Tài liệu học tập Vật lý lớp 11 (Cả năm)

Cường độ điện trường của một điện tích điểm Q • Hai điện tích điểm q, Q đặt cách nhau một khoảng r trong chân không thì lực Cu-lông tác dụng lên điện tích q có dạng : F = k qQ r2 • Kết

CHƯƠNG I : ĐIỆN TÍCH – ĐIỆN TRƯỜNG BÀI 1 ĐIỆN TÍCH ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG

A – LÝ THUYẾT CƠ BẢN

1 Sự nhiễm điện của các vật Điện tích Tương tác điện

1.1 Sự nhiễm điện của các vật

Khi cọ xát những vật như thủy tinh, nhựa, vào lụa, dạ,… thì những vật đó hút được các vật nhẹ như

mẩu giấy, sợi bông … Ta nói những vật đó đã bị nhiễm điện hay tích điện hay mang điện tích

1.2 Điện tích Điện tích điểm

• Vật bị nhiễm điện được gọi là điện tích Điện tích kí hiệu q hay Q Đơn vị là Cu lông (C)

• Điện tích điểm là một vật tích điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách tới điểm mà ta xét

1.3 Tương tác điện Hai loại điện tích

• Có hai loại điện tích: điện tích dương (q > 0) và điện tích âm (q < 0)

• Sự đẩy hay hút nhau giữa các loại điện tích đó gọi là sự tương tác điện

+) Các điện tích cùng loại (cùng dấu) thì đẩy nhau (q1.q2 > 0)

+) Các điện tích khác loại (trái dấu) thì hút nhau (q1.q2 < 0)

2 Định luật Cu-lông Hằng số điện môi

2.1 Định luật Cu-lông

Lực hút hay đẩy giữa hai điện tích điểm đặt trong chân không có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm đó, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng

F = k |q1q2|

r2

+) Trong hệ SI, hệ số tỉ lệ k có giá trị là : k = 9.109 N.m2

C2

+) r : khoảng cách giữa hai điện tích Đơn vị : m

2.2 Lực tương tác giữa các điện tích điểm đặt trong môi trường điện môi đồng tính Hằng số điện môi

• Điện môi là môi trường cách điện

• Thực nghiệm cho biết: Lực tương tác giữa các điện tích điểm đặt trong môi trường điện môi đồng tính

giảm ε lần so với đặt trong chân không

F = k |q1q2|

𝛆r 2

• Đối với chân không thì ε = 1; còn đối với không khí thì ε ≈ 1

• Hằng số điện môi là một đại lượng đặc trưng cho tính chất điện của một chất cách điện Nó cho biết, khi đặt các điện tích trong chất đó thì lực tương tác giữa chúng giảm đi bao nhiêu lần so với khi đặt chúng trong chân không

B – CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG

1.1 Tương tác giữa hai điện tích điểm

Lực tương tác giữa hai điện tích điểm (còn gọi là lực điện) được xác định theo biểu thức của Định luật Cu-lông Lực này có các đặc điểm sau :

• Điểm đặt : đặt trên mỗi điện tích điểm

• Phương : nằm trên đường thẳng nối hai điện tích điểm

• Chiều :

+) Hướng ra xa nhau (đẩy nhau) nếu hai điện tích cùng dấu : q1.q2 > 0

+) Hướng vào nhau (hút nhau) nếu hai điện tích trái dấu : q1.q2 < 0

b) Đặt trong dầu hỏa có hằng số điện môi 2,25

Ví dụ 2 Cho hai quả cầu nhỏ tích điện q1 = 9 µC và q2 = 4 µC đặt cách nhau 10 cm trong không khí a) Tính lực tương tác giữa hai điện tích

b) Khi đặt hai quả cầu trong điện môi có ε = 4 thì khoảng cách giữa hai quả cầu phải bằng bao nhiêu để lực tương tác không đổi

Ví dụ 3 Hai vật nhỏ mang điện tích đặt trong không khí cách nhau một khoảng 1m, chúng đẩy nhau bằng

một lực F = 1,8 N Điện tích tổng cộng của hai vật là Q = 3.10−5 C Tính điện tích mỗi vật

Ví dụ 4 Hai vật nhỏ mang điện tích đặt trong không khí cách nhau 20 cm, chúng hút nhau bằng một lực có

độ lớn là 4,5.10−5

N Điện tích tổng cộng của hai vật là Q = 10−8 C Tính điện tích mỗi vật

1.2 Lực tổng hợp tác dụng lên một điện tích

Trường hợp 1 : Điện tích điểm q chịu tác dụng của hai lực

Giả sử q chịu tác dụng của hai lực F1 và F2 Gọi F⃗ là hợp lực tác dụng vào q Ta có :

F

⃗ = F⃗ 1 + F2 (1.1) Cho biết hai lực thành phần F1 và F2 hợp với nhau một góc α như hình

vẽ Áp dụng định lí hàm số cosin ta được :

F2 = F12+ F22+ 2F1F2cosα (1.2) Biểu thức (2) là biểu thức tổng quát áp dụng cho trường hợp góc α bất kì Từ đây, ta có một số trường hợp đặc biệt sau :

• Nếu F⃗ 1 cùng phương, cùng chiều F2 (F1 ↑↑ F2) : α = 0 Ta có :

Ví dụ 8 Người ta đặt ba điện tích q1 = 8.10−9 C, q2 = q3 = −8.10−9 C tại ba đỉnh của một tam giác đều ABC

có cạnh a = 6 cm trong không khí Xác định lực tác dụng lên điện tích q0 = 6.10−9 C đặt tại tâm O của tam giác

Ví dụ 9 Tại bốn đỉnh của một hình vuông trong chân không, có cạnh a = 30 cm, người ta đặt theo thứ tự

bốn điện tích q1, q2, q3, q4 Với q1 = −q2 = q3 = −q4 = q = 10−6 C Tính lực tác dụng lên điện tích q2

1.3 Sự cân bằng của một điện tích

Khi một điện tích cân bằng thì tổng các vectơ lực tác dụng lên nó sẽ bằng không Nghĩa là :

F1 + F2 + … + Fn = 0⃗

Ta xét các trường hợp sau :

• Trường hợp 1 : Điện tích điểm chịu tác dụng của hai lực

Giả sử điện tích điểm q0 chịu tác dụng lực điện F1, F2 do hai điện tích q1 và q2 gây ra Để q0 nằm cân bằng thì ta có :

vào dấu và độ lớn của q1 và q2

+) Từ (1.5), ta xác định được vị trí của q0 như sau :

F1 = F2 ↔ k |q0q1|

r12 = k |q0q2|

r22

Ví dụ : điện tích q1 > 0, q2 < 0 và q0 > 0 Từ hình vẽ ta thấy, điện tích q0 phải nằm bên ngoài q1, q2 Và

q0 nằm gần q2 hơn, điều này có nghĩa là điện tích q1 có độ lớn lớn hơn điện tích q2

• Trường hợp 2 : Điện tích điểm chịu tác dụng của ba lực

Giả sử điện tích điểm q0 chịu tác dụng lực điện F1, F2, F3 do hai điện tích q1, q2 và q3 gây ra Để q0 nằm cân bằng thì ta có :

F1 + F2 + F3 = 0⃗ (1.6) Trong trường hợp này ba lực F⃗ 1, F2, F3 phải cùng nằm trên một mặt phẳng, và hợp lực của hai lực phải cân bằng với lực thứ ba Từ đây, ta tìm hợp lực của hai lực rồi đưa về trường hợp 1 để xét

VÍ DỤ ÁP DỤNG

Ví dụ 10 Cho hai điện tích q1 = 10−6 C và q2 = 4.10−6 C đặt cố định trong không khí cách nhau một khoảng

là a = 30 cm Người ta đặt thêm một điên tích q0, hỏi ta phải chọn điện tích q0 như thế nào (dấu và

độ lớn) và đặt ở đâu để q0 nằm cân bằng

Ví dụ 11 Hai điên tích q1 = − 2.10−8 C, q2 = 1,8.10−8 C đặt tại hai điểm A, B trong không khí, AB = 8 cm Một điện tích q3 đặt tại C

a) Xác định vị trí của C để điện tích q3 nằm cân bằng

b) Xác định dấu và độ lớn của điện tích q3 để hai điện tích q1, q2 cũng cân bằng

Ví dụ 12 Có hai điện tích điểm q1 = q và q2 = 4q đặt cách nhau một khoảng r trong không khí Cần đặt thêm điện tích thứ ba q0 ở đâu, có dấu và độ lớn thế nào để hệ nằm cân bằng Xét hai trường hợp : a) Hai điện tích q1 và q2 được giữa cố định

b) Hai điện tích q1 và q2 để tự do

Ví dụ 13 Tại ba đỉnh của tam giác đều, người ta đặt ba điện tích giống nhau q1 = q2 = q3 = q = 6.10−7 C Hỏi phải đặt điện tích thứ tư q0 ở đâu, có giá trị bao nhiêu để hệ trên đứng yên cân bằng

Ví dụ 14 Hai quả cầu kim loại nhỏ giống nhau, mỗi quả có điện tích q và khối lượng m = 10 g, treo bởi

hai dây cùng chiều dài l = 30 cm vào cùng một điểm Giữ quả cầu (I) cố định theo phương thẳng

đứng, dây treo quả cầu (II) sẽ lệch góc 600 so với phương thẳng đứng Cho g = 10 m/s2 Tính giá trị của điện tích q

-

BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM : ĐIỆN TÍCH – ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG

Câu 1 Hai điện tích điểm q1 và q2 đặt gần nhau chúng đẩy nhau Kết luận nào sau đây luôn đúng ?

A q1 > 0 và q2 < 0 B q1 < 0 và q2 > 0 C q1.q2 < 0 D q1.q2 > 0

Câu 2 Bốn vật kích thước nhỏ A, B, C, D nhiễm điện Vật A hút vật B, vật B đẩy vật C, vật C hút vật D Biết A nhiễm điện dương Chọn đáp án đúng về sự nhiễm điện của các vật này

A B âm, C âm, D dương B B âm, C dương, D dương

C B âm, C dương, D âm D B dương, C âm, D dương

Câu 3 Một điện tích âm

A chỉ tương tác với điện tích dương đặt gần nó

B chỉ tương tác với điện tích âm đặt gần nó

C có thể tương tác với cả điện tích dương và điện tích âm khác đặt gần nó

D không thể tương tác với điện tích dương và điện tích âm khác đặt gần nó

Câu 4 Độ lớn của lực tương tác giữa hai điện tích điểm trong không khí

A tỉ lệ với bình phương khoảng cách giữa hai điện tích

B tỉ lệ với khoảng cách giữa hai điện tích

C tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa hai điện tích

D tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa hai điện tích

Câu 5 Nhiễm điện cho một thanh nhựa rồi đưa nó lại gần hai vật M và N, ta thấy thanh nhựa hút cả hai

vật M và N Tình huống nào sau đây chắc chắn không xảy ra ?

A M và N nhiễm điện cùng dấu B M và N đều không nhiễm điện

C M nhiễm điện, còn N không nhiễm điện D M và N nhiễm điện trái dấu

Câu 6 Trong trường hợp nào sau đây, ta có thể coi các vật nhiễm điện là các điện tích điểm ?

A Hai thanh nhựa đặt gần nhau B Một thanh nhựa và một quả cầu đặt gần nhau

C Hai quả cầu nhỏ đặt xa nhau D Hai quả cầu lớn đặt gần nhau

Câu 7 Hai điện tích điểm nằm yên trong chân không tương tác với nhau một lực F Ta giảm độ lớn mỗi điện tích đi một nửa, và khoảng cách giữa chúng cũng giảm một nửa thì lực tương tác giữa chúng sẽ

A không đổi B tăng gấp đôi C giảm một nửa D giảm bốn lần

Câu 8 Hai điện tích điểm q1 = 10−9 C và q2 = −2.10−9 C hút nhau bằng lực có độ lớn 10−5 N khi đặt trong không khí Khoảng cách giữa chúng là

Câu 9 Hai điện tích ban đầu hút nhau bằng một lực 2.10−6 N Khi dời chúng xa nhau thêm 2 cm thì lực hút

là 5.10−7 N Khoảng cách ban đầu giữa hai điện tích là

Câu 14 Hai điện tích điểm bằng nhau về độ lớn +Q nằm cách nhau một khoảng r, độ lớn lực tương tác giữa chúng bằng F Nếu một trong hai điện tích được thay thế bằng điện tích –2Q, thì độ lớn lực tương tác bằng

Câu 17 Tại ba đỉnh A, B, C của một tam giác đều cạnh a = 0,15 m có ba điện tích qA = 2 C; qB = 8 C;

qc = −8 C Véc tơ lực tác dụng lên qA có độ lớn và hướng là

A F = 6,4 N và hướng song song với BC B F = 5,9 N và hướng song song với BC

C F = 8,4 N và hướng vuông góc với BC D F = 6,4 N và hướng song song với AB

Câu 18 Ba điện tích điểm bằng nhau q1 = q2 = q3 = 4.10–8 C đặt tại ba đỉnh của hình vuông cạnh a = 2 cm

Độ lớn của lực điện tác dụng lên điện tích q = 10 –8 C đặt tại tâm O của hình vuông bằng

A 36.10−3 N B 18.10−3 N C 9.10−3 N D 54.10−3 N

Câu 19 Trong mặt phẳng tọa độ xOy có ba điện tích điểm q1 = +2 μC đặt tại gốc O, q2 = −2 μC đặt tại M trên trục Ox cách O đoạn OM = +5 cm, q3 = −4μC đặt tại N trên trục Oy cách O đoạn ON = +6 cm Lực điện tác dụng lên q1 là

Câu 20 Người ta đặt ba điện tích điểm q1 = +8.10−9 C, q2 = q3 = −8.10−9 C tại ba đỉnh của một tam giác đều ABC cạnh a = = 6 cm trong không khí Lực tác dụng lên điện tích q0 = +6.10−9C đặt tại tâm O của tam giác là

A 72.10−5 N B 36.10−5 N C 72.10−6 N D 36.10−6 N

Câu 21 Hai điện tích điểm dương cùng độ lớn được đặt tại hai điểm cố định A và B Đặt một điện tích điểm Q0 tại trung điểm của AB thì ta thấy Q0 đứng yên Có thể kết luận

A Q0 là điện tích âm B không thể xảy ra trường hợp này

C Q0 là điện tích dương D Q0 là điện tích có thể có dấu bất kì

Câu 22 Ba điện tích bằng nhau và bằng q > 0, đặt tại ba đỉnh của một tam giác đều ABC cạnh a Hỏi phải đặt điện tích thứ tư q0 tại đâu, có giá trị bao nhiêu để hệ thống đứng yên cân bằng

A q0 = + q

√2 , ở trọng tâm của tam giác B q0 = −

q

√3 , ở trọng tâm của tam giác

C q0 = q√2, ở trọng tâm của tam giác D q0 = −q√3, ở trọng tâm của tam giác

Câu 23 Tại bốn đỉnh của một hình vuông đặt bốn điện tích điểm giống nhau q = +1 μC và tại tâm hình vuông đặt điện tích q0, hệ năm điện tích đó cân bằng Tìm dấu và độ lớn điện tích điểm q0 ?

A q0 = + 0,96 μC B q0 = − 0,76 μC C q0 = + 0,36 μC D q0 = − 0,96 μC

Câu 24 Hai quả cầu nhỏ giống nhau, cùng khối lượng là m = 0,2 kg, được treo tại cùng một điểm bằng

hai sợi tơ mảnh dài l = 0,5 m Khi mỗi quả cầu được tích điện q như nhau, chúng tách nhau ra một

khoảng a = 5 cm Lấy g = 10 m/s2 Độ lớn của q là

2 Vận dụng

2.1 Vật (chất) dẫn điện và vật (chất) cách điện

• Vật (chất) dẫn điện là vật (chất) có chứa các điện tích tự do Ví dụ: kim loại, các dung dịch axit, bazo

và muối

• Vật (chất) cách điện là vật (chất) không chứa các điện tích tự do Ví dụ: thuỷ tinh, sứ …

2.2 Sự nhiễm điện do tiếp xúc

• Do sự di chuyển của electron từ vật này sang vật khác

• Đưa vật chưa nhiễm điện tiếp xúc với vật nhiễm điện thì nó sẽ nhiễm điện cùng dấu với vật đó Đó là

sự nhiễm điện do tiếp xúc

2.3 Sự nhiễm điện do hưởng ứng

• Do sự phân bố lại của các electron ở trong vật nhiễm điện

• Đưa quả cầu A nhiễm điện dương lại gần đầu M thanh kim loại MN trung hoà về điện thì đầu M nhiễm điện âm, đầu N nhiễm điện dương Sự nhiễm điện của thanh kim loại thanh MN là sự nhiễm điện do hưởng ứng

3 Định luật bảo toàn điện tích

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

Hệ cô lập về điện là hệ vật không trao đổi điện tích với các vật ngoài hệ

DẠNG BÀI TẬP : Áp dụng định luật bảo toàn điện tích

• Điện tích của một vật bị nhiễm điện :

Một vật bị nhiễm điện là do sự thừa hay thiếu electron so với một vật trung hòa về điện, nên điện tích của một vật bị nhiễm điện là :

q = n|e| = n 1,6 10−19 |q > 0 thì n là số elctron thiếu

Ví dụ 3 Một thanh kim loại mang điện tích là −2,5.10−6 C Sau đó nó lại được nhiễm điện để có điện tích

là 5,5 µC Hỏi khi đó electron được di chuyển đện thanh kim loại hay từ thanh kim loại di chuyển đi

và số elctron di chuyển là bao nhiêu ? Cho biết điện tích của electron là −1,6.10−19 C

Ví dụ 4 Bốn quả cầu kim loại kích thước bằng nhau, mang điện tích: +2,3 µC ; −246.10−7 C ; −5,9 µC ; +3,6.10−5 C Cho bốn quả cầu đồng thời chạm vào nhau, sau đó lại tách chúng ra Hỏi điện tích mỗi quả cầu ?

Ví dụ 5 Có ba quả cầu kim loại, kích thước bằng nhau Quả cầu A mang điện tích +27 µC, quả cầu B mang

điện tích −3 µC, quả cầu C không mang điện Cho quả cầu A và B chạm nhau rồi lại tách chúng ra Sau đó cho quả cầu B và C chạm nhau Hỏi :

a) Điện tích trên mỗi quả cầu

b) Điện tích tổng cộng của cả ba quả cầu lúc đầu tiên và lúc cuối cùng

Ví dụ 6 Hai quả cầu kim loại nhỏ giống nhau, mang điện tích q1, q2 đặt trong không khí, cách nhau một đoạn 20 cm Chúng hút nhau bằng lực F = 3,6.10−4 N Cho hai quả cầu tiếp xúc nhau rồi lại đưa về khoảng cách cũ, chúng đẩy nhau bằng lực F’ = 2.025.10−4 N Tính giá trị của q1 và q2

Ví dụ 7 Cho hai quả cầu kim loại nhỏ, giống nhau, nhiễm điện và cách nhau 20 cm Lực hút của hai quả

cầu bằng 1,2 N Cho hai quả cầu tiếp xúc với nhau rồi lại tách chúng ra đến khoảng cách như cũ thì hai quả cầu đẩy nhau với lực đầy bằng lực hút Hỏi điện tích lúc đầu của mỗi quả cầu ?

BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM : THUYẾT ELECTRON ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH

Câu 1 Theo thuyết electron

A vật nhiễm điện dương là vật chỉ có các điện tích dương

B vật nhiễm điện âm là vật chỉ có các điện tích âm

C vật nhiễm điện dương là vật thiếu electron, nhiễm điện âm là vật thừa electron

D vật nhiễm điện dương hay âm là do số electron trong nguyên tử nhiều hay ít

Câu 2 Theo thuyết electron

A nguyên tử mất đi một số electron trở thành ion âm

B nguyên tử nhận thêm một số electron trở thành ion dương

C nguyên tử trung hòa về điện có tổng đại số tất cả các điện tích trong nguyên tử bằng không

D nguyên tử mất đi một số proton trở thành ion âm

Câu 3 Điều nào sau đây là đúng khi nói về sự nhiễm điện của hai vật khi cọ xát ?

A Khi cọ xát hai vật bất kì với nhau thì cả hai vật đều nhiễm điện, điện tích của chúng trái dấu

B Khi cọ xát hai vật khác loại với nhau thì cả hai đều nhiễm điện, điện tích của chúng trái dấu với nhau

C Khi cọ xát hai vật bất kì với nhau thì cả hai vật đều nhiểm điện, điện tích của chúng cùng dấu

D Khi cọ xát hai vật với nhau, nếu hai vật cùng loại thì chúng nhiểm điện trái dấu, nếu hai vật khác loại thì chúng nhiểm điện cùng dấu

Câu 4 Cho thanh kim loại trung hòa về điện tiếp xúc với quả cầu nhiễm điện sau đó tách ra, thì

A thanh kim loại và quả cầu trở thành các vật trung hòa về điện

B thanh kim loại vẫn trung hòa về điện và quả cầu vẫn mang điện tích cũ

C thanh kim loại mang điện tích của quả cầu còn quả cầu trung hòa về điện

D thanh kim loại và quả cầu nhiểm điện cùng dấu

Câu 5 Trong trường hợp nào dưới đây sẽ không xảy ra hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng ? Đặt một quả cầu mang điện ở gần đầu của một

A thanh kim loại không mang điện B thanh kim loại mang điện dương

C thanh kim loại mang điện âm D thanh nhựa mang điện âm

Câu 6 Cho A là một vật nhiễm điện dương, B là một vật nhiễm điện âm, C là một thanh kim loại Người

ta thấy C hút cả A lẫn B, C được nhiễm điện như thế nào ?

C C không nhiễm điện D Không thể xảy ra hiện tượng này.

Câu 7 Vật A trung hòa về điện đặt tiếp xúc với vật B đang nhiễm điện dương thì vật A nhiễm điện dương

là do

A ion dương di chuyển từ vật B sang vật A B ion âm di chuyển từ vật A sang vật B

C electron di chuyển từ vật A sang vật B D electron di chuyển từ vật B sang vật A

Câu 8 Có ba quả cầu kim loại nhỏ, quả cầu A nhiễm điện dương, quả cầu B và C không nhiễm điện Để

B và C nhiễm điện trái dấu, độ lớn bằng nhau thì

A Cho A tiếp xúc lần lượt với B và C

B Cho A tiếp xúc với B, rồi cho C tiếp xúc với B

C Cho A gần C để nhiễm điện hưởng ứng, rồi cho C tiếp xúc với B

D Nối C với B bằng dây dẫn rồi đặt B gần A để nhiễm điện hưởng ứng, sau đó cắt dây nối

Câu 9 Hai quả cầu kim loại nhỏ kích thước bằng nhau, mang điện tích lần lượt là q1 và q2, cho chúng tiếp xúc nhau rồi tách ra thì mỗi quả cầu mang điện tích

C có thể hút nhau hoặc đẩy nhau D không tương tác nhau

Câu 12 Hai quả cầu kim loại A và B tích điện tích lần lượt là q1 và q2, trong đó q1 là điện tích dương, q2

là điện tích âm với q1 > |q2| Cho 2 quả cầu tiếp xúc nhau, sau đó tách chúng ra và đưa quả cầu B lại gần quả cầu C tích điện âm thì chúng

C không tương tác với nhau D có thể hút nhau hoặc đẩy nhau

Câu 13 Thanh kim loại nhiễm điện do hưởng ứng thì số electron trong thanh kim loại sẽ

C không đổi D có thể tăng và có thể giảm

Câu 14 Hai quả cầu kim loại nhỏ giống nhau, tích điện lần lượt là Q1 và Q2, ở khoảng cách R chúng đẩy nhau một lực F0 Khi cho chúng tiếp xúc, tách ra đặt lại ở khoảng cách R chúng sẽ

A hút nhau với F > F0 B hút nhau với F < F0

C đẩy nhau với F > F0 D đẩy nhau với F < F0

Câu 15 Một vật có điện tích −3,2 µC Vậy nó thừa hay thiếu bao nhiêu electron ?

A Thiếu 0,5.10−13 electron B Thừa 5.10−14 electron

C Thiếu 2.1013 electron C Thừa 2.1013 electron

Câu 16 Một vật có điện tích +3,2 µC Vậy nó thừa hay thiếu bao nhiêu electron ?

A Thiếu 0,5.10−13 electron B Thừa 5.10−14 electron

C Thiếu 2.1013 electron C Thừa 2.1013 electron

Câu 17 Một thanh kim loại mang điện tích −1,6.10−6

C Người ta lại làm cho nó nhiễm điện và có điện tích + 3,2 µC Hỏi khi đó các electron được di chuyển đến thanh kim loại hay từ thanh kim loại di chuyển đi và số electron đã di chuyển là bao nhiêu ?

A Số electron di chuyển đến thanh kim loại là 9.1013

B Số electron từ thanh kim loại di chuyển đi là 3.1013

C Số electron di chuyển đến thanh kim loại là 3.109

D Số electron từ thanh kim loại di chuyển đi là 9.1012

Câu 18 Có ba quả cầu kim loại giống nhau, có điện tích q1 = +50 µC, q2 = −10 µC, q3 = −20 µC Cho q1

tiếp xúc với q2 rồi tách ra, sau đó cho quả cầu lúc đầu có q1 tiếp xúc với q3 rồi tách ra Cuối cùng ba quả cầu mang điện lần lượt là

A 0 ; +20 µC ; 0 B 0 ; +20 µC ; −10 µC C −10 µC ; 0 ; +10 µC D 0 ; 0 ; −20 µC

Câu 19 Hai quả cầu kim loại A, B giống hệt nhau; quả cầu A có điện tích qA = −7.10−6 C, quả cầu B có điện tích qB = +3.10−6 C Ban đầu đưa chúng đến tiếp xúc nhau và sau đó tách chúng ra Điện tích của quả cầu B sau khi tiếp xúc là

A 2.10−6 C B −2.10−6 C C −3.10−6 C D 3.10−6 C

Câu 20 Cho hai quả cầu kim loại nhỏ giống nhau, mang điện tích q1 = 2 µC và q2 = −4 µC tiếp xúc nhau Sau khi xảy ra cân bằng điện, ta đặt chúng cách nhau 1 m Lực tương tác điện giữa chúng khi này có

độ lớn bằng

A 36.10−3 N B 18.10−3 N C 72.10−3 N D 9.10−3 N

Câu 21 Hai quả cầu kim loại nhỏ tích điện q1 = 5 μC và q2 = −3 μC kích thước giống nhau cho tiếp xúc với nhau, sau đó tách chúng ra, rồi đặt trong chân không cách nhau 5 cm Lực tương tác tĩnh điện giữa chúng sau khi tiếp xúc

Câu 22 Cho hai quả cầu nhỏ trung hòa điện cách nhau 40cm Giả sử bằng cách nào đó có 4.1012 electron

từ quả cầu này di chuyển sang quả cầu kia Khi đó chúng hút hay đẩy nhau ? Tính độ lớn lực tương tác đó

A Hút nhau, F = 23 mN B Hút nhau, F = 5,76 mN

C Đẩy nhau, F = 5,76 mN D Đẩy nhau, F = 23 mN

Câu 23 Hai quả cầu kim loại nhỏ giống nhau, mang điện tích q1, q2, đặt trong chân không, cách nhau một đoạn 20 cm, chúng hút nhau bởi lực 3,6.10−4 N Cho hai quả cầu tiếp xúc nhau rồi lại đưa về khoảng cách cũ, chúng đẩy nhau bằng lực 2,025.10−4 N Điện tích q1, q2 của các quả cầu ban đầu có thể là

A q1 = 8.10−8 C; q2 = −2.10−8 C B q1 = 2.10−8 C; q2 = −2.10−8 C

C q1 = 4.10−8 C; q2 = −2.10−8 C D q1 = 8.10−8 C; q2 = −4.10−8 C

Câu 24 Hai quả cầu kim loại nhỏ giống nhau mang điện tích q1 = +1,3.10−9 C và q2 = +6.5.10−9 C, đặt trong không khí cách nhau một khoảng r thì đẩy nhau với lực F Cho hai quả cầu tiếp xúc nhau, rồi đặt chúng trong một chất điện môi, cũng cách nhau một khoảng r thì lực đẩy giữa chúng cũng bằn F Hằng số điện môi  có giá trị là

-

BÀI 3 ĐIỆN TRƯỜNG VÀ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN

1 Điện trường

• Điện trường là môi trường truyền tương tác điện giữa các điện tích

• Điện trường là một môi trường vật chất bao quanh điện tích và gắn liền với điện tích Điện trường tác dụng lực điện lên các điện tích khác đặt trong nó

2 Cường độ điện trường

2.1 Khái niệm cường độ điện trường

Cường độ điện trường là đại lượng đặc trưng cho sự mạnh, yếu của điện trường tại một điểm trong không gian có điện trường

2.2 Định nghĩa cường độ điện trường

Cường độ điện trường tại một điểm là đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của điện trường tại điểm

đó Nó được xác định bằng thương số của độ lớn lực điện F tác dụng lên một điện tích thử q đặt tại điểm

đó và độ lớn của q

E = F

q

2.3 Vectơ cường độ điện trường

• Cường độ điện trường được biểu diễn bằng một vectơ gọi là vectơ cường độ điện trường

E

⃗⃗ = F

q Hay F⃗ = qE⃗⃗ (3.1)

• Vectơ cường độ điện trường E⃗⃗ có :

+) Phương : trùng với phương của lực điện F⃗ tác dụng lên điện tích thử q

+) Chiều : Nếu q > 0 thì E⃗⃗ cùng chiều với F⃗ ; Nếu q < 0 thì E⃗⃗ ngược chiều với F⃗

• Trong hệ đơn vị SI, cường độ điện trường có thể là niutơn trên culông, nhưng thường được dùng đơn

vị là vôn trên mét Kí hiệu V/m

3 Cường độ điện trường của một điện tích điểm Q

• Hai điện tích điểm q, Q đặt cách nhau một khoảng r trong chân không thì lực Cu-lông tác dụng lên điện tích q có dạng :

F = k qQ

r2

• Kết hợp với công thức (3.1) ta suy ra cường độ điện trường của điện

tích điểm Q tại một điểm là :

E = k Q

r2

(với r là khoảng cách từ điểm đang xét đến điện tích điểm Q)

• Chiều của vectơ cường độ điện trường của điện tích điểm phụ thuộc vào dấu của điện tích Nếu Q > 0 thì E⃗⃗ hướng ra xa điện tích điểm Q ; Nếu Q < 0 thì E⃗⃗ hướng về phía điện tích Q

4 Nguyên lí chồng chất điện trường

Giả sử có hai điện tích điểm Q1 và Q2 gây ra tại M hai điện trường có các

vectơ cường độ điện trường là E⃗⃗ 1 và E2 Vectơ cường độ điện trường tại M

là tổng của hai vectơ E1 và E2 Ta có :

EM = E1 + E2Như vậy, vectơ cường độ điện trường tại điểm M được tổng hợp theo qui

tắc hình bình hành

Chú ý : Nếu có n điện tích điểm Q1, Q2,… Qn gây ra tại điểm M các điện trường độc lập có vectơ cường

độ điện trường tương ứng là E⃗⃗ 1, E2,… E⃗⃗ 2 Khi này vectơ cường độ điện trường tổng hợp tại M là

EM = E1 + E2 + … + En

5 Đường sức điện

5.1 Định nghĩa

Đường sức điện là đường được vẽ trong điện trường sao cho hướng

của tiếp tuyến tại bất kì điểm nào đó trên đường sức cũng trùng với

vectơ cường độ điện trường tại điểm đó

5.2 Các đặc điểm của đường sức điện

• Tại mỗi điểm trong điện trường, ta có thể vẽ một đường sức đi qua và chỉ một mà thôi

• Các đường sức điện là các đường còng không khép kín Nó xuất phát từ các điện tích dương và tận cùng ở các điện tích âm

• Các đường sức điện không bao giờ cắt nhau

• Nơi nào cường độ điện trường lớn thì các đường sức ở đó được vẽ dày hơn, nơi nào cường độ điện trường nhỏ thì các đường sức ở đó được vẽ thưa hơn

6 Điện trường đều

Điện trường đều là điện trường mà vectơ cường độ điện trường tại

mọi điểm đều có cùng phương, chiều và độ lớn ; có các đường sức từ là

những đường thẳng song song và cách đều nhau

Ví dụ : Điện trường giữa hai tấm kim loại phẳng, rộng, song song,

mang điện tích trái dấu và có độ lớn bằng nhau

CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ ĐIỆN TRƯỜNG – CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG

3.1 Cường độ điện trường do một điện tích điểm gây ra Lực điện trường tác dụng lên một điện tích điểm

• Cường độ điện trường do điện tích điểm gây ra

Vectơ cường độ điện trường E⃗⃗ M do một điện tích điểm Q gây ra tại điểm M cách Q một đoạn r có các đặc điểm như sau :

+) Điểm đặt : Tại điểm M

+) Phương : Là đường thẳng nối điện tích Q và điểm M

+) Chiều : Hướng ra xa điện tích Q nếu Q > 0 ; Hướng vào điện tích Q nếu Q < 0

+) Độ lớn : EM = k |Q|

r2 = 9.109 |Q|

r2

• Lực điện trường tác dụng lên điện tích q

Khi đặt một điện tích q tại điểm M có cường độ điện trường E⃗⃗ M nói trên (hay trong điện trường có cường độ điện trường E⃗⃗ bất kì) thì q chịu tác dụng của lực điện trường F⃗ có :

+) Điểm đặt : Đặt lên điện tích q

+) Phương : Cùng phương với vectơ cường độ điện trường E⃗⃗ M

+) Chiều : Nếu q > 0 thì F⃗ cùng chiều với E⃗⃗ M ; Nếu q < 0 thì F⃗ ngược chiều với E⃗⃗ M

+) Độ lớn : F = |q|E

• Sự chuyển động của điện tích q trong điện trường đều

+) Do độ lớn cường độ điện trường của điện trường đều là không đổi nên lực điện F tác dụng lên điện tích q cũng không đổi Nếu bỏ qua các lực cản và trọng lực tác dụng lên điện tích q thì chuyển động của điện tích q trong điện trường đều là chuyển động thẳng biến đổi đều dưới tác dụng của lực điện F Gia tốc của điện tích q khi này được xác định bằng công thức :

a⃗ = F

m Độ lớn : a = F

m (với m là khối lượng của điện tích q) +) Ta thấy, gia tốc a là đại lượng không đổi nên chuyển động điện tích q là chuyển động thẳng biến đổi đều Ta có một số công thức thường hay sử dụng như sau :

− Vận tốc của chất điểm tại thời điểm t : v = v0 + at

− Quãng đường chất điểm đi được sau thời gian t : s = v0t + 1

Ví dụ 3 Một điện tích điểm Q đặt trong chân không, gây ra tại điểm M cách điện tích Q một đoạn 10 cm

một điện trường có độ lớn 900 V/m Tính độ lớn của điện tích Q

Ví dụ 4 Một điện tích điểm q = −3,6.10−6 C được đặt tại điểm mà tại đó điện trường có phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới và có cường độ E = 12 000V/m Hãy xác định lực điện trường (phương, chiều và độ lớn) tác dụng lên điện tích q

Ví dụ 5 Quả cầu nhỏ mang điện tích q = 10−5 C đặt trong không khí

a) Tính độ lớn cường độ điện trường EM tại điểm M cách tâm O của quả cầu đoạn 10 cm

b) Xác định lực điện trường F⃗ do quả cầu tích điện tác dụng lên điện tích q’ = −10−7 C đặt tại M Suy ra lực điện trường tác dụng lên quả cầu mang điện tích q

Ví dụ 6 Cho điện tích q = 2.10−6 C

a) Hãy xác định cường độ điện trường do điện tích q gây ra tại điểm M cách q một đoạn r = 30 cm b) Đặt hệ vào trong môi trường có hằng số điện môi ε = 27 Xác định khoảng cách r’ giữa điện tích q

và điểm M để cường độ điện trường do q gây ra tại M không thay đổi

Ví dụ 7 Một prôton được đặt trong điện trường đều có cường độ điện trường E = 1,7.106 V/m

a) Tính gia tốc của prôton, biết prôton có khối lượng là mp = 1,7.10−27 kg

b) Tính vận tốc của prôton sau khi đi được đoạn đường 20 cm Cho vận tốc ban đầu của prôton bằng 0

Ví dụ 8 Một electron chuyển động với vận tốc ban đầu 106 m/s dọc theo một đường sức điện của một điện

trường đều được quãng đường 1,0 cm thì dừng lại Hãy xác định cường độ điện trường Cho biết điện tích và khối lượng của electron là : qe = −1,6.10−19 C, me = 9,1.10−31 kg

Ví dụ 9 Electron đang chuyển động với vận tốc v0 = 4.106 m/s thì đi vào trong một điện trường đều, cường

độ điện trường E = 910 V/m, biết v⃗ 0 cùng chiều với đường sức điện trường Tính gia tốc và quãng đường electron chuyển động cho đến khi dừng lại Mô tả chuyển động của electron sau đó

3.2 Cường độ điện trường tổng hợp (Nguyên lí chồng chất điện trường)

Nếu các điện tích điểm Q1, Q2, … Qn gây ra tại M các cường độ điện trường tương ứng là E⃗⃗ 1, E2,… E⃗⃗ n Theo nguyên lí chồng chất điện trường, cường độ điện trường tổng hợp tại M là :

EM = E⃗⃗ 1+ E⃗⃗ 2+ ⋯ + E⃗⃗ nCường độ điện trường là một đại lượng vectơ nên ta phải dùng qui tắc vectơ để tìm cường độ điện trường tổng hôp E⃗⃗ M Ta thực hiện như sau :

• Biểu diễn vectơ cường độ điện trường tổng hợp E⃗⃗ M bằng hình vẽ

• Lần lượt tổng hợp từng cặp vectơ cường độ điện trường theo qui tắc đã được trình bày trong phần 1.2

Lực tổng hợp tác dụng lên một điện tích cho đến cặp vectơ cuối cùng

VÍ DỤ ÁP DỤNG

Ví dụ 10 Hai điện tích q1 = q2 = 4.10−10 C đặt tại A và B trong không khí với AB = 2,0 cm Xác định vectơ cường độ điện trường

a) tại H với H là trung điểm của AB

b) tại M, biết cách A một đoạn 1,0 cm và cách B một đoạn 3,0 cm

c) tại N, biết N hợp với A, B tạo thành một tam giác đều

Ví dụ 11 Cho hai điện tích q1 = 8.10−8 C va2 q2 = −8.10−8 C đặt tại A và B trong không khí cách nhau một đoạn 4,0 cm Xác định vectơ cường độ điện trường tại C nằm trên đường trung trực của AB và cách

AB một đoạn 2,0 cm Từ đó, suy ra lực tác dụng lên điện tích q = 2.10−9 C đặt tại C

Ví dụ 12 Tại ba đỉnh của một tam giác đều, cạnh bằng 10 cm có đặt ba điện tích điểm bằng nhau và bằng

10 nC Xác định cường độ điện trường tại

a) trung điểm mỗi cạnh của tam giác

b) tại tâm của tam giác

Ví dụ 13 Tại các đỉnh B, C, D của một hình vuông cạnh a đặt trong chân không, có đặt các điện tích điểm

lần lượt là +q ; −q ; −q (q > 0) Xác định độ lớn và hướng của cường độ điện trường tại đỉnh A

Ví dụ 14 Cho ABC là một tam giác vuông cân (góc A vuông) Tại B có đặt một điện tích điểm q Hỏi phải

đặt tại A một điện tích điểm có độ lớn bằng bao nhiêu để cường độ điện trường tại C có phương song song với AB

Ví dụ 15 Cho hai điện tích q1 = q2 = q > 0 đặt tại A, B trong không khí Cho biết AB = 2a

a) Xác định cường độ điện trường EM tại điểm M trên trung trực của AB và cách AB một đoạn h b) Tìm giá trị của h để EM cực đại Tính giá trị cực đại này

3.3 Điện trường tổng hợp bị triệt tiêu Sự cân bằng của một điện tích trong điện trường

Gọi E1, E2,… E⃗⃗ n lần lượt là cường độ điện trường do nhiều điện tích điểm gây ra tại vị trí M Để tại M cường độ điện trường tổng hợp bị triệt tiêu thì :

EM = E⃗⃗ 1+ E⃗⃗ 2+ ⋯ + E⃗⃗ n= 0⃗

Để xác định điều kiện cũng như vị trí của M có cường độ điện trường tổng hợp bằng không thì ta thực

hiện tính toán như phần 1.3 Sự cân bằng của một điện tích

Ví dụ 16 Cho hai điện tích điểm q1 và q2 đặt ở A, B trong không khí, biết AB = 100 cm Tìm vị trí điểm

C tại đó cường độ điện trường do q1 và q2 gây ra bằng không với

a) q1 = 36.10−6 C ; q2 = 4.10−6 C

b) q1 = −36.10-6 C ; q2 = 4.10−6 C

Ví dụ 17 Cho hình vuông ABCD, ta đặt tại các đỉnh A và C của hình vuông các điện tích q1 = q3 = q > 0 Hỏi phải đặt tại đỉnh B một điện tích q2 có giá trị bằng bao nhiêu để điện trường tổng hợp do q1, q2

và q3 gây ra ở D bằng không

Ví dụ 18 Cho hai điện tích q1 và q2 đặt tại A và B với cách nhau 2,0 cm Biết q1 + q2 = 7.10−8 C Tại điểm

C cách A một đoạn 6,0 cm và cách B một đoạn 8,0 cm có cường độ điện trường tổng hợp do q1 và

q2 gây ra bằng không Xác định giá trị của q1, q2

Ví dụ 19 Một quả cầu nhỏ khối lượng m = 0,1 kg mang điện tích là q, quả cầu được treo bằng một sợi chỉ

mảnh và đặt trong điện trường đều có phương nằm ngang và có cường độ điện trường E = 1000 V/m Dây chỉ hợp với phương thẳng đứng một góc 100 Tính điện tích của quả cầu Cho g = 10 m/s2

Ví dụ 20 Một quả cầu có khối lượng 1,0 g được treo trên một sợi dây mảnh, cách điện Quả cầu nằm trong

điện trường đều có phương nằm ngang, cường độ E = 2 kV/m Khi đó, dây treo hợp với phương thẳng đứng môt góc 600 Tính lực căng của dây và điện tích của quả cầu

Ví dụ 21 Quả cầu nhỏ khối lượng m = 0,25 g mang điện tích q = 2,5.10−9C được treo bởi một sợi dây và được đặt trong một điện trường đều E⃗⃗ Biết E⃗⃗ có phương nằm ngang và có độ lớn E = 106 V/m Tính góc lệch giữa dây treo so với phương thẳng đứng Cho g = 10 m/s2

BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM : ĐIỆN TRƯỜNG CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG

Câu 1 Chọn phát biểu sai về tính chất của trường tĩnh điện

A Có thể tồn tại điện trường mà không có điện tích nhưng không thể tồn tại điện tích mà xung quanh

nó không có điện trường

B Tính chất cơ bản của điện trường là tác dụng lực điện lên điện tích đặt trong nó

C Để nhận biết điện trường tại một điểm người ta dùng một điện tích thử có kích thước nhỏ

D Điện trường phụ thuộc vào điện tích sinh ra nó và môi trường xung quanh mà nó tồn tại

Câu 2 Véctơ cường độ điện trường E⃗⃗ tại một điểm trong điện trường luôn

A cùng hướng với lực F⃗ tác dụng lên điện tích q đặt trong nó

B ngược hướng với lực F⃗ tác dụng lên điện tích q đặt trong nó

C cùng phương với lực F⃗ tác dụng lên điện tích q đặt trong nó

D khác phương với lực F⃗ tác dụng lên điện tích q đặt trong nó

Câu 3 Điện trường đều là điện trường mà

A véctơ cường độ điện trường tại mọi điểm đều bằng nhau

B độ lớn cường độ điện trường tại mọi điểm đều bằng nhau

C chiều của véc tơ cường độ điện trường không đổi

D độ lớn lực tác dụng lên điện tích không đổi

Câu 4 Chỉ ra nhận xét sai về đường sức điện trường

A Các đường sức điện không bao giờ cắt nhau

B Véctơ cường độ điện trường tại mỗi điểm có phương vuông góc với đường sức điện trường tại điểm

đó

C Tại vùng không gian có số đường sức điện trường dày đặc hơn thì độ lớn của điện trường tại đó sẽ lớn hơn

D Đường sức điện bắt đầu ở điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm

Câu 5 Hai vật nhỏ A và B sinh ra điện trường có các đường sức như hình vẽ Chọn câu nhận xét đúng

A Vật A tích điện âm, vật B tích điện dương

B Vật A tích điện dương, vật B tích điện âm

C Vật A tích điện âm, vật B tích điện âm

D Vật A tích điện dương, vật B tích điện dương

Câu 6 Chọn câu sai

B

A

A Các đường sức điện là đường cong hở

B Các đường sức điện không cắt nhau

C Tại mỗi điểm trong điện trường ta chỉ vẽ được một đường sức điện duy nhất

D Đưa một điện tích nhỏ vào trong điện trường thì nó sẽ chuyển động theo đường sức điện

Câu 7 Một điện tích q sinh ra một điện trường có độ lớn là E tại điểm M cách một khoảng r Tại điểm N cách q một khoảng 2r, điện trường có độ lớn là

A E

4 B

E

Câu 8 Véctơ cường độ điện trường do điện tích điểm Q > 0 gây ra tại một điểm M cách Q một khoảng r

không có đặc điểm nào sau đây ?

A Cường độ điện trường độ lớn tỉ lệ với độ lớn điện tích Q

B Cường độ điện trường có độ lớn tỉ lệ nghịch với r

C Véctơ cường độ điện trường hướng từ M ra xa Q

D Cường độ điện trường có phương là đường thẳng nối M và Q

Câu 9 Chọn câu đúng trong các câu sau khi nói về điện trường ?

A Một điện tích đứng yên tạo ra điện trường tĩnh và đều

B Đường sức điện của điện trường đi ra từ điện tích âm và đi vào ở điện tích dương

C Đường sức điện trường là những đường thẳng song song với nhau

D Vectơ cường độ điện trường luôn cùng phương với vectơ lực điện tại mọi điểm trong điện trường

Câu 10 Một điện tích Q đặt cách điểm M một khoảng r trong môi trường có hằng số điện môi là ε thì Q gây ra tại điểm M một cường độ điện trường E Nếu tăng khoảng cách lên hai lần thì cường độ điện trường cũng tại M sẽ

A tăng hai lần B giảm hai lần C tăng bốn lần D giảm bốn lần

Câu 11 Các điện tích Q1 và Q2 gây ra tại M các điện trường tương ứng là E⃗⃗ 1 và E2 cùng phương, cùng chiều Theo nguyên lí chồng chất điện trường thì độ lớn của cường độ điện trường tại M là

C khoảng cách từ điểm đang xét đến điện tích đó D hằng số điện môi của của môi trường

Câu 14 Nếu tại một điểm có hai điện trường thành phần gây bởi hai điện tích điểm Hai cường độ điện trường thành phần cùng phương khi điểm đang xét nằm trên

A đường thẳng nối hai điện tích

B đường trung trực của đoạn thẳng nối hai điện tích

C đường thẳng vuông góc với đoạn nối hai điện tích tại vị trí điện tích thứ nhất

D đường thẳng vuông góc với đoạn nối hai điện tích tại vị trí điện tích thứ hai

Câu 15 Cho hai điện tích điểm có cùng độ lớn, cùng dấu nằm ở hai điểm cố định A và B Cường độ điện trường tại một điểm trên đường trung trực của đoạn AB có phương

A vuông góc với đường trung trực của AB B trùng với đường trung trực của AB

C trùng với đường thẳng nối của AB D song song với đường thẳng nối AB

Câu 16 Đặt một điện tích âm vào một điện trường đều rồi thả nhẹ không vận tốc đầu, xem khối lượng của điện tích là không đáng kể Điện tích sẽ chuyển động

A dọc theo chiều của đường sức điện trường B ngược chiều đường sức điện trường

C vuông góc với đường sức điện trường D theo một quỹ đạo bất kỳ

Câu 17 Quả cầu kim loại nhỏ mang điện tích 10−9 C đặt trong không khí Cường độ điện trường tại một điểm cách quả cầu một đoạn 3 cm có độ lớn là

A 105 V/m B 0,5.105 V/m C 2.105 V/m D 2,5.105 V/m

Câu 24 Hai điện tích q1 = q2 = 5.10−9 C, đặt tại hai điểm cách nhau 10 cm trong chân không Độ lớn cường

độ điện trường tại điểm nằm trên đường thẳng đi qua hai điện tích và cách đều hai điện tích bằng

Câu 25 Hai điện tích q1 = q2 = 5.10−9 C, đặt tại hai đỉnh B và C của một tam giác đều ABC có cạnh bằng

3 cm trong không khí Cường độ điện trường tại đỉnh A của tam giác ABC có độ lớn bằng

Câu 30 Một điện tích điểm Q đặt trong không khí Gọi E⃗⃗ A, EB lần lượt là cường độ điện trường do Q gây

ra tại A và B; r là khoảng cách từ A đến Q Để E⃗⃗ A vuông góc với EB và EA = EB thì khoảng cách giữa

A và B phải bằng

Câu 31 Hai điện tích điểm q1 = 36 μC và q2 = 4 μC đặt trong không khí lần lượt tại hai điểm A và B cách nhau 100 cm Tại điểm C điện trường tổng hợp triệt tiêu, C sẽ có vị trí

A bên trong đoạn AB, cách A một đoạn 75 cm B bên trong đoạn AB, cách A một đoạn 25 cm

C bên trong đoạn AB, cách A một đoạn 30 cm D bên trong đoạn AB, cách A một đoạn 15 cm

Câu 32 Ba điện tích q1, q2, q3 đặt trong không khí lần lượt tại các đỉnh A, B, C của hình vuông ABCD Biết điện trường tổng hợp tại D triệt tiêu Quan hệ giữa ba điện tích trên là:

Câu 34 Một quả cầu khối lượng m = 1 g treo trên một sợi dây mảnh cách điện Quả cầu nằm trong điện trường đều có phương nằm ngang, cường độ điện trường có độ lớn E = 2.103 V/m Khi đó dây treo hợp với phương thẳng đứng một góc 450 Lấy g = 10 m/s2, xác định điện tích của quả cầu ?

Câu 35 Quả cầu nhỏ có khối lượng 0,25 g, mang điện tích 2,5.10−9 C được treo bởi một sợi dây nhẹ Đặt

hệ thống trên vào trong một điện trường đều có phương nằm ngang và cường độ là 106 V/m Cho biết

là g = 10 m/s2 Góc lệch của dây treo so với phương thẳng đứng khi quả cầu cân bằng là

Câu 36 Một electrôn xuất phát từ điểm M với vận tốc 3.106 m/s, chuyển động dọc theo hướng một đường sức của điện trường đều, có cường độ điện trường E = 100 V/m Thời gian kể từ lúc xuất phát đến khi nó quay trở về điểm M là

A 0,34.10−6 s B 0,17.10−6 s C 10−6 s D 2.10−6 s

Câu 37 Một electrôn chuyển động dọc theo hướng đường sức của một điện trường đều có cường độ bằng

100 V/m với vận tốc ban đầu là 300 km/s Quãng đường mà nó chuyển động được khi vận tốc của

nó giảm hai lần là

-

BÀI 4 CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN

1 Công của lực điện

1.1 Công của lực điện trong điện trường đều

• Khi đặt một điện tích q trong điện trường đều, nó sẽ chịu tác dụng của lực điện F⃗ = qE⃗⃗ Do điện trường

là đều nên F⃗ là lực không đổi, có hướng trùng với hướng của vectơ

cường độ điện trường E⃗⃗ nếu q > 0 và ngược lại nếu q < 0

• Giả sử điện tích q di chuyển từ M đến N (với MN = s) trong điện trường

dưới tác dụng của lực điện F⃗ Khi này, lực điện F⃗ thực hiện một công là

AMN = F⃗ s = Fscosα +) Từ hình vẽ ta thấy : scosα = dMN và F = qE Như vậy :

• Từ kết quả thu được ta thấy, công của lực điện trường trong sự di chuyển của điện tích trong điện trường đều từ M đến N là AMN = qEdMN không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu M và điểm cuối N

1.2 Công của lực điện trường trong sự di chuyển của điện tích trong điện trường bất kì

Người ta cũng chứng minh được rằng, trong sự di chuyền của điện tích q trong điện trường bất kì thì công của lực điện cũng không phụ thuộc vào hình dạng đường đi của điện tích q

1.3 Kết luận

Trong trường tĩnh điện, 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 Như vậy, trường tĩnh điện là một trường thế

2 Thế năng của điện tích trong điện trường

• Như ta đã biết, thế năng của một vật có khối lượng m đặt trong trọng trường phụ thuộc vào vị trí của vật đặt trong trọng trường, hay phụ thuộc vào vị trí của vật so với gốc thế năng Nó là một dạng năng lượng, và năng lượng này đặc trưng cho khả năng sinh công của trọng trường

• Tương tự như thế năng của một vật trong trọng trường, thế năng của một điện tích q trong điện trường

là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt điện tích q mà ta xét trong điện trường

• Trong chương trình phổ thông, ta tính thế năng của một điện tích trong điện trường thông qua việc tính công mà điện trường sinh ra khi cho điện tích di chuyển từ điểm mà ta xét đến điểm ta chọn làm mốc để tính thế năng, nghĩa là điểm có thế năng bằng không và tại điểm này thì lực điện không còn khả năng sinh công Ta xét hai trường hợp sau :

+) Thế năng của điện tích q đặt tại điểm M trong điện trường đều (điện trường giữa hai bản của tụ điện phẳng) Ki này, thế năng WM bằng công của lực điện khi điện tích q di chuyến từ M đến các bản của

tụ điện Như vậy :

WM = A = qEd Trong đó : d là khoảng cách từ M đến một bản của tụ điện

+) Thế năng của điện tích q đặt tại điểm M trong điện trường bất kì (điện trường do một hay nhiều điện tích điểm gây ra) Khi này, thế năng WM bằng công của lực điện khi di chuyển q từ M ra vô cực Như vậy :

WM = AM→∞

Trong trường hợp này, mốc thế năng của điện tích q được chọn ở vô cực

• Lưu ý : Đối với trọng trường thì dấu và độ lớn của thế năng phụ thuộc vào việc chọn mốc thế năng

Đối với điện trường tĩnh mà ta đang xét cũng vậy, dấu và độ lớn của thế năng tĩnh điện cũng phụ thuộc vào việc ta chọn mốc thế năng Ví dụ trong điện trường của tụ điện phẳng, nếu chọn bản âm của tụ điện làm mốc thế năng thì thế năng của một điện tích q dương sẽ có giá trị dương, còn thế năng của một điện tích q âm sẽ có giá trị âm và ngược lại

3 Công của lực điện và độ giảm thế năng của điện tích trong điện trường

Do lực điện là lực thế nên : Khi một điện tích q di chuyển từ điểm đầu M đến điểm cuối N trong một

điện trường thì công của lực điện tác dụng lên điện tích đó sinh ra bằng độ giảm thế năng của điện tích q trong điện trường

AMN = WM − WN

DẠNG BÀI TẬP : Công của lực điện

Công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích q trong điện trường đều có cường độ điện trường

E được xác định theo biểu thức là :

AMN = qEdMN

Trong đó :

• M và N là vị trí điểm đầu và điểm cuối của điện tích q khi nó di chuyển trong điện trường

• dMN = MN.cosα : là độ dài đại số hình chiếu của đường đi MN lên phương của một đường sức điện trường

• Gọi α là góc hợp bởi vectơ cường độ điện trường E⃗⃗ và vectơ độ dời MN⃗⃗⃗⃗⃗⃗ Ta xét hai trường hợp điện tích q dương và q âm như sau :

Ví dụ 1 Cho hai tấm kim loại phẳng đặt song song, cách nhau 2,0 cm, được nhiễm điện trái dấu nhau và

có độ lớn bằng nhau Biết điện trường bên trong hai tấm kim loại là đều, có đường sức vuông góc với các tấm và có độ lớn là E = 200 V/m Tính công của lực điện khi có một điện tích q = 5.10−10 C

di chuyển từ tấm kim loại này đến tấm kim loại kia

Ví dụ 2 Một eletron di chuyển đoạn đường 1,0 cm dọc theo hướng đường sức trong một điện trường đều

cường độ 1000 V/m Tính công lực điện trường trong dịch chuyển trên

Ví dụ 3 Một electron bay từ bản kim loại tích điện dương đến bản kim loại tích điện âm đặt song song,

theo một đường thẳng MN dài 2,0 cm, có phương hợp với đường sức điện một góc 600 Biết cường

độ điện trường bên trong hai bản kim loại trên là 1000 V/m Tính công của lực điện trong sự dịch chuyển của electron

Ví dụ 4 Một điện tích q = +4.10−8 C di chuyển trong một điện trường đều có cường độ E = 100 V/m theo đường gấp khúc ABC Đoạn AB dài 20 cm và vectơ AB⃗⃗⃗⃗⃗ hợp với đường sức điện một góc 300 Đoạn

BC dài 40 cm và vectơ BC⃗⃗⃗⃗⃗ hợp với đường sức điện một góc 1200 Tính công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích q nói trên

Ví dụ 5 Một điện tích q = 10−6 C chuyển động dọc theo các cạnh của một tam giác đều ABC cạnh 30 cm trong điện trường đều có cường độ E = 2000 V/m Tính công thực để dịch chuyển điện tích q theo các cạnh AB, BC, CA của tam giác Biết vectơ cường độ điện trường E⃗⃗ có cùng hướng với BC⃗⃗⃗⃗⃗

Ví dụ 6 Một điện tích điểm q = 1,0 µC chuyển động từ đỉnh B đến đỉnh C của một tam giác đều ABC

Tam giác ABC nằm trong điện trường đều có cường độ E = 5000 V/m Đường sức của điện trường này song song với cạnh BC và có chiều từ C đến B Cạnh của tam giác là 10 cm Tính công của lực điện khi điện tích q chuyển động trong hai trường hợp sau :

a) Điện tích q chuyển động dọc theo đoạn thẳng BC

b) Điện tích q chuyển động trên đoạn gấp khúc BAC Từ đó suy ra công của lực điện khi q di chuyển trên đoạn BA, AC

Ví dụ 7 Một electron di chuyển trong điện trường đều E⃗⃗ một đoạn 0,6 cm, từ điểm M đến điểm N dọc theo một đường sức điện thì lực điện sinh công A = 9,6.10−18 C

a) Tính công mà lực điện sinh ra khi electron di chuyển tiếp 0,4 cm từ điểm N đến điểm P theo phương

và chiều nói trên

b) Tính vận tốc của electron khi nó đến điểm P Biết rằng tại M, electron không có vận tốc đầu Khối lượng của electron là me = 9,1.10−31 C

BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM : CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN

Câu 1 Công của lực điện tác dụng lên một điện tích điểm q khi di chuyển từ điểm M đến điểm N trong điện trường tĩnh

A tỉ lệ thuận với chiều dài đường đi MN B tỉ lệ thuận với độ lớn của điện tích q

C tỉ lệ thuận với thời gian di chuyển D phụ thuộc vào dạng quỹ đạo đi từ M đến N

Câu 2 Công của lực điện tác dụng lên một điện tích điểm q khi di chuyển từ điểm M đến điểm N trong

một điện trường tĩnh, không phụ thuộc vào

A vị trí của các điểm M, N B hình dạng của đường đi từ M đến N

C độ lớn của điện tích q D độ lớn của cường độ điện trường

Câu 3 Một vòng tròn tâm O nằm trong điện trường của một điện tích điểm Q M và

N là hai điểm trên vòng tròn đó Gọi AM1N, AM2N, AMN là công của lực điện tác

dụng lên điện tích điểm q trong các dịch chuyển dọc theo cung M1N, M2N và

dây cung MN Chọn câu khẳng định đúng

A AM1N < AM2N B AM1N nhỏ nhất

C AM2N lớn nhất D AM1N = AM2N = AMN

Câu 4 Đặt một điện tích điểm Q dương tại một điểm O Gọi M và N là hai điểm nằm đối xứng với nhau ở hai bên điểm O Di chuyển một điện tích điểm q dương từ M đến N theo một đường cong bất kì Gọi

AMN là công của lực điện trong dịch chuyển này Chọn câu khẳng định đúng

A AMN  0 và phụ thuộc vào đường dịch chuyển

B AMN  0, không phụ thuộc vào đường dịch chuyển

C AMN = 0, không phụ thuộc vào đường dịch chuyển

D AMN = 0 và phụ thuộc vào đường dịch chuyển

Câu 5 Nếu chiều dài đường đi của một điện tích điểm q trong điện trường tĩnh tăng lên hai lần thì công của lực điện

A tăng 2 lần B giảm hai lần C chưa thể xác định D không thay đổi

Câu 6 Một điện tích điểm q chuyển động dọc theo chiều của một đường sức trong điện trường đều, thì công của lực điện tác dụng lên điện tích có giá trị

A âm nếu q > 0 B dương nếu q > 0 C bằng không D dương nếu q < 0

Câu 7 Một điện tích điểm q chuyển động với vận tốc v⃗ , dọc theo một đường sức của điện trường đều E⃗⃗ , thì công của lực điện tác dụng lên điện tích có giá trị

A âm nếu q > 0 và v⃗ cùng chiều với E⃗⃗ B dương nếu q < 0 và v⃗ cùng chiều với E⃗⃗

C âm nếu q < 0 và v⃗ ngược chiều với E⃗⃗ D dương nếu q > 0 và v⃗ cùng chiều với E⃗⃗

Câu 8 một điện tích điểm q chuyển động trong điện trường tĩnh theo một đường cong kín Gọi công của lực điện tác dụng lên điện tích trong chuyển động đó là A thì

A A > 0 nếu q > 0 B A > 0 nếu q < 0 C A < 0 nếu q < 0 D A = 0

Câu 9 Công của lực điện khác không khi điện tích

A chuyển động theo một quỹ đạo tròn trong điện trường tĩnh

B chuyển động theo phương vuông góc với các đường sức của điện trường đều

C chuyền động theo một đường cong kín bất kì trong điện trường tĩnh

D chuyển động dọc theo một đường sức điện của điện trường đều

Câu 10 Thế năng của điện tích điểm q trong điện trường đặc trưng cho

A khả năng tác dụng lực của điện trường lên điện tích tại điểm mà ta xét trong điện trường

B phương, chiều của vec tơ cường độ điện trường tại điểm mà ta xét trong điện trường

C khả năng sinh công của điện trường khi đặt điện tích q tại điểm mà ta xét trong điện trường

D độ lớn nhỏ của vec tơ cường độ điện trường tại điểm mà ta xét trong điện trường

Câu 11 Một điện tích điểm q chuyển động dọc theo một đường sức trong điện trường do điện tích điểm

Q gây ra, sao cho thế năng của nó tăng thì công của của lực điện tác dụng lên điện tích q có giá trị

Câu 12 Chọn câu đúng về quan hệ giữa công của lực điện trường và thế năng tĩnh điện

A Công của lực tĩnh điện cũng là thế năng tĩnh điện

B Công của lực tĩnh điện bằng độ giảm thế năng tĩnh điện

C Lực tĩnh điện sinh công dương thì thế năng tĩnh điện tăng

D Lực tĩnh điện sinh công âm thì thế năng tĩnh điện giảm

Câu 13 Một điện tích điểm q > 0 di chuyển được một đoạn đường s trong điện trường đều theo phương hợp với E⃗⃗ góc  Trường hợp nào sau đây, công của điện trường lớn nhất ?

1.2 Định nghĩa điện thế

Điện thế tại một điểm M trong điện trường là đại lượng đặc trưng riêng cho điện trường về phương diện tạo ra thế năng khi đặt tại đó một điện tích q Nó được xác định bằng thương số của công của lực điện tác dụng lên q khi q di chuyển từ M ra vô cực và độ lớn của q

VM = AM∞

q

Điện thế có đơn vị là vôn, kí hiệu là V

1.3 Đặc điểm của điện thế

• Điện thế là đại lượng đại số, nghĩa là nó có thể âm, dương hoặc bằng không

• Điện thế tại mặt đất hoặc một điểm ở vô cực thường được chọn làm mốc (có điện thế bằng không)

2 Hiệu điện thế

2.1 Khái niệm về hiệu điện thế

Hiệu điện thế hay điện áp giữa hai điểm M và N trong điện trường là hiệu giữa hai điện thế VM và VN :

UMN = VM − VN

Ta thấy, bản chất chất của điện thế thì liên quan đến thế năng còn bản chất của hiệu điện thế thì liên quan đến công của lực điện

2.2 Định nghĩa hiệu điện thế

Như đã biết, mối liên hệ giữa công của lực điện khi di chuyển điện tích q từ điểm M đến điểm N trong điện trường bằng hiệu thế năng của điện tích q giữa hai điểm này là :

Hiệu điện thế cũng có đơn vị là vôn (V)

Người ta đo hiệu điện thế tĩnh điện bằng tĩnh điện kế

2.3 Hệ thức liên hệ giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường

Xét sự chuyển của điện tích q từ điểm M đến điểm N trong một điện trường :

• Công của lực điện thực hiện trong sự di chuyển này là :

Trong đó, dMN là hình chiếu của MN lên phương của một đường sức

Từ công thức này ta thấy, đơn vị của cường độ điện trường chính là vôn trên mét (V/m)

BÀI TẬP : Thế năng tĩnh điện Điện thế Hiệu điện thế

5.1 Thế năng Điện thế Hiệu điện thế

• Thế năng tĩnh điện của điện tích q0 được định nghĩa là công của lực điện trường thực hiện khi di

chuyển q0 từ vị trí M trong điện trường đến vị trí có thế năng bằng không

WM = ALực điện

Trong điện trường của hai bản kim loại phẳng nhiệm điện trái dấu đặt song song thì vị trí có thế năng

bằng không chính là bản âm, còn trong điện trường của một điện tích điểm thì vị trí có thế năng bằng không là ở vô cực

• Điện thế là một thuộc tính của điện trường và không phụ thuộc vào điện tích q0 Điện thế tại một điểm

M trong điện trường được xác định bằng công thức :

• Liên hệ giữa công của lực điện, thế năng, điện thế, hiệu điện thế

Trong sự di chuyển của điện tích q0 từ điểm M đến điểm N trong điện trường bất kì thì công của lực điện thực hiện bằng độ giảm thế năng của điện tích q0 Nghĩa là :

AMN = WM – WN = q0(VM – VN) = q0.UMN

• Một số lưu ý :

+) Tại một điểm mà điện thế bằng không thì thế năng cũng bằng không

+) Điện thế bao giờ cũng giảm dọc theo đường đi theo chiều của các đường sức điện trường

+) Điện thế là đại lượng đại số Có thể âm, dương, hoặc bằng không

+) Gọi A’ là công của ngoại lực thực hiện trong sự di chuyển của điện tích trong điện trường Ta có :

A’ = − ALực điện

VÍ DỤ ÁP DỤNG

Ví dụ 1 Thế năng của một electron tại điểm M trong điện trường của một điện tích điểm là −32.10−19 J Điện tích của electron là e = −1,6.10−19 C Tính điện thế tại điểm M nói trên

Ví dụ 2 Khi một điện tích q di chuyển trong điện trường từ một điểm A đến điểm B thì lực điện sinh một

công là A = 2,5 J Cho biết thế năng của q tại A là 2,5 J Tính thế năng của q tại B

Ví dụ 3 Để di chuyển một điện tích q = 10−4 C từ rất xa vào điểm M của điện trường, ta cần thực hiện một công là A’ = 5.10−5 J Biết điện thế ở vô cực bằng không Tính điện thế tại điểm M

Ví dụ 4 Cho hai điểm O và M nằm trong một điện trường đều, biết điện thế tại O bằng 0 và điện thế tại M

bằng 600 V Tính công của lực điện trường khi điện tích q = −10−9 C di chuyển từ O đến M theo quỹ đạo là một nửa đường tròn đường kính OM

Ví dụ 5 Cho biết công của lực điện thực hiện làm di chuyển một điện tích giữa hai điểm M, N có hiệu điện

thế là UMN = 2000 V là A = 1 J Hãy tính độ lớn của điện tích đó

Ví dụ 6 Biết hiệu điện thế giữa hai điểm M, N là UMN = 1 V Một điện tích q = −1 C di chuyển từ M đến

N thì công của lực điện thực hiện bằng bao nhiêu ? Giải thích ý nghĩa của kết quả tính được

Ví dụ 7 Biết hiệu điện thế giữa hai điểm M, N trong điện trường là UMN = 100 V

a) Tính công của lực điện trường khi một electron di chuyển từ M đến N Cho e = −1,6.10−19 C

b) Tính công cần thiết để di chuyển electron từ M đến N

Ví dụ 8 Một điện tích q = 1 µC di chuyển từ điểm A đến điểm B trong điện trường, nó thu được một năng

lượng bằng 0,2 mJ Tính hiệu điện thế giữa hai điểm A và B

Ví dụ 9 Khi bay qua hai điểm M và N trong điện trường, electron tăng tốc, động năng tăng thêm 4.10−17 J

Ví dụ 10 Một quả cầu có khối lượng 1 g và điện tích q = 10 nC di chuyển dưới tác dụng dưới tác dụng của

điện trường từ điểm 1 có điện thế V1 = 600 V đến điểm 2 có điện thế V2 = 0 Hãy tìm vận tốc v1 của quả cầu tại điểm 1 nếu tại điểm 2 vận tốc của quả cầu là v2 = 20 m/s

Ví dụ 11 Một proton bay trong điện trường Lúc proton ở điểm A thì vận tốc của nó bằng 2,5.104 m/s Khi bay đến B thì vận tốc của nó bằng 0 Cho biết điện thế ở A bằng 500 V, tính điện thế ở B Cho biết khối lượng và điện tích của proton là : mp = 1,67.10−27 kg ; qp = 1,6.10−19 C

5.3 Liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế

Xét một điện trường đều có cường độ điện trường là E Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trong điện trường được xác định theo công thức :

• Việc xác dịnh dấu của đại lượng dMN được thực hiện như trong bài toán Công của lực điện

• Xem lại các công thức động học, định lí động năng trong bài toán Sự chuyển động của điện tích q

trong điện trường đều

VÍ DỤ ÁP DỤNG

Ví dụ 12 Cho ba điểm A, B, C tạo thành một tam giác vuông tại C như hình vẽ

Cho biết cạnh AC = 4 cm, BC = 3 cm và nằm trong một điện trường đều

Vectơ cường độ điện trường E⃗⃗ song song với AC, hướng từ A đến C và có

độ lớn E = 5000 V/m Hãy tính các điện áp : UAC ; UCB ; UAB

Ví dụ 13 Một điện tích q di chuyển dọc theo các cạnh của tam giác đều ABC có cạnh a = 10 cm trong điện

trường có cường độ E = 300 V/m Vectơ cường độ điện trường E⃗⃗ song song với cạnh BC, có chiều

từ B đến C

a) Tính công của lực điện khi q di chuyển trên mỗi cạnh của tam giác

b) Tính hiệu điện thế giữa hai điểm A và B, B và C, A và C

Ví dụ 14 Cho một điện trường đều có cường độ 4.103 V/m Vectơ cường độ điện trường song song với cạnh huyền BC của tam giác vuông ABC và có chiều từ B đến C

a) Tính hiệu điện thế giữa hai điểm BC, AB, AC Cho AB = 6 cm, AC = 8 cm

b) Gọi H là chân đường cao hạ từ đỉnh A xuống cạnh huyền của tam giác Tính hiệu điện thế giữa hai điểm A và H

Ví dụ 15 Cho ba bản kim loại phẳng tích điện A, B, C đặt song song nhau như hình

vẽ Cho biết d1 = 5 cm, d2 = 8 cm Điện trường giữa các bản là đều và có chiều

như hình vẽ, có độ lớn E1 = 4.104 V/m, E2 = 5.104 V/m Chọn gốc điện thế tại

bản A Tìm điện thế VB, VC của hai bản B và C

Ví dụ 16 Một hạt bụi nhỏ có khối lượng m = 0,1 mg nằm lơ lửng trong điện trường giữa hai bản kim loại

phẳng nhiễm điện trái dấu đặt song song Các đường sức điện có phương thẳng đứng và chiều hướng

từ dưới lên trên Hiệu điện thế giữa hai bản là 120 V Khoảng cách giữa hai bản là 1 cm Xác định điện tích của hạt bụi Cho g = 10 m/s2

Ví dụ 17 Một quả cầu nhỏ có khối lượng m = 3,06.10−15 kg mang điện tích q = 4,8.10−18 C nằm lơ lững giữa hai tấm kim loại đặt song song nằm ngang nhiễm điện trái dấu, cách nhau một khoảng 2 cm Ta lấy g = 10 m/s2 Hãy tính hiệu điện thế đặt vào hai tấm kim loại đó

Ví dụ 18 Một quả cầu tích điện âm có khối lượng m = 4,5 g treo vào một sợi dây dài 1 m Quả cầu nằm

giữa hai tấm kim loại song song đặt thẳng đứng và tích điện trái dấu Hai tấm cách nhau 4 cm Đặt một hiệu điện thế 750 V vào hai tấm đó thì quả cầu lệch khỏi vị trí ban đầu 1 cm Tính điện tích của quả cầu Lấy g = 10 m/s2

Ví dụ 19 Cho hai tấm kim loại phẳng rộng, đặt nằm ngang, song song với nhau và cách nhau d = 5 cm

Hiệu điện thế giữa hai tấm đó bằng 50 V

a) Hỏi điện trường và đường sức điện trường ở bên trong hai tấm kim loại có gì đáng chú ý ? Tính cường

độ điện trường trong khoảng không gian đó

b) Một electron có vận tốc ban đầu rất nhỏ chuyển động từ tấm tích điện âm về phía tấm tích điện dương Hỏi khi tới tấm tích điện dương thì electron nhận được một năng lượng bằng bao nhiêu ? Tính vận tốc của electron lúc đó

Ví dụ 20 Bắn một electron với vận tốc ban đầu rất nhỏ vào một điện trường đều giữa

hai bản kim loại phẳng theo phương song song với các đường sức điện (hình

vẽ) Biết electron được tăng tốc trong điện trường và khi ra khỏi điện trường nó

có vận tốc 107 m/s

a) Hãy cho biết dấu điện tích của các bản kim loại A và B nói trên

b) Tính hiệu điện thế UAB giữa hai bản Cho qe = −1,6.10−19 C, me = 9,1.10−31 kg

Ví dụ 21 Cho một electron chuyển động dọc theo một đường sức của một điện trường đều có cường độ là

E = 100 V/m Vận tốc ban đầu của electron bằng 300 km/s Hỏi electron chuyển động được quãng đường bao nhiêu thì dừng lại

Ví dụ 22 Hai bản kim loại phẳng, đặt nằm ngang, song song và cách nhau khoảng d = 10 cm Hiệu điện

thế giữa hai bản là U = 100 V Từ một điểm cách bản điện tích âm một khoảng d1 = 4 cm, một electron có vận tốc ban đầu v0 = 3.106 m/s, chuyển động dọc theo đường sức của điện trường đến bản điện tích âm Hỏi electron chuyển động như thế nào ? Đi được quãng đường là bao nhiêu ? Cho biết điện trường giữa hai bản là đều và bỏ qua tác dụng của trọng lực

Ví dụ 23 Một electron có vận tốc ban đầu v0 = 2.106 m/s bay vào điện trường đều có E = 4 550 V/m, theo phương song song và cùng chiều với các đường sức

a) Tìm gia tốc và mô tả chuyển động của electron

b) Tính khoảng cách từ điểm bay đến điểm dừng lại và hiệu điện thế U giữa hai điểm đó

BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM : ĐIỆN THẾ HIỆU ĐIỆN THẾ

Câu 1 Di chuyển một điện tích điểm q từ điểm M đến điểm N trong một điện trường Công AMN của lực điện sẽ càng lớn nếu

A đường đi MN càng dài B đường đi MN càng ngắn

C hiệu điện thế UMN càng lớn D hiệu điện thế UMN càng nhỏ

Câu 2 Hai điểm M và N nằm trên cùng một đường sức của một điện trường đều có cường độ E, hiệu điện thế giữa M và N là UMN, khoảng cách MN = d Công thức nào sau đây không đúng ?

A UMN = VM – VN B UMN = E.d C AMN = q.UMN D E = UMN.d

Câu 3 Thả một ion dương cho chuyển động không vận tốc đầu từ một điểm bất kì trong một điện trường

do hai điện tích điểm dương gây ra Ion đó sẽ chuyển động

A dọc theo một đường sức điện

B dọc theo một đường nối hai điện tích điểm

C từ một điểm có điện thế cao đến điểm có điện thế thấp

D từ một điểm có điện thế thấp đến điểm có điện thế cao

Câu 4 Thả một êlectron không vận tốc đầu trong một điện trường bất kì Êlectron đó sẽ

A chuyển động dọc theo một đường sức điện

B chuyển động từ điểm có điện thế cao xuống điểm có điện thế thấp

C chuyển động từ điểm có điện thế thấp lên điểm có điện thế cao

D đứng yên

Câu 5 Trong không khí luôn có những ion và electron tự do Nếu thiết lập một điện trường trong không khí thì điện trường này sẽ làm cho các ion và electron dịch chuyển như thế nào ?

A Electron sẽ di chuyển từ điểm có điện thế cao đến điểm có điện thế thấp

B Electron sẽ di chuyển từ điểm có điện thế thấp đến điểm có điện thế cao

C Ion dương sẽ di chuyển từ điểm có điện thế thấp đến điểm có điện thế cao

D Các ion và electron sẽ không dịch chuyển

Câu 6 Dưới tác dụng của lực điện trường một điện tích điểm q < 0 chuyển động từ trạng thái nghỉ, từ A

đến B trong một điện trường đều Kết luận nào sau đây là đúng ?

A Vectơ cường độ điện trường hướng từ A đến B B Điện thế ở A cao hơn điện thế ở B

C Điện thế ở B cao hơn điện thế ở A D Điện thế ở A bằng điện thế ở B

Câu 7 Một điện tích điểm q < 0 di chuyển từ một điểm M có điện thế VM đến điểm N có điện thế VN ,trong một điện trường Gọi AMN là công của lực điện tác dụng lên điện tích làm cho nó di chuyển từ M đến

N Điều khẳng định nào dưới đây là đúng ?

A AMN = 0; VM < VN B AMN < 0; VM < VN C AMN > 0; VM > VN D AMN > 0; VM < VN

Câu 8 Một điện tích điểm q dương di chuyển từ một điểm M có điện thế VM đến điểm N có điện thế

VN ,trong một điện trường Gọi AMN là công của lực điện tác dụng lên điện tích làm cho nó di chuyển

từ M đến N Điều khẳng định nào dưới đây là đúng ?

Câu 10 Ba điểm A, B, C nằm trong một điện trường đều hợp thành một tam giác

vuông ABC, có cạnh AB vuông góc với đường sức của điện trường (hình vẽ)

Chọn kết luận đúng về điện thế tại các điểm A, B, C

A VC = VA < VB B VA = VB > VC

C VA = VB < VC D VC = VA > VB

Câu 11 Điện thế tại hai điểm M, N trong một điện trường đều lần lượt là VM = 1 V và VN = 2 V Gọi EM,

EN là độ lớn của véctơ cường độ điện trường tại M, N Khi này

A EM = EN. B EN = 2EM. C EM = 4EN. D EM = 2EN

Câu 12 Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N là UMN = 40 V Chọn đáp án chắc chắn đúng

A Điện thế ở M là 40 V B Điện thế ở N bằng 0

C Điện thế ở M có giá trị dương, ở N có giá trị âm D Điện thế ở M cao hơn điện thế ở N là 40 V

Câu 13 Biết hiệu điện thế UMN = 3 V Hỏi đẳng thức nào dưới đây chắc chắn đúng ?

A VM = 3 V B VN = 3 V B VM – VN = 3 V D VN – VM = 3 V

Câu 14 Cho ba bản kim loại phẳng 1, 2, 3 được tích điện và đặt song song nhau, lần lượt nhau cách nhau những khoảng d12 = 5 cm, d23 = 8 cm, bản 1 và 3 tích điện dương, bản 2 tích điện âm Biết cường độ điện trường giữa các bản tương úng là E12 = 4.104 V/m và E23 = 5.104 V/m Nếu chọn gốc điện thế tại bản 1 thì điện thế của các bản 2 và 3 lần lượt là

A V2 = 2000 V ; V3 = 4000 V B V2 = −2000 V ; V3 = 4000 V

A

B

C

Câu 19 Một điện tích điểm q = +10 μC chuyển động từ đỉnh B đến đỉnh C của tam giác đều ABC, nằm trong điện trường đều có cường độ 5000 V/m có đường sức điện trường song song với cạnh BC có chiều từ C đến B Biết cạnh tam giác bằng 10 cm Công của lực điện trường thực hiện khi di chuyển điện tích trên theo đoạn thẳng B đến C có giá trị là

A 2,5.10−4 J B −2,5.10−4 J C −5.10−3 J D 5.10−3 J

Câu 20 Một điện tích điểm q = +10 μC chuyển động từ đỉnh B đến đỉnh C của tam giác đều ABC, nằm trong điện trường đều có cường độ 5000 V/m có đường sức điện trường song song với cạnh BC có chiều từ C đến B Biết cạnh tam giác bằng 10 cm Công của lực điện trường thực hiện khi di chuyển điện tích trên theo đoạn gấp khúc BAC có giá trị là

A −10.10−4 J B −2,5.10−4 J C −5.10−4 J D 10.10−4 J

Câu 21 Một điện trường đều cường độ 4 000 V/m, có phương song song với cạnh huyền BC của một tam giác vuông ABC và có chiều từ B đến C Cho biết AB = 6 cm, AC = 8 cm Hiệu điện thế giữa hai điểm B và C có giá trị là

Câu 24 Một quả cầu kim loại khối lượng 4,5.10−3 kg treo vào đầu một sợi dây dài l = 1 m, quả cầu nằm

giữa hai tấm kim loại phẳng song song thẳng đứng cách nhau 4 cm Đặt hiệu điện thế giữa hai tấm

là 750 V, thì quả cầu lệch 1 cm ra khỏi vị trí ban đầu, lấy g = 10 m/s2 Điện tích của quả cầu là

Câu 25 Dưới tác dụng của lực điện trường, một điện tích điểm q = 2.10−6 C chuyển động từ điểm M đến điểm N trong điện trường Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N là UMN = 100 V Độ biến thiên động năng của điện tích trong sự di chuyễn này là

A −2.10−4 J B 2.10−8 J C −2.10−8 J D 2.10−4 J

Câu 26 Một điện tích điểm q = +10-6C, đang chuyển động với động năng Wđ = 5.10−4 J từ một điểm có điện thế V1 = 600 V dọc theo đường sức điện của một điện trường đều Điện tích đó có động năng bằng 0 tại điểm có điện thế bằng

Câu 27 Một electron bay với vận tốc v = 1,5.107 m/s từ một điểm có điện thế V1 = 800 V, theo hướng của các đường sức Hãy xác định điện thế V2 của điểm mà ở đó electron dừng lại

Câu 28 Một electron bay từ bản âm sang bản dương của một tụ điện phẳng Điện trường trong khoảng hai bản tụ có cường độ E = 6.104 V/m Khoảng cách giữa hai bản tụ d = 5 cm Biết vận tốc ban đầu của electron bằng không Vận tốc tức thời của electron khi chạm bản dương là

A 3,2.107 m/s B 1,6.107 m/s C 4,8.107 m/s D 2.107 m/s

Câu 29 Cho một electron bay với vận tốc là 3.107 m/s trong điện trường đều của hai bản kim loại phẳng song song tích diện trái dấu cách nhau 2 cm, theo hướng song song và cách đều hai bản Hiệu điện thế giữa hai bản phải là bao nhiêu để electron lệch đi 2,5 mm khi đi được đoạn đường 5 cm trong điện trường ?

-

BÀI 6 TỤ ĐIỆN

1 Tụ điện

1.1 Khái niệm về tụ điện

Tụ điện là một hệ gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện

Tụ điện là một dụng cụ dùng để chứa điện tích

1.2 Tụ điện phẳng

Tụ điện phẳng được cấu tạo bởi hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp điện môi Hai bản kim loại này là hai bản của tụ điện

1.3 Tích điện cho tụ điện

Muốn tích điện cho tụ điện, người ta nối hai bản của tụ điện với hai cực của một nguồn điện Bản nối với cực dương của nguồn điện sẽ được tích điện dương, bản nối với cực âm sẽ tích điện âm

Điện tích trên hai bản của tụ điện bao giờ cũng có độ lớn bằng nhau nhưng trái dấu Người ta qui ước điện tích của bản tích điện dương là điện tích của tụ điện

2 Điện dung của tụ điện

2.2 Đơn vị điện dung

Điện dung có đơn vị là fara, kí hiệu là F

3 Các loại tụ điện

• Một số loại tụ điện thường được đặt theo tên của lớp điện môi như : tụ điện không khí, tụ giấy, tụ mica, tụ sứ, tụ gốm,…

• Trên vỏ của mỗi tụ điện thường có ghi một cặp số liệu, ví dụ như 10 µF – 220 V Cặp số liệu này chính

là điện dung và hiệu điện thế giới hạn của tụ điện

4 Năng lượng của điện trường trong tụ điện

Khi tụ điện được tích điện thì giữa hai bản của tụ điện sẽ tồn tại một điện trường, điện trường bên trong

tụ sẽ dự trữ một năng lượng và năng lượng này ta gọi là năng lượng điện trường

BÀI TẬP VÍ DỤ PHẦN TỤ ĐIỆN

Ví dụ 1 Một tụ điện có điện dung 500 pF được mắc vào hai cực của nguồn điện có hiệu điện thế 220 V

Tính điện tích của tụ điện

Ví dụ 2 Một tụ điện phẳng không khí có điện dung 1000 pF và khoảng cách giữa hai bản là d = 1 mm

Tích điện cho tụ dưới hiệu điện thế 60 V

a) Tính điện tích của tụ điện và cường độ điện trường trong tụ điện

b) Sau đó, ngắt tụ điện ra khỏi nguồn điện và thay đổi khoảng cách d giữa hai bản Hỏi ta sẽ tốn công khi tăng hay khi giảm d ?

Ví dụ 3 Một tụ điện không khí có điện dung 1000 pF và khoảng cách giữa hai bản là d = 1 cm Tính điện

tích tối đa có thể tích cho tụ, biết rằng điện trường trong không khí lên đến 3.106 V/m thì không khí

sẽ trở thành dẫn điện

Ví dụ 4 Trên vỏ của một tụ điện có ghi 20 µF – 200 V Nối hai bản tụ điện với một hiệu điện thế 120 V

Hãy tính :

a) Điện tích của tụ điện b) Điện tích tối đa mà tụ điện tích được

Ví dụ 5 Tích điện cho tụ điện C1 có điện dung 20 µF dưới hiệu điện thế 200 V Sau đó nối tụ điện C1 với

tụ điện C2 có điện dung 10 µF chưa tích điện Sử dụng định luật bảo toàn điện tích, hãy tính điện tích

và hiệu điện thế giữa hai bản của mỗi tụ sau khi nối các bản cùng dấu với nhau

Ví dụ 6 Electron trong đèn hình vô tuyến phải có động năng vào cỡ 40.10−20 J thì khi đập vào màn hình

nó mới làm phát quang lớp bột phát quang phủ ở đó Để tăng tốc electron, người ta phải cho êlectron bay qua điện trường của một tụ điện phẳng, dọc theo một đường sức điện Ở hai bản của tụ điện có khoét hai lỗ tròn cùng trục và có cùng đường kính Electron chui vào trong tụ điện qua một lỗ và chui qua ở lỗ kia

a) Electron bắt đầu đi vào điện trường của tụ điện ở bản dương hay bản âm ?

b) Tính điện thế giữa hai bản của tụ điện Bỏ qua động năng ban đầu của electron khi bắt đầu đi vào điện trường trong tụ điện Cho điện tích của electron là – 1,6.10−19

C

c) Khoảng cách giữa hai bản tụ điện là 1 cm Tính cường độ điện trường trong tụ điện

BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM : TỤ ĐIỆN

Câu 1 Đại lượng nào đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ?

A Điện dung của tụ điện B Điện tích của tụ

C Cường độ điện trường trong tụ D Hiệu điện thế giữa hai bản của tụ điện

Câu 2 Chọn phát biểu đúng

A Điện dung của tụ điện phụ thuộc vào điện tích của nó

B Điện dung của tụ điện phụ thuộc vào hiệu điện thế giữa hai bản của nó

C Điện dung của tụ điện phụ thuộc cả vào điện tích lẫn hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện

D Điện dung của tụ điện không phụ thuộc vào điện tích và hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện

Câu 3 Chọn phát biểu đúng

A Điện dung cua tụ điện tỉ lệ với điện tích của nó

B Điện tích của tụ điện tỉ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai bản của nó

C Hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện tỉ lệ với điện dung của nó

D Điện dung của tụ điện tỉ lệ nghịch với hiệu điện thế giữa hai bản của nó

Câu 4 Hai tụ điện chứa cùng một lượng điện tích thì

A chúng phải có cùng điện dung

B hiệu điện thế giữa hai bản của mỗi tụ điện phải bằng nhau

C tụ điện nào có điện dung lớn hơn, sẽ có hiệu điện thế giữa hai bản lớn hơn

D tụ điện nào có điện dung lớn hơn, sẽ có hiệu điện thế giữa hai bản nhỏ hơn

Câu 5 Trường hợp nào dưới đây ta có một tụ điện ?

A Một quả cầu kim loại nhiễm điện, đặt xa các vật khác

B Một quả cầu thủy tinh nhiễm điện, đặt xa các vật khác

C Hai quả kim loại, không nhiễm điện, đặt gần nhau trong không khí

D Hai quả cầu thủy tinh, không nhiễm điện, đặt gần nhau trong không khí

Câu 6 Gọi Q, C và U là điện tích, điện dung và hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện Phát biểu nào đúng ?

A C tỉ lệ thuận với U B C tỉ lệ nghịch với Q

C C không phụ thuộc vào Q và U D C phụ thuộc vào Q và U

Câu 7 Một tụ điện có điện dung C, được tích điện q, hiệu điện thế giữa hai bản tụ là U Nếu hiệu điện thế giữa hai bản tụ lên gấp đôi thì điện tích của tụ

A không đổi B tăng gấp đôi C tăng gấp bốn D giảm một nửa

Câu 8 Một tụ điện có điện dung C, điện tích q, hiệu điện thế U Ngắt tụ khỏi nguồn, giảm điện dung xuống còn một nửa thì điện tích của tụ

A không đổi B tăng gấp đôi C Giảm còn một nửa D bằng không

Câu 9 Một tụ điện có điện dung 20 µF, được tích điện dưới hiệu điện thế 40 V Điện tích mà tụ điện tích được khi này là

Câu 10 Một tụ điện có điện dung 500 pF mắc vào hai cực của một máy phát điện có hiệu điện thế 220 V Tính điện tích của tụ điện

Câu 11 Một tụ điện có điện dung 24 nF được tích điện đến hiệu điện thế 450 V thì có bao nhiêu êlectron

di chuyển đến bản tích điện âm của tụ ?

A 6,75.1013 êlectron B 6,75.1012 êlectron C 6,75.1011 êlectron D 6,75.1014 êlectron

Câu 12 Trên vỏ một tụ điện có ghi 20 F − 200 V Nối hai bản tụ điện với một hiệu điện thế 120 V Điện tích của tụ điện khi này là

A 12.10−4 C B 24.10−4 C C 2.10−3 C D 4.10−3 C

Câu 13 Cho tụ điện phẳng có điện dung 5 nF Biết cường độ điện trường lớn nhất mà tụ có thể chịu được

là 3.105 V/m, khoảng cách giữa hai bản tụ là 2 mm Điện tích lớn nhất có thể tích được cho tụ là

A 2.10−6 C B 2,5.10−6 C C 3.10−6 C D 4.10−6 C

Câu 14 Một tụ điện có điện dung 5 nF, điện trường lớn nhất mà tụ có thể chịu được là 3.105 V/m, khoảng cách giữa hai bản là 2 mm Hiệu điện thế lớn nhất giữa hai bản tụ là

Câu 15 Một tụ điện phẳng có điện môi là không khí có điện dung là 2 μF, khoảng cách giữa hai bản tụ là

1 mm Tụ chịu được Biết điện trường giới hạn đối với không khí là 3.106 V/m Hiệu điện thế và điện tích cực đại của tụ là

A không đổi B tăng gấp đôi C Giảm còn một nửa D giảm một phần tư

Câu 18 Một tụ điện có điện dung C, điện tích q, hiệu điện thế U Ngắt tụ khỏi nguồn, giảm điện dung xuống còn một nửa thì hiệu điện thế giữa hai bản tụ:

A không đổi B tăng gấp đôi C Giảm còn một nửa D giảm một phần tư

-

CHƯƠNG II DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI BÀI 7 DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI NGUỒN ĐIỆN

1 Một số khái niệm cơ bản về dòng điện

• Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các hạt điện tích Ví dụ : Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển động có hướng của các hạt electron tự do

• Qui ước về chiều của dòng điện : Chiều của dòng điện qui ước là chiều của các hạt điện tích dương

• Khi dòng điện chạy qua các vật dẫn thì nó gây ra một số tác dụng như : Tác dụng nhiệt, tác dụng từ, tác dụng hóa học, tác dụng sinh lí,…

2 Cường độ dòng điện Dòng điện không đổi

2.2 Dòng điện không đổi

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

Đối với dòng điện không đổi, thì công thức (7.1) trở thành :

3.1 Điều kiện để có dòng điện

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

3.2 Nguồn điện

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

• Một số nguồn điện hay gặp là pin và acquy

4 Suất điện động của nguồn điện

4.1 Công của nguồn điện

Nguồn điện là một nguồn năng lượng, vì nó có khả năng thực hiện công khi dịch chuyển các điện tích

dương bên trong nguồn điện ngược chiều điện trường, hoặc dịch chuyển các điện tích âm bên trong nguồn

cùng chiều điện trường Sự dịch chuyển của các điện tích này nhằm duy trì sự tích điện và do đó duy trì

một hiệu điện thế ở hai cực của nguồn điện Như vậy, công dùng để dịch chuyển các điện tích này không phải là công của lực điện mà công của lực nào đó ta gọi là lực lạ

Bản chất công của lực lạ này chính là công do một nguồn năng lượng nào đó bên trong nguồn điện thực hiện lên các điện tích và làm cho chúng chuyển động như đã nói, nghĩa là ngược với chiều của lực điện

Nguồn năng lượng đó có thể là hóa năng trong pin điện hóa và acquy, có thể là cơ năng trong máy phát

tĩnh điện hoặc nhiệt năng trong pin nhiệt điện

Như vậy, công của các lực lạ thực hiện làm dịch chuyển các điện tích qua nguồn điện được gọi là công

của nguồn điện

4.2 Suất điện động của nguồn điện

Suất điện động ξ của một nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của ngườn điện và được đo bằng thương số giữa công A của lực lạ thực hiện khi dịch chuyển một điện tích dương q ngược chiều điện trường bên trong nguồn điện và độ lớn của điện tích q đó

ξ = A

q

Đơn vị của suất điện động có cùng đơn vị với điện thế và hiệu điện thế là vôn (V)

DẠNG BÀI TẬP : Đại cương về dòng điện không đổi – Nguồn điện

• Cường độ dòng điện không đổi :

I = q

t

• Số electron chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn :

Đối với dây dẫn kim loại, hạt tải điện là electron mang điện tích là e = −1,6.10−19 C Điện lượng q chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn còn được xác định bằng công thức :

q = N|e|

(Với N là số electron chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong thời gian t)

• Suất điện động của nguồn điện

Nếu A là công của lực lạ làm di chuyển điện tích q bên trong nguồn điện thì suất điện động ξ của nguồn điện được xác định bằng công thức :

ξ = A

q

VÍ DỤ ÁP DỤNG

Ví dụ 1 Cường độ dòng điện không đổi chạy qua dây tóc của một bóng đèn là I = 0,273 A

a) Tính điện lượng dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây tóc trong thời gian 1 phút

b) Tính số electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây tóc trong khoảng thời gian nói trên Biết điện tích của một electron là –1,6.10−19 C

Ví dụ 2 Một dòng điện không đổi trong thời gian 10 s có một điện lượng 1,6 C chạy qua

a) Tính cường độ của dòng điện đó

b) Tính số eletron chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong thời gian 10 phút

Ví dụ 3 Số electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong khoảng thời gian 2 s là 6,25.1018 e Khi đó dòng điện qua dây dẫn có cường độ bao nhiêu ?

Ví dụ 4 Biết suất điện động của một acquy là 6 V Tính công của lực lạ khi dịch chuyển lượng điện tích là

0,8 C bên trong nguồn điện từ cực âm đến cực dương của nó

Ví dụ 5 Lực lạ thực hiện công 1200 mJ khi di chuyển một lượng điện tích 5.10−2 C giữa hai cực bên trong nguồn điện Tính suất điện động của nguồn điện này

Ví dụ 6 Một bộ acquy có suất điện động 12 V nối vào một mạch kín

a) Tính lượng điện tích dịch chuyển ở giữa hai cực của nguồn điện để acquy sản ra công 540 J

b) Thời gian dịch chuyển lượng điện tích này là 5 phút Tính cường độ dòng điện chạy qua acquy này c) Tính số electron dịch chuyển qua tiết diện thẳng của dây dẫn trong thời gian 1 phút

Ví dụ 7 Một bộ acquy có cung cấp một dòng điện 5 A liên tục trong 4 giờ thì phải nạp lại

a) Tính cường độ dòng điện mà acquy này có thể cung cấp nếu nó được sử dụng liên tục trong 12 giờ thì phải nạp lại

b) Tính suất điện động của acquy nếu trong thời gian hoạt động trên nó sản sinh một công 1728 kJ

BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM : DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI NGUỒN ĐIỆN

Câu 1 Dòng điện chạy trong mạch điện nào dưới đây không phải là dòng điện không đổi ?

A Trong mạch điện thắp sáng đèn của xe đạp với nguồn điện là đinamô

B Trong mạch điện kín của đèn pin

C Trong mạch điện kín thắp sáng đèn với nguồn điện là acquy

D Trong mạch điện kín thắp sáng đèn với nguồn điện là pin mặt trời

Câu 2 Điều kiện để có dòng điện là

B các vật dẫn điện nối với nhau tạo thành mạch kín A có hiệu điện thế

C duy trì một hiệu điện thế giữa hai đầu một vật dẫn D có nguồn điện

Câu 3 Dòng điện không đổi là

A Dòng điện có chiều không thay đổi theo thời gian

B Dòng điện có cường độ không thay đổi theo thời gian

C Dòng điện có điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng của dây không đổi theo thời gian

D Dòng điện có chiều và cường độ không thay đổi theo thời gian

Câu 4 Quy ước chiều dòng điện là

A chiều dịch chuyển của các electron B chiều dịch chuyển của các ion

C chiều dịch chuyển của các ion âm D chiều dịch chuyển của các điện tích dương

Câu 5 Chọn phát biểu sai về dòng điện ?

A Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích tự do

B Trong dây dẫn kim loại, chiều của dòng điện ngược với chiều chuyển động của các electron

C Dòng điện có thể gây ra nhiều tác dụng như: tác dụng từ, tác dụng nhiệt, tác dụng hóa học,…

D Dòng điện không đổi là dòng điện một chiều, có chiều không đổi theo thời gian

Câu 6 Tác dụng đặc trưng nhất của dòng điện là

A.tác dụng nhiệt B tác dụng hóa học C tác dụng từ D tác dụng cơ học

Câu 7 Suất điện động của một nguồn điện được đo bằng

A công mà các lực lạ thực hiện được khi dịch chuyển một đơn vị điện tích dương ngược chiều điện trường bên trong nguồn

B điện lượng lớn nhất mà nguồn điện đó có thể cung cấp khi phát điện

C lượng điện tích dịch chuyển qua nguồn điện trong một đơn vị thời gian

D công mà lực điện thực hiện trong một đơn vị thời gian

Câu 8 Suất điện động của nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng

A sinh công của mạch điện B thực hiện công của nguồn điện

C tác dụng lực của nguồn điện D dự trữ điện tích của nguồn điện

Câu 9 Các lực lạ bên trong nguồn điện không có tác dụng

A tạo ra các điện tích mới cho nguồn điện

B tạo ra và duy trì hiệu điện thế giữa hai cực của nguồn điện

C tạo ra và duy trì sự tích điện khác nhau ở hai cực của nguồn điện

D làm các điện tích dương dịch chuyển ngược chiều điện trường bên trong nguồn điện

Câu 10 Cường độ dòng điện chạy qua tiết diện thẳng của dây dẫn là 1,5 A Trong khoảng thời gian 3 s thì điện lượng chuyển qua tiết diện dây là

BÀI 8 ĐIỆN NĂNG CÔNG SUẤT ĐIỆN

1 Điện năng tiêu thụ và công suất điện của đoạn mạch

1.1 Điện năng tiêu thụ của đoạn mạch

Lượng điện năng mà mà một đoạn mạch tiêu thụ khi có dòng điện chạy qua để chuyển hóa thành các

dạng năng lượng khác được đo bằng công của lực điện trường thực hiện khi dịch chuyển có hường các

điện tích và được xác định bằng công thức :

A = Uq = UIt

1.2 Công suất điện

Công suất điện của một đoạn mạch là công suất tiêu thụ điện năng của đoạn mạch đó và có trị số bằng điện năng mà đoạn mạch tiêu thụ trong một đơn vị thời gian, hoặc bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó

P = A

t = UI

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

2.1 Định luật Jun – Lenxơ

Nhiệt lượng Q tỏa ra ở một vật dẫn tỉ lệ thuận với điện trở của vật dẫn, với bình phương cường độ dòng điện và với thời gian dòng điện chạy qua vật dẫn đó

Q = RI2t

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

Công suất tỏa nhiệt P ở vật dẫn khi có dòng điện chạy qua đặc trưng cho tốc độ tỏa nhiệt của vật dẫn đó

và được xác định bằng nhiệt lượng tỏa ra ở vật dẫn trong một đơn vị thời gian

P = Q

t = RI2

3 Công và công suất của nguồn điện

3.1 Công của nguồn điện

Theo định luật bảo toàn năng lượng, công của nguồn điện (hay công của lực lạ bên trong nguồn điện)

bằng điện năng tiêu thụ trong toàn mạch

Ang = qξ = ξIt

3.2 Công suất của nguồn điện

Công suất Png của nguồn điện đặc trưng cho tốc độ thực hiện công của nguồn điện đó và được xác định bằng công của nguồn điện thực hiện trong một đơn vị thời gian

Png = Ang

t = ξt

CÁC DẠNG BÀI TẬP VỀ ĐIỆN NĂNG – CÔNG SUẤT ĐIỆN

8.1 Điện trở tương đương – Định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ chứa điện trở

• Định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ chứa điện trở :

Cường độ dòng điện I chạy qua đoạn mạch tỉ lệ thuận với điện áp U giữa hai đầu đoạn mạch và tỉ lệ nghịch với điện trở tương đương R của đoạn mạch

I = U

R

• Đoạn mạch có các điện trở mắc nối tiếp :

+) Điện trở tương đương của đoạn mạch :

Rtđ = R1+ R2 + ⋯ + Rn

+) Đặc điểm của đoạn mạch có các điện trở mắc nối tiếp :

− Cường độ dòng điện chạy qua các điện trở bằng nhau và bằng cường độ dòng điện chạy qua mạch

IAB= I1 = I2 = ⋯ = In

− Hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch bằng tổng các hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi điện trở :

UAB= U1+ U2+ ⋯ + Un

• Đoạn mạch có các điện trở mắc song song :

+) Điện trở tương đương của đoạn mạch :

+) Đặc điểm của đoạn mạch có các điện trở mắc song song :

− Cường độ dòng điện chạy qua mạch chính bằng tổng các cường độ dòng điện chạy

qua các điện trở (hay chạy qua các nhánh của mạch) :

Ví dụ 2 Đoạn mạch gồm điện trở R1 = 300  mắc song song với điện trở R2 = 600 , hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch này là 24 V Tính cường độ dòng điện qua mỗi điện trở

Ví dụ 3 Cho mạch điện với các điện trở được mắc như hình vẽ Cho

biết : R1 = 12 Ω, R2 = 15 Ω, R3 = 5 Ω

a) Tính điện trở tương đương của mạch

b) Khi đặt vào hai đầu A, B một hiệu điện thế U thì cường độ dòng

điện chạy qua mạch chính là I = 2 A Tính cường độ dòng điện

qua các điện trở

Ví dụ 4 Cho mạch điện với các điện trở được mắc như hình vẽ Cho

biết : R1 = 3 Ω, R2 = 6 Ω, R3 = 4 Ω

a) Tính điện trở tương đương của đoạn mạch

b) Biết hiệu điện thế giữa hai đầu A, B là UAB = 9 V Tính cường

độ dòng điện chạy qua từng điện trở và hiệu điện thế giữa hai

đầu mỗi điện trở

8.2 Điện năng, công suất tiêu thụ của đoạn mạch – Nhiệt lượng, công suất tỏa nhiệt

• Điện năng, công suất tiêu thụ trên một đoạn mạch :

+) Điện năng tiêu thụ của một đoạn mạch trong thời gian t bằng công của lực điện trường (hay còn gọi

là công của dòng điện) thực hiện trong thời gian này

A = UIt Trong đó : U, I lần lượt là hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn mạch và dòng điện chạy trong mạch +) Công suất tiêu thụ của một đoạn mạch (công suất của dòng điện) là đại lượng đặc trưng cho tốc độ tiêu thụ điện năng của đoạn mạch đó

P = UI

• Nhiệt lượng, công suất tỏa nhiệt :

+) Trong trường hợp đoạn mạch chỉ có điện trở R thì điện năng tiêu thụ trong công thức trên chính là nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R Theo Định luật Jun-Lenxơ ta có :

Q = RI2t +) Công suất tỏa nhiệt trên điện trở R là đại lượng đặc trưng cho tốc độ tỏa nhiệt của điện trở R đó :

P = RI2

• Những lưu ý khi giải bài tập :

+) Trên mỗi dụng cụ tiêu thụ điện năng đều có ghi hai trong chỉ số P, U, I Các chỉ số này được gọi là chỉ số định mức của dụng cụ Từ đó, ta cần lưu ý: (ví dụ với bóng đèn dây tóc)

+) Với đúng các chỉ số này thì đèn sáng bình thường Công suất tỏa nhiệt bằng với công suất định mức

+) Với các chỉ số của hiệu điện thế và cường độ dòng điện khác với chỉ số định mức thì đèn sáng không bình thường (sáng hơn hay tối hơn) Công suất tỏa nhiệt cũng khác công suất định mức +) Khi đèn sáng bình thường hay không bình thường thì điện trở của đèn có thể coi là không đổi và được xác định bằng công thức sau :

Ví dụ 5 Một bóng đèn có ghi 6 V – 6 W, khi mắc bóng đèn vào hiệu điện thế U = 6 V thì cường độ dòng

điện qua bóng là bao nhiêu ?

Ví dụ 6 Cho hai bóng đèn, mỗi đèn có ghi : đèn I (120 V – 40 W) ; đèn II (120 V – 60 W)

a) Cho biết ý nghĩa của những con số nêu trên ?

b) Mắc nối tiếp hai đèn lại với nhau rồi mắc vào nguồn có hiệu điện thế U = 240 V

+) Tính điện trở của mỗi đèn và cường độ dòng điện qua hai đèn

+) Tính hiệu điện thế và công suất tiêu thụ của mỗi đèn

+) Nhận xét về độ sáng của mỗi đèn Cho biết điều kiện để hai đèn trên sáng bình thường khi mắc nối tiếp vào một hiệu điện thế 240V là gì ?

Ví dụ 7 Cho hai bóng đèn: đèn I (120 V – 60 W), đèn II (120 V – 45 W)

a) Tính điện trở và cường độ dòng điện định mức của mỗi đèn

b) Mắc hai bóng đèn trên vào hiệu điện thế U = 240 V theo hai cách như hình vẽ bên dưới Tính điện trở R1, R2 để hai bóng đèn sáng bình thường Với điều kiện đèn sáng bình thường thì cách mắc nào

có lợi hơn ?

Ví dụ 8 Một bàn là khi sử dụng với hiệu điện thế 220 V thì dòng điện chạy qua bàn là có cường độ là 5 A

a) Tính nhiệt lượng mà bàn là tỏa ra trong 20 phút theo đơn vị jun

b) Tính tiền điện phải trả cho việc sử dụng bàn là này trong 30 ngày, mỗi ngày 20 phút, cho rằng giá trị tiền điện là 700 đ/(kWh)

Ví dụ 9 Một bếp điện có hai dây điện trở Nếu sử dụng dây thứ nhất nước trong nối sẽ sôi sau khoảng thời

gian t1 = 10 phút Nếu sử dụng dây thứ hai, thời gian sôi là t2 = 40 phút Tính thời gian để đun sôi nước nếu hai dây điện trở mắc :

Bỏ qua sự tỏa nhiệt của bếp ra môi trường ngoài

Ví dụ 10 Dùng bếp điện để đun sôi nước trong ấm Nếu nối bếp với hiệu điện thế U1 = 120 V, thời gian đun sôi nước là t1 = 10 phút còn nếu dùng U2 thì t2 = 15 phút

Hỏi nếu dùng U3 = 80 V thì thời gian đun sôi t3 là bao nhiêu Biết rằng nhiệt lượng hao phí trong khi đun nước tỉ lệ với thời gian đun sôi

Ví dụ 11 Dây nikêlin (điện trở suất ρ = 4,4.10−7 Ω.m) chiều dài 1 m, diện tích tiết diện 2 mm2 và dây nicrôm (điện trở suất ρ = 4,7.10−7

Ω.m) chiều dài 2 m, diện tích tiết diện 0,5 mm2 mắc nối tiếp vào một nguồn điện Hỏi dây nào sẽ tỏa nhiệt nhiều hơn và nhiều hơn bao nhiêu lần ?

Ví dụ 12 Một ấm điện được dùng với hiệu điện thế 220 V thì đun sôi được 1,5 lít nước từ nhiệt độ 200C trong 10 phút Biết nhiệt dung riêng của nước là c = 4200 J/(kg.K), khối lượng riêng của nước là

1000 kg/m3 và hiệu suất của ấm là 90%

a) Tính điện trở của ấm điện

b) Tính công suất điện của ấm này

Ví dụ 13 Bếp điện được nối với hiệu điện thế U = 120 V có công suất P = 600 W được dùng để đun sôi 2

lít nước (c = 4200 J/kg.K) từ 200C lên đến 1000C, hiệu suất bếp là 80%

a) Tìm thời gian đun và điện năng tiêu thụ (theo kWh)

b) Dây bếp điện có đường kính d1 = 0,2 mm, điện trở suất ρ = 4.10−7 Ω.m quấn trên ống hình trụ bằng

sứ đường kính d2 = 2 cm Tính số vòng dây bếp điện

BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM : ĐIỆN NĂNG – CÔNG SUẤT ĐIỆN

Câu 1 Số đếm của công tơ điện gia đình cho biết

A thời gian sử dụng điện của gia đình B công suất điện mà gia đình sử dụng

C điện năng mà gia đình đã sử dụng D số dụng cụ và thiết bị điện đang sử dụng

Câu 2 Điện năng biến đổi hoàn toàn thành nhiệt năng ở dụng cụ hay thiết bị điện nào dưới đây khi chúng hoạt động ?

Câu 3 Công suất của nguồn điện được xác định bằng

A lượng điện tích mà nguồn điện sản ra trong một giây

B công mà lực lạ thực hiện khi dịch chuyển một đơn vị diện tích dương ngược chiều điện trường bên trong nguồn điện trong một giây

C lượng điện tích chạy qua nguồn điện trong một giây

D công mà lực điện thực hiện khi dịch chuyển một đơn vị diện tích dương chạy trong mạch điện kín trong một giây

Câu 4 Không thể đo công suất điện tiêu thụ ở một đoạn mạch bằng các dụng cụ nào sau đây ?

C Vôn kế và Ampe kế D Công tơ điện và đồng hồ bấm giây

Câu 5 Giữa hai đầu A, B của một mạch điện có mắc song song ba điện trở R1 = 4 Ω; R2 = 5 Ω; R3 = 20 Ω Nếu cường độ dòng điện trong mạch chính bằng 4 A thì cường độ dòng điện trong R2 bằng

A R1 = 4 Ω ; R2 = 5 Ω B R1 = 6 Ω ; R2 = 3 Ω

C R1 = 1 Ω ; R2 = 8 Ω D R1 = 5,5 Ω ; R2 = 3,5 Ω

Câu 8 Trên một bóng đèn dây tóc có ghi 12 V – 1,25 A Kết luận nào dưới dây là sai ?

A Bóng đèn này luôn có công suất 15 W khi hoạt động

B Bóng đèn này chỉ có công suất 15 W khi mắc nó vào hiệu điện thế 12 V

C Bóng đèn này tiêu thụ điện năng 15 J trong 1 giây khi hoạt động bình thường

D Bóng đèn này có điện trở 9,6 Ω khi hoạt động bình thường

Câu 9 Hai bóng đèn có hiệu điện thế định mức lần lượt là U1 = 110 V ; U2 = 220 V và công suất định mức của chúng như nhau Tỉ số các điện trở giữa đèn 2 và đèn 1 là

A đèn 1 sáng yếu ; đèn 2 quá sáng, mau hỏng B đèn 2 sáng yếu ; đèn 1 quá sáng, mau hỏng

C đèn 1 sáng yếu ; đèn 2 cũng sáng yếu D đèn 1 và đèn 2 đều sáng bình thường

Câu 13 Ba bóng đèn có cùng điện áp định mức là U0 = 6 V, nhưng đèn 1 có công suất 3 W ; đèn 2 có công suất 6 W và đèn 3 có công suất 9 W Muốn mắc ba bóng đèn này vào điện áp U = 12 V để các bóng sáng bình thường, ta phải mắc theo cách nào sau đây ?

A Cả ba đèn mắc nối tiếp nhau B Cả ba đèn mắc song song nhau

C Đèn 1 mắc nối tiếp với đèn 2, sau đó mắc song song với đèn 3

D Đèn 1 mắc song song với đèn 2, sau đó mắc nối tiếp với đèn 3

Câu 14 Một bàn là điện được sử dụng dưới hiệu điện thế 220 V thì dòng điện chạy qua nó có cường độ bằng 4 A Mỗi ngày sử dụng bàn là này 30 phút và giá điện của 1 kW.h là 1500 đồng Tiền phải trả cho việc sử dụng bàn là này trong 30 ngày là

A 39 600 đồng B 79 200 đồng C 23 760 đồng D 19 800 đồng

Câu 15 Một dèn ống loại 40 W được chế tạo để có công suất chiếu sáng bằng đèn dây tóc loại 100 W Hỏi nếu sử dụng đèn ống này trung bình mỗi ngày 5 giờ thì trong 30 ngày sẽ giảm được bao nhiêu tiền điện so với sử dụng đèn dây tốc nói trên ? Cho rằng giá tiền điện là 700 đ/(kW.h)

A 6 300 đồng B 7 000 đồng C 4 200 đồng D 5 600 đồng

Câu 16 Khi hai điện trở giống nhau mắc nối tiếp vào một hiệu điện thế U thì công suất tiêu thụ là 20 W Nếu các điện trở này được mắc song song và nối vào hiệu điện thế thì công suất tiêu thụ tổng cộng của hai điện trở này là

Câu 17 Đọan mạch gồm biến trở R nối tiếp với điện trở R0 Khi đặt hiệu điện thế U không đổi giữa hai đầu mạch thì trên biến trở tỏa ra công suất P0 Nếu giá trị của biến trở giảm đi một nửa mà công suất trên nó vẫn không đổi thì quan hệ nào sau đây là đúng giữa R và R0 ?

Câu 18 Một bếp điện gồm hai dây điện trở R1 và R2 Nếu dùng riêng điện trở R1 thì thời gian đun sôi ấm nước là t1 = 10 phút Nếu dùng riêng R2 thì thời gian đun sôi ấm nước là t2 = 20 phút Thời gian đun sôi ấm nước khi R1 mắc nối tiếp với R2 là

A 15 phút B 20 phút C 30 phút D 10 phút

Câu 19 Một bếp điện gồm hai dây điện trở R1 và R2 Nếu bếp chỉ dùng riêng R1 thì thời gian đun sôi ấm nước là t1 = 10 phút Nếu bếp chỉ dùng riêng R2 thì thời gian đun sôi ấm nước là t2 = 15 phút Bỏ qua mọi mất mát năng lượng, lượng nước đun trong các lần là như nhau Thời gian đun sôi ấm nước khi bếp dùng R1 mắc song song với R2 là

A 12 phút B 18 phút C 6 phút D 25phút

-