trường đều là điện trường có véctơ

cường độ điện trường tại mọi điểm bằng nhau cả về

phương, chiều và độ lớn

* Đặc điểm: Các đường sức của điện trường đều là những

đường thẳng song song cách đều

4 Véctơ cường độ điện trường do 1 điện tích điểm Q gây ra tại M cách Q một đoạn r:

r

- Điểm đặt: Tại M

- Phương: đường nối M và Q

- Chiều: Hướng ra xa Q nếu Q > 0

Hướng vào Q nếu Q <0

- Biểu diễn:

5 Nguyên lý chồng chất điện trường: Giả sử có các điện tích q1, q2,… ,qn gây ra tại M các véctơ cường

độ điện trường thì véctơ cường độ điện trường tổng hợp do các điện tích trên gây ra tại M tuân theo nguyên lý chồng chất điện trường:

II

BÀI TẬP VẬN DỤNG

LOẠI 1: CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG, NGUYÊN LÝ CHỒNG CHẤT ĐIỆN TRƯỜNG Bài 1 : Một điện tích điểm q = đặt trong không khí

a Xác định véctơ cường độ điện trường tại điểm M cách q đoạn 30cm

b Đặt q trong chất lỏng có hằng số điện môi ε = 16 Điểm có cường độ điện trường như câu a cách điện tích bao nhiêu

Bài 2: Cho hai điểm A và B cùng nằm trên một đường sức của điện trường do một điện tích điểm q > 0

gây ra Biết độ lớn của cường độ điện trường tại A là 36 V/m, tại B là 9 V/m

a Xác định cường độ điện trường tại trung điểm M của AB

b Nếu đặt tại M một điện tích điểm thì độ lớn lực điện tác dụng lên q0 là bao nhiêu? Vẽ hình minh hoạ

Bài 3: Một điện tích điểm q1 = 8.10-8C đặt tại điểm O trong chân không

M M

a Xác định cường độ điện trường tại điểm M cách O một đoạn 30cm.

b Nếu đặt điện tích q2 q1 tại M thì nó chịu lực tác dụng như thế nào?

Bài 4 : Một điện tích điểm Q = 10− 6C đặt trong không khí

a Xác định cường độ điện trường tại điểm M cách điện tích r = 30cm

b Điểm N có cường độ điện trường EN = 2EM cách điện tích Q khoảng r’ bằng bao nhiêu ?

c Đặt điện tích Q trong chất lỏng có hằng số điện môi ε = 16 Điểm có cường độ điện trường như câu a cách điện tích bao nhiêu ?

Bài 5 : Hai điện tích q1 = 8.10− 8 (C) và q2 = − 8.10− 8 (C) đặt trong không khí (ε=1) tại hai điểm A và B cách nhau 10 cm Hãy xác định cường độ điên trường tại C trong các trường hợp sau:

a CA = CB = 5 cm c CA = 6 cm, CB = 8 cm

b CA = 2 cm, CB = 12 cm d

Bài 6 : Hai điện tích q1 = 4q và q2 = −q đặt tại hai điểm A và B cách nhau một khoảng a Xác định điểm M

để cường độ điện trường tổng hợp tại đó bằng 0?

Bài 7 : Cho hai điện tích q1 và q2 đặt tại A và B trong không khí (AB = 100cm) Tìm điểm C tại đó cường

độ điện trường tổng hợp bằng không trong mỗi trường hợp sau:

a 36 10 ; 4 10 6 .

2

6

q = − = − b 36 10 ; 4 10 6 .

2

6

Bài 8: Cho hai điện tích điểm cùng dấu có độ lớn q1=4q2 đặt tại a,b cách nhau 12cm Điểm có vectơ cường độ điện trường do q1 và q2 gây ra bằng nhau ở vị trí nào?

( Đs: r1= 24cm, r2= 12cm)

Bài 9: Cho hai điện tích trái dấu ,có độ lớn điện tích bằng nhau, đặt tại A,B cách nhau 12cm Điểm có

vectơ cường độ điện trường do q1 và q2 gây ra bằng nhau ở vị trí nào?

( Đs: r1= r2= 6cm)

B

à i 10: Tại ba đỉnh A,B,C của hình vuông ABCD cạnh a = 6 cm trong chân không, đặt ba điện

tích điểm và Xác định điện tích đặt tại D để cường độ điện trường tổng hợp gây bởi hệ điện tích tại tâm O của hìnhvuông bằng 0

à i 11 : Tại hai đỉnh A,B của tam giác đều ABC cạnh a đặt hai điện tích điểm

trong không khí Hỏi phải đặt điện tích có giá trị bao nhiêu tại C để cường độ điện trường gây

bởi hệ 3 điện tích tại trọng tâm G của tam giác bằng

Bài 12: Ba điểm A,B,C trong không khí tạo thành tam giác vuông tại A, Các điện tích được đặt ở A và B Biết , véctơ cường độ điện trường tổng

hợp tại C có phương song song với AB Xác định và cường độ điện trường tổng hợp ở C

Bài 13: Tại ba đỉnh của một tam giác vuông tại A (cạnh ) người ta đặt lần lượt các điện tích Gọi H là chân đường cao kẻ từ đỉnh A trong tam giác ABC Xác định cường độ điện trường tại H?

LOẠI 2: LỰC ĐIỆN TRƯỜNG

Bài 1: Một hạt bụi tích điện âm và có khối lượng g nằm cân bằng trong điện trường đều;

có phương thẳng đứng hướng xuống và có cường độ Cho g=

a Tính điện tích hạt bụi (Đ/S: )

b Hạt bụi tích thêm một lượng điện tích bằng với điện tích của electron Muốn hạt bụi vẫn nằm cân bằng thì cường độ điện trường phải bằng bao nhiêu? Lấy kg (Đ/S: )

Bài 2: Treo một quả cầu nhỏ khối lượng g bằng một sợi dây mảnh trong điện trường đều có cường độ

, quả cầu tích điện Tính lực căng của dây treo trong hai trường hợp:

a có phương thẳng đứng b có phương nằm ngang

Bài 3: Quả cầu nhỏ khối lượng g mang điện tích được treo bởi một sợi dây và được đặt vào trong một điện trường đều có phương nằm ngang, Tính góc lệch của dây treo so

với phương thẳng đứng tại VTCB của quả cầu Lấy g m (Đ/S: )

Bài 4: Một quả cầu khối lượng g treo trên một sợi dây mảnh, cách điện Quả cầu được đặt vào trong

một điện trường đều có phương nằm ngang, Khi ở VTCB dây treo hợp với phương

thẳng đứng góc Tính lực căng dây treo và điện tích của quả cầu Lấy g (Đ/S:

)

BÀI TẬP CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN – ĐIỆN THẾ, HIỆU ĐIỆN THẾ.

I TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1 Khi điện tích q dịch chuyển từ M đến N trong điện trường đều thì công của lực điện tính theo biểu

thức:

Trong đó: d là độ dài đại số hình chiếu của đường đi trên phương của

- Nếu => d

- Nếu =>

2 Công A chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối của đường đi trong điện trường mà không phụ

thuộc vào hình dạng đường đi Tính chất này cũng đúng cho điện trường bất kì (không đều)

3 Thế năng của điện tích q tại một điểm M trong điện trường tỉ lệ với độ lớn của điện tích q:

WM = AM ∞= q.VM

AM ∞là công của điện trường trong sự dịch chuyển của điện tích q từ điểm M đến vô cực

4 Điện thế tại điểm M trong điện trường là đại lượng đặc trưng cho khả năng của điện trường về phương

diện tạo ra thế năng của điện tích q đặt tại M:

5 Hiệu điện thế UMN giữa hai điểm M và N là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công của điện

trường trong sự di chuyển của điện tích q từ M đến N:

6 Đơn vị đo điện thế, hiệu điện thế là Vôn (V)

7 Liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế:

II PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP:

- Công của lực điện hay công của điện trường Công này có thể có giá trị dương hoặc âm

- Có thể AD định lý động năng cho chuyển động của điện tích Nếu ngoài lực điện còn có các lực khác tác dụng lên điện tích thì công tổng cộng của tất cả các lực tác dụng lên điện tích bằng độ biến thiên động năng

- Nếu vật mang điện chuyển động đều thì công tổng cộng bằng không Công của lực điện và công của các lực khác sẽ có độ lớn bằng nhau nhưng trái dấu

- Nếu chỉ có lực điện tác dụng lên điện tích:

- Trong công thức A= q.E.d chỉ áp dụng được cho trường hợp điện tích di chuyển trong điện trường đều

- Công của lực điện tác dụng lên một điện tích không phụ thuộc vào hình dạng đường đi của điện tích mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu và điểm cuối của đường đi trong điện trường Do đó, với một đường cong kín thì điểm đầu và điểm cuối trùng nhau thì công của lực điện trong trường hợp này bằng không

- Công của lực điện: A = qEd = q.U

- Hệ thức liên hệ giữa cường độ điện trường hiệu điện thế trong điện trường đều:

d

U

E =

II BÀI TẬP VẬN DỤNG

Bài 1: Ba điểm A, B, C tạo thành một tam giác vuông tại C và nằm trong một điện trường đều Biết AC =

4 cm, BC = 3 cm Vectơ cường độ điện trường song song với AC, hướng từ A đến C và có độ lớn

E = 5000V/m Tính:

a UAC, UCB, UAB

b Công của điện trường khi một electron (e) di chuyển từ A đến B ?

E  2

E 

ĐS: 200V, 0V, 200V 3,2 10-17 J

Bài 2: Tam giác ABC vuông tại A được đặt trong điện trường đều , α = ABC = 600,

BA // Biết BC = 6 cm, UBC= 120V

a Tìm UAC, UBA và cường độ điện trường E?

b Đặt thêm ở C điện tích điểm q = 9 10-10 C Tìmcường độ điện trường

tổng hợp tại A

ĐS: UAC = 0V, UBA = 120V, E = 4000 V/m = 5000 V/m

Bài 3: Một điện tích điểm 4 C di chuyển dọc theo các cạnh của tam giác MNP (vuông tại P) trong điện trường đều , có cường độ 200 V/m Cạnh MN = 10 cm, NP = 8 cm , Tính công của lực điện khi điện tích dịch chuyển

a Từ M đến N b Từ N đến P

c Từ P đến M d Theo đường kín MNPM

ĐS: AMN= -8 10-7 J ANP= 5,12 10-7 J APM = 2,88 10-7J AMNPM = 0 J

Bài 4: Một điện trường đều có cường độ E = 2500 V/m Hai điểm A , B cách nhau 10 cm khi tính dọc

theo đường sức Tính công của lực điện trường thực hiện một điện tích q khi nó di chuyển từ A đến B ngược chiều đường sức Giải bài toán khi:

a 10-6C b q = 10-6C

ĐS: 25 105 J; 25 105 J

Bài 5: Cho 3 bản kim loại phẳng A, B, C có tích điện và đặt song song như hình.

Cho d1 = 5 cm, d2= 8 cm Coi điện trường giữa các bản là đều và có chiều

như hình vẽ Cường độ điện trường tương ứng là E1 =4.104V/m , E2 = 5 104V/m

Tính điện thế của bản B và bản C nếu lấy gốc điện thế là điện thế bản A d1 d2

E  2

E 

ĐS: VB = 2000 V; VC = 2000 V

Bài 6: Ba điểm A, B, C nằm trong điện trường đều sao cho

Cho AB ⊥AC và AB = 6 cm AC = 8 cm

a Tính cường độ điện trường E, UAB và UBC. Biết UCD = 100V (D là trung điểm của AC)

b Tính công của lực điện trường khi electron di chuyển từ B đến C, từ B đến D

ĐS: 2500 V/m, UAB= 0 V, UBC = 200 V, ABC= 3,2 10-17 J ABD= 1,6 10-17J

Bài 7: Điện tích q = 10-8 C di chuyển dọc theo cạnh của

một tam giác đều ABC cạnh a = 10 cm trong điện trường đều có

cường độ là 300 V/m // BC Tính công của lực điện trường khi

điện tích q dịch chuyển trên mỗi cạnh của tam giác

ĐS: AAB 1,5 10-7 J, ABC 3 10-7 J; ACA 1,5 10-7 J

Bài 8: Điện tích q = 10-8 C di chuyển dọc theo cạnh của một tam giác đều MBC, mỗi

cạnh 20 cm đặt trong điện trường đều có hướng song song với BC và có cường độ là

3000 V/m Tính công thực hiện để dịch chuyển điện tích q theo các cạnh MB, BC và CM

của tam giác

ĐS: AMB = 3µJ, ABC = 6 µJ, AMB = 3 µJ

Bài 9: Giữa hai điểm B và C cách nhau một đoạn 0,2 m có một điện trường đều với đường sức hướng từ

B đến C Hiệu điện thế UBC = 12V Tìm:

a Cường độ điện trường giữa B và C

b Công của lực điện khi một điện tích q = 2.10-6 C đi từ B đến C

ĐS: 60 V/m, 24 µJ

Bài 10: Cho 3 bản kim loại phẳng tích điện A, B, C đặt song song như hình.

Điện trường giữa các bản là điện trường đều và có chiều như hình vẽ Hai bản

A và B cách nhau một đoạn d1 = 5 cm, Hai bản B và C cách nhau một đoạn

E 

d2 = 8 cm Cường độ điện trường tương ứng là E1 =400 V/m , E2 = 600 V/m

Chọn gốc điện thế tại bản A Tính điện thế của bản B và của bản C d1 d2 ĐS: VB = 20V; VC = 28 V

Bài 11: Một electron di chuyển được môt đoạn 2 cm, dọc theo một đường sức điện, dưới tác dụng của

một lực điện trong một điện trường đều có cường độ 1000 V/m Hãy xác định công của lực điện ?

ĐS: 1,6 10-18 J

Bài 12: Khi bay từ điểm M đến điểm N trong điện trường đều electron tăng tốc, động năng tăng thêm

250 eV Tìm UMN?

ĐS: 250 V

Bài 13: Giữa hai bản tụ điện cách nhau người ta đặt một hiệu điện thế

a Tính cường độ điện trường giữa hai bản tụ

b Một electron dưới tác dụng của lực điện trường đi từ bản âm sang bản dương của tụ điện Tính công của lực điện, vận tốc của electron khi đến bản dương Cho vận tốc của electron ở bản âm là

c Một electron từ bản dương chuyển động với vận tốc Tính quãng đường mà electron đi được cho tới khi đổi chiều chuyển động

Giải:

a Cường độ điện trường giữa hai bản tụ:

(V/m)

b Công của lực điện khi electron di chuyển từ bản dương sang bản âm của tụ điện:

(J)

Áp dụng định lý động năng:

(Bỏ qua tác dụng của )

=>

c Áp dụng định lý động năng:

Khi electron dừng lại:

=>

Bài 14: Một electron có vận tốc ban đầu vo = 3.106 m/s chuyển động dọc theo chiều đường sức của một điện trường có cường độ điện trường E = 1250 V/m Bỏ qua tác dụng của trọng trường, electron chuyển động như thế nào?

ĐS: a = 2,2.1014 m/s2; S= 2 cm

Bài 15: Một electron chuyển động với vận tốc ban đầu 104 m/s dọc theo đường sức của một điện trường đều được một quãng đường 10 cm thì dừng lại

a Xác định cường độ điện trường

b Tính gia tốc của electron

ĐS: E=284.10-5 V/m ; a=5.107m/s2

BÀI TẬP TỤ ĐIỆN – GHÉP CÁC TỤ ĐIỆN

I TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1.Tụ điện

-Định nghĩa : Hệ 2 vật dẫn đặt gần nhau, mỗi vật là 1 bản tụ Khoảng không gian giữa 2 bản là chân

không hay điện môi Tụ điện dùng để tích và phóng điện trong mạch điện

-Tụ điện phẳng có 2 bản tụ là 2 tấm kim loại phẳng có kích thước lớn ,đặt đối diện nhau, song song với

nhau

2 Điện dung của tụ điện

- Là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ

Q C U

= (Đơn vị là F, mF….)

- Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng:

d

S C

4 10 9

.

9 π

ε

= Với S là phần diện tích đối diện giữa 2 bản.

Ghi chú : Với mỗi một tụ điện có 1 hiệu điện thế giới hạn nhất định, nếu khi sử dụng mà đặt vào 2 bản tụ

hđt lớn hơn hđt giới hạn thì điện môi giữa 2 bản bị đánh thủng

3 Ghép tụ điện

Cách mắc : Bản thứ hai của tụ 1 nối với bản thứ nhất của

tụ 2, cứ thế tiếp tục

Bản thứ nhất của tụ 1 nối với bản thứ nhất của tụ 2, 3, 4 …

Điện tích QB = Q1 = Q2 = … = Qn QB = Q1 + Q2 + … + Qn

Hiệu điện thế UB = U1 + U2 + … + Un UB = U1 = U2 = … = Un

Điện dung

n 2

1

1

C

1 C

1 C

Ghi chú CB < C1, C2 … Cn CB > C1, C2, C3

4 Năng lượng của tụ điện

C1 C2

C4

C3 N M

C2

C1

C3

- Khi tụ điện được tích điện thì giữa hai bản tụ có điện trường và trong tụ điện sẽ dự trữ một năng lượng Gọi là năng lượng điện trường trong tụ điện

- Công thức:

2 2

QU C U Q W

C

II – BÀI TẬP VẬN DỤNG

Bài 1 : Trên vỏ của một tụ điện có ghi 20 μF- 200 V Người ta nối hai bản tụ và hiệu điện thế 120V

a Tính điện tích và năng lượng của tụ điện khi mắc vào hiệu điện thế trên

b Tính điện tích tối đa mà tụ có thể tích được

Bài 2 : Bộ tụ điện gồm hai tụ điện C1= 20μF , C2= 30μF mắc với nhau và được mắc vào hai cực của nguồn điện có U= 60V Tính điện tích và hiệu điện thế mỗi tụ trong hai

trường hợp

a Hai tụ mắc nối tiếp

b Hai tụ mắc song song

Bài 3 : Có ba tụ điện C1= 2μF, C2=C3=1μF mắc như hình vẽ :

a Tính điện dung của bộ tụ

b Mắc hai đầu A, B vào hiệu điện thế 4V Tính điện tích của các tụ ?

Bài 4 : Cho bộ tụ điện như hình vẽ C1 =C2 = C3 = 4μF ; C4= 2μF ; UAB = 4V

a Tính điện dung của bộ tụ

b Tính điện tích và hiệu điện thế mỗi tụ

Bài 5 : Cho bộ tụ như hình vẽ trong đó C1 =2 μF ; C2 =3 μF; C3 =

6μF ; C4= 12μF ; UAB = 800V

a Tính điện dung của bộ tụ

b Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N

Bài 6: Một tụ điện phẳng có điện môi không khí; khoảng cách giữa 2 bản là d = 0,5 cm; diện tích một bản

là 36 cm2 Mắc tụ vào nguồn điện có hiệu điện thế U=100 V

1 Tính điện dung của tụ điện và điện tích tích trên tụ

A

C3

C4

B

C1 C2