caùc ñöôøng söùc ñieän. Vaän toác cuûa e khi noù chuyeån ñoäng ñöôïc 2. Moät tuï ñieän phaúng ñieän dung 10 pF, ñieän moâi laø khoâng khí. Khoaûng caùch giöõa hai baûn tuï 0,4 cm. Tích ñ[r]
Trang 1Chương 1: Điện Tích –Điện Trường Bài 1: Điện Tích -Định Luật Cu_Lông
A Hiện tượng nhiễm điện
Một vật nhiễm điện (còn được gọi là điện tích) có khả năng hút hoặc đẩy những vật khác
B Phân loại điện tích :
Điện tích được kí hiệu là q (đơn vị là Cu-lông (C) ) và phân thành hai loại: điện tích dương (q > 0) và điện tích âm (q < 0)
Chú ý: Hai điện tích cùng dấu (q1.q2 > 0) thì đẩy nhau
Hai điện tích trái dấu (q1.q2 < 0) thì hút nhau
C Làm thế nào có thể tích điện cho một vật ( hoặc làm thế nào để làm cho một vật trở thành điện tích)
Thuyết electron
(proton có điện tích +1,6.10-19C , notron không mang điện) Các electron chuyển động xung quanh hạt nhân có điện tích -1,6.10-19C
Điện tích của electron và của proton được gọi là điện tích nguyên tố
Thông thường trong nguyên tử, số điện tích âm (số electron) bằng số điện tích dương (số proton), nên nguyên tử có điện tích bằng 0, nguyên tử trung hòa về điện
* Chỉ có electron mới cỏ thể rời khỏi nguyên tử để di chuyển từ nơi này sang nơi khác Nếu nguyên tử trung hòa về điện bị mất electron, thì lúc này số diện tích dương nhiều hơn số điện tích âm nên nguyên tử tích điện dương
* Nếu nguyên tử trung hòa về điện nhận thêm electron, thì lúc này số diện tích dương ít hơn số điện tích âm nên nguyên tử tích điện âm
Các cách làm nhiễm điện một vật: Có 3 cách (cọ xát, tiếp xúc, hưởng ứng)
Chú ý: Khi cho vật A chưa nhiễm điện tiếp xúc với vật B đã nhiễm điện, sau khi tiếp xúc hai vật A,B nhiễm điện cùng dấu (cùng dấu với vật B ban đầu)
D Lực tương tác giữa hai điện tích q1 và q2
Phương: đường thẳng nối tâm hai điện tích
Chiều: : Hai điện tích cùng dấu (q1.q2 > 0) thì đẩy nhau
Hai điện tích trái dấu (q1.q2 < 0) thì hút nhau
q q
r
F12: lực tác dụng của q1 lên điện tích q2 F21: lực tác dụng của q2lên điện tích q1
k: hệ số tỉ lệ ( hằng số tĩnh điện ) k = 9.109 N.m2/ C2 r: khoảng cách giữa hai điện tích
ε : hằng số điện môi (ε 1)
q q
r
E Định luật bảo toàn điện tích
Trong một hệ cô lập về điện, tổng đại số của các điện tích là không đổi:
, , ,
1 2 n 1 2 n
Chú ý: Khi hai vật cùng bản chất, kích thước, hình dạng giống nhau tiếp xúc với nhau thì , , 1 2
1 2
2
q q
Dạng 1: Tính các đại lượng trong biểu thức Lực Cu_lông
2 Các công thức cần nhớ:
a) Điện tích của một vật nhiễm điện: q n e e với n: số electron thừa (hoặc thiếu) trong vật
e: giá trị của electron
( q1.q2 > 0 : hai điện tích cùng dấu, đẩy nhau q1.q2 < 0 : hai điện tích trái dấu, hút nhau )
Trang 2b) Lực điện (lực Cu-lơng): 1 2
2
q q
r
với r: khoảng cách giữa hai điện tích q1 và q2 ε: hằng số điện mơi
c)Khi hai vật cùng bản chất, kích thước, hình dạng giống nhau tiếp xúc với nhau thì , , 1 2
1 2
2
q q
q1, q2: điện tích 2 quả cầu trước khi tiếp xúc
Một số giá trị cần nhớ :
.Khối lượng electron me =9,1.10-31 kg khối lượng proton mp = 1,67.10-27 kg
.1e = -1,6.10-19C .1prơtơn = 1p = +1,6.10-19C k = 9.109 N.m2/C2
.1mF = 10-3F .1μF = 10-6F 1nF = 10-9F 1pF = 10-12F
Bài 1 Hai quả cầu nhỏ giống nhau ( xem như hai điện tích điểm ) cĩ q1= 3,2 10-9C và q2 = - 4,8.10-9 C được đặt tại hai điểm cách nhau 10cm
a) Quả cầu nào thừa electron, quả cầu nào thiếu electron Tính lượng electron thừa (hoặc thiếu) của mỗi quả
b) Tính lực tương tác giữa hai quả cầu nếu mơi trường tương tác là: _chân khơng
_ dầu hỏa (ε = 2)
c) Cho hai quả cầu tiếp xúc với nhau:
_Tìm điện tích của mỗi quả sau khi tiếp xúc
_Nếu sau khi tiếp xúc ta lại đặt chúng cách nhau 15cm trong dầu hỏa, tìm lực tương tác giữa chúng
Bài 2 Xác định lực tương tác (cĩ biểu diễn hình vẽ) giữa hai hai điện tích điểm q1 và q2 cách nhau một khoảng r trong điện mơi ε , với các trường hợp sau:
a) q1= 4 10-6C ; q2 = - 8.10-6 C ; r = 4cm ; ε = 2
b) q1= -6μC ; q2 = - 9μC ; r = 3cm ; ε = 5
Bài 3 Hai quả cầu nhỏ cĩ điện tích q1 = 2.10-6C và q2 = 5.10-6 C tác dụng với nhau một lực 36N trong chân
khơng Tính khoảng cách giữa chúng
Bài 4 Hai quả cầu cĩ q1= 4 10-6C ; q2 = - 8.10-6 C đặt cách nhau một khoảng 4cm trong dầu hỏa
(ε = 2) thì tương tác với nhau bằng một lực F Tìm F ? Nếu vẫn giữ nguyên q1 nhưng giảm điện tích q2 đi hai lần thì để lực tương tác giữa chúng vẫn là F thì phải thay đổi khoảng cách giữa chúng ra sao
Bài 5 a.Tính lực hút tĩnh điện giữa hạt nhân trong nguyên tử Heli với một electron trong lớp vỏ nguyên tử.
Biết rằng electron này nằm cách hạt nhân 2,94.10-11m
b.Nếu electron này chuyển động trịn đều quanh hạt nhân với bán kính quỹ đạo như đã cho ở trên thì tốc độ gĩc của nĩ là bao nhiêu?
Bài 6 Cho rằng trong nguyên tử Hydro, electron chuyển động trịn đều quanh hạt nhân với bán kính quỹ
đạo 5.10-9cm (xem rằng hạt nhân nguyên tử Hydro cĩ độ lớn điện tích bằng điện tích của electron, nhưng
trái dấu)
a) Xác định lực hút tĩnh điện giữa hạt nhân và electron
b) Trong 1 giây e chuyển động được bao nhiêu vịng
Bài 7 Hai điện tích điểm trong chân khơng cách nhau một khoảng r tác dụng lên nhau một lực F Khi đặt
trong một điện mơi cĩ hằng số điện mơi bằng 9 đồng thời giảm khoảng cách giữa chúng so với trong chân khơng một đoạn 20cm thì lực tương tác vẫn là F Tìm r
Bài 8.Hai quả cầu mang hai điện tích cĩ độ lớn bằng nhau, đặt cách nhau 10cm trong chân khơng thì tác
dụng lên nhau một lực 9.10-3N Xác định điện tích của 2 quả cầu
Bài 9 Hai điện tích điểm q1 và q2 ( biết quả thứ nhất thiếu 2.10-10 electron, quả thứ hai thừa 3.10-10
electron )đặt cách nhau 3cm trong chân khơng,
a) Tìm lực tương tác giữa chúng
b) Để lực này tăng lên 4 lần thì khoảng cách giữa chúng là bao nhiêu
c) Đưa hệ này vào nước cĩ ε = 18 thì lực tương tác giống câu a Tìm khoảng cách lúc này.(Cho điện tích của electron là -1,6.10-19C)
Bài 10 Hai điện tích điểm q1 = q2 = 5.10-10 C đặt trong không khí cách nhau một đoạn 10 cm
a Xác định lực tương tác giữa hai điện tích?
b Đem hệ hai điện tích này đặt vào môi trường nước ( = 81), hỏi lực tương tác giữa hai điện tích sẽ thay đổi thế nào ? Để lực tương tác giữa hai điện tích không thay đổi (như đặt trong không khí) thì khoảng cách giữa hai điện tích là bao nhiêu?
Trang 3Bài 11 Cho hai điện tích q1 và q2 đặt cách nhau trong khơng khí một khoảng d=30cm, thì lực tương tác giữa chúng là F Nếu đặt chúng trong dầu thì lực tương tác này giảm đi 2,25 lần vậy cần phải dịch chuyển chúng trong dầu lại gần nhau một đoạn bằng bao nhiêu để lực tương tác giữa chúng vẫn bằng F
Dạng 2: Xác Định Lực điện tổng hợp tác dụng lên một điện tích Kiến thức về tổng hợp vectơ:
Khi điện tích chịu tác dụng của nhiều lực thì hợp lực tác dụng lên điện tích Là:F F 1 F 2
Xét trường hợp chỉ cĩ hai lực:F F 1 F 2
a Khí F 1 cùng hướng với F 2: độ lớn F = F1 + F2 và F cùng hướng với F 1,F 2:
1
F tan
F
d Khi F1 = F2 và 1
2
F ,F : F 2F cos1
2
F hợp với F 1 một gĩc
2
e Khi F1 F2 và 1
2
F ,F : F2 F12 F22 2FF cos1 2
Bài 1 Hai điện tích q1 = 8.10-8 C, q2 = -8.10-8 C đặt tại A và B trong không khí (AB = 6 cm) Xác định lực tác dụng lên q3 = 8.10-8 C , nếu:
Bài 2 Hai điện tích q1 = -4.10-8 C, q2 = 4 10-8 C đặt tại hai điểm A và B cách nhau một khoảng 4 cm trong không khí Xác định lực tác dụng lên điện tích q = 2.10-9 C khi:
a q đặt tại trung điểm O của AB
b q đặt tại M sao cho AM = 4 cm, BM = 8 cm
Bài 3.Ba điện tích điểm q1 = 27.10-8 C, q2 = 64.10-8 C, q3 = -10-7 C đặt trong không khí lần lượt tại ba đỉnh của một tam giác vuông (vuông góc tại C) Cho AC = 30 cm, BC = 40 cm.Xác định vectơ lực tác dụng lên q3
Bài 4.Ba điện tích điểm q1 = 4 10-8 C, q2 = -4 10-8 C, q3 = 5 10-8 C đặt trong không khí tại ba đỉnh của một tam giác đều cạnh 2 cm Xác định vectơ lực tác dụng lên q3 ?
Bài 5 Cho hai điện tích dương q1 = 2nC và q2 = 0,18C đặt cố định và cách nhau a = 10cm Đặt thêm một điện tích thứ ba q0 tại một điểm trên đường thẳng nối hai điện tích q1 và q2 sao cho q0 nằm cân bằng Hãy tìm:Vị trí đặt q0, Dấu và độ lớn của q0
Bài 6.Hai điện tích điểm q1 = 10-8 C, q2 = 4 10-8 C đặt tại A và B cách nhau 9 cm trong chân không Phải đặt điện tích q3 = 2 10-6 C tại đâu để điện tích q3 nằm cân bằng (không di chuyển
Bài 7.Hai điện tích q1 = 2 10-8 C, q2= -8 10-8 C đặt tại A và B trong không khí, AB = 8 cm.Một điện tích q3 đặt tại C Hỏi:C ở đâu để q3 cân bằng?
Bài 8 Hai quả cầu nhỏ giống nhau, cĩ cùng khối lượng 0,2 kg, được treo tại cùng một điểm bằng hai sợi
dây mảnh dài l = 0,5m Khi mỗi quả cầu tích điện q như nhau, chúng tách nhau ra một khoảng a = 5cm Xác định độ lớn của q
Bài 9 Hai quả cầu nhỏ cùng khối lượng m= 0,6 kg được treo trong không khí bằng hai sợi dây nhẹ
cùng chiều dài l= 50 cm vào cùng một điểm Khi hai quả cầu nhiễm điện giống nhau, chúng đẩy nhau và cách nhau một khoảng R = 6 cm.Tính điện tích của mỗi quả cầu, lấy g= 10m/s2
Bài 3: ĐIỆN TRƯỜNG- CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG.
I Điện trường
Trang 41 Mơi trường truyền tương tác điện : Mơi trường tuyền tương tác giữa các điện tích gọi là điện
trường
2 Điện trường: Điện trường là một dạng vật chất (mơi trường) bao quanh các điện tích và gắn liền
với điện tích Điện trường tác dụng lực điện lên điện tích khác đặt trong nĩ
II Cường dộ điện trường
độ mạnh yếu của điện trường tại điểm đĩ
2 Định nghĩa: Cường độ điện trường tại một điểm là đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của điện
trường của điện trường tại điểm đĩ Nĩ được xác định bằng thương số của độ lớn lực điện F tác dụng
q
F
Đơn vị cường độ điện trường là N/C hoặc người ta thường dùng là V/m
q
F E
E gây bởi một điện tích điểm cĩ :
Điểm đặt tại điểm ta xét
Phương trùng với đường thẳng nối điện tích điểm với điểm ta xét
Chiều hướng ra xa điện tích nếu là điện tích dương, hướng về phía điện tích nếu là điện tích âm
Độ lớn : E = k| Q |2
r
4 Nguyên lí chồng chất điện trường : Các điện trường E , Eur ur1 2
… đồng thời tác dụng lực điện lên điện
tích q một cách độc lập với nhau và điện tích q chịu tác dụng của điện trường tổng hợp Eur:
1 2
E=E +E +
ur ur ur
Chú ý: Các vectơ cường độ điện trường tại một điểm được tổng hợp theo quy tắc hình bình hành
Dạng 1: Xác định cường độ điện trường do một điện tích điểm gây ra tại một điểm
- Điểm đặt: tại điểm đang xét
- Phương: đường thẳng nối điện tích điểm với điểm đang xét
- Chiều: + Hướng ra xa q nếu q > 0
+ Hướng về phía q nếu q < 0
- Độ lớn : E =
q
F
hoặc E = k| Q |2
r
Bài 1 Một điện tích điểm dương Q trong chân không gây ra một điện trường có cường độ E = 3 104 V/
10-7 C
q
r
M
M E r
Trang 5Bài 2:Xác định vectơ cường độ điện trường tại điểm M trong không khí cách điện tích điểm q = 2.10-8
V/m
Bài 3 Một điện tích điểm q = 10-7 C đặt tại điểm M trong điện trường của một điện tích điểm Q, chịu tác dụng của một lực F = 3.10-3 N Cường độ điện trường do điện tích điểm Q gây ra tại M có độ lớn là bao nhiêu ? Đ s: 3 104 V/m
Bài 4 Trong chân không, một điện tích điểm q = 2 10-8C đặt tại một điểm M trong điện trường của một điện tích điểm Q = 2 10-6C chịu tác dụng của một lực điện F = 9.10-3N Xác định cường độ điện
Dạng 2: Xác định cường độ điện trường tổng hợp do nhiều điện tích điểm gây ra tại một điểm
Áp dụng Nguyên lí chồng chất điện trường: ur uur uurE E 1E2
Xét trường hợp chỉ cĩ hai Điện trường E E 1 E2
a Khí E 1
cùng hướng với E 2: E = E1 + E2 E
cùng hướng với E 1,E 2:
c Khi E 1 E2
1
E tan
E
d Khi E1 = E2 và 1
2
E ,E
: E 2E cos1
2
E hợp với E 1 một gĩc
2
e Khi E1 E2 và ·
1 2
Bài 1 Trong khơng khí, đặt lần lược 2 điện tích điểm q1=-q2= 2.10-8 C tại 1điểm A,B với AB=4 cm, Tìm cường độ điện trường tại O là trung điểm AB
Bài 2.Trong khơng khí, đặt lần lược 2 điện tích điểm q1=-q2= 2.10-8 C tại 1điểm A,B với AB=4 cm,Tìm cường độ điện trường tại H, H cách A 2 cm, cách B 6 cm
Bài 3.Cho hai điện tích q1 = 4 10-10 C, q2 = -4 10-10 C, đặt tại A và B trong không khí biết AB = 2 cm Xác định vectơ cường độ điện trường tại:
Đ s: 72 103 V/m 32 103 V/m
Bài 4 Trong chân không có hai điện tích điểm q1= 3 10-8C và q2= 4.10-8C đặt theo thứ tự tại hai đỉnh B và C của tam giác ABC vuông cân tại A với AB=AC= 0,1 m Tính cường độ điện trường tại A
Đ s: 45 10 3 V/m.
Bài 5.Cho hai điện tích q1 = 4 10-10 C, q2 = -4 10-10 C, đặt tại A và B trong không khí biết AB = 2 cm Xác định vectơ cường độ điện trường E tại N, biết rằng NAB là một tam giác đều ĐS: 9 103
V/m
Bài 6.Có hai điện tích q1 = 0,5nC và q2 = - 0,5nC đặt cách nhau a = 6cm trong không khí Hãy xác định vectơ cường độ điện trường E tại điểm M cách đều hai điện tích q1, q2 và cách đường nối q1, q2 một đoạn l = 4cm
E1
M E
Trang 6
E2
l
q1 a q2
- Gọi cường độ điện trường do điện tích q1, q2 gây ra tại M là E1 , E2 Vì độ lớn của hai điện tích q1 ,
q2 bằng nhau và điểm M cách đều hai điện tích đó nên E1 = E2 = 9.109 2
1
r
q
= 9.109
2 2 1
2
a l q
- Theo nguyên lí chồng chất điện trường thì E = E1 + E2 có:
+ Điểm đặt: tại M
+ Phương: song song với đường thẳng nối q1, q2
+ Chiều: hướng từ q1 đến q2
+ Độ lớn: E = 2E1cos, trong đó:
2
2
l
a
Thay số, ta được: E = 2160V/m
Bài 7.Một quả cầu nhỏ khối lượng m= 0,1 g mang điện được treo bởi một dây mảnh và đặt trong một điện trường đều E E có phương nằm ngang và có độ lớn E= 103 V/m Biết góc lệch của dây treo so
1,76.10 -7 C
Bài 8.Một quả cầu nhỏ khối lượng m= 0,25 g mang điện tích q= 2,5 10-9C được treo bởi một dây và đặt trong một điện trường đều E E có phương nằm ngang và có độ lớn E= 106 V/m Tính góc lệch của
Bài 9.Tại hai điểm A và B đặt hai điện tích điểm q1 = 20Cvà q2 = -10C cách nhau 40 cm trong chân
Gọi và là cường độ điện trường do q1 và q2 gây ra tại trung điểm A, B
- Điểm đặt : tại I
- Phương, chiều : như hình vẽ
- Gọi là vecto cường độ điện trường tổng hợp tại I : = +
vì và cùng phương cùng chiều nên:E = E1 + E2 = 6,75.106 V/m
b) Gọi C là điểm cĩ CDĐT tổng hợp =0, và là vecto cdđt do q1 và q2 gây ra tại C
Cĩ : = + = => = - => (1)
E =E (2) (1) => C nằm trên AB
Do q1 > |q2| nên C nằm gần q2
Đặt CB = x => AC = 40 - x , (2) ta cĩ : k = k => = => x = 96,6cm
Bài 10 Trong chân không có hai điện tích điểm q1 = 2 10-8C và q2= -32.10-8C đặt tại hai điểm A và B cách nhau một khoảng 30 cm Xác định vị trí điểm M tại đó cường độ điện trường bằng không
Đ s: MA = 10 cm, MB = 40 cm.
Bài 4: TÍNH CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN
I Một Số Khái Niệm:
1.Đường sức điện:Là đường mà lực điện tác dụng dọc theo nĩ
2 Điện trường đều: đường sức điện là những đường thẳng song song và cách đều nhau
Vi dụ: điện trường nằm giữa 2 bản kim loại phẳng, tích điện trái dấu, đặt song song với nhau là điện trường đều
2
I
E2
/ 1
E
/ 2
E
2
C x
Trang 7Khi này vec tơ luơn hướng từ bản (+) sang bản (-)
3 Khi một điện tích dương q dịch chuyển trong điện trường đều có cường độ E (từ M đến N) thì công mà lực điện tác dụng lên q có biểu thức: A = q.E.d
Với: d là hình chiếu của MN theo phương của E(phương của đường sức)
Vì thế d có thể dương (d> 0) và cũng có thể âm (d< 0) E F
VD: khi điện tích q di chuyển từ M N thì d = MH
Vì cùng chiều với E nên trong trường hợp trên d>0
Chú ý: Nếu A > 0 thì lực điện sinh công dương, A< 0 thì lực điện sinh công âm
4 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 Điện trường là một trường thế
II CƠNG CỦA LỰC ĐIỆN
Cơng của lực điện trong điện trường đều: A MN = qEd với d là hình chiếu đường đi MN lên một đường
sức điện
Lưu ý:
_ Nếu MN nằm dọc theo đường sức điện ( hoặc MN song song với đường sức điện) thì:
d = MN ( điện tích dịch chuyển theo chiều đường sức điện)
d = - MN (điện tích dịch chuyển ngược chiều đường sức điện) _ Nếu MN hợp với đường sức điện một gĩc α thì d = MN.cosα
_ Nếu điện tích chuyển động trên một đường cong kín thì d= 0
Ví Dụ:Giữa hai bản kim loại tích điện trái dấu cĩ một điện trường đều với cường độ điện trường E =
a) Xác định lực F tác dụng lên điện tích
b) Xác định cơng của lực F khi điện tích di chuyển trên các đoạn thẳng MH, MN và trên đường gấp khúc MPN
Đáp án:
a) F = 5.10-4N, cùng phương, cùng chiều với vectơ cường độ điện
trường
b) AMN = AMH = AMP + APN = 1,5.10-4 J
DẠNG 1: TÍNH CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN
Bài 1 Một electron di chuyển được một đoạn 1cm, dọc theo một đường sức dưới tác dụng của một lực
điện trong một điện trường đều cĩ cường độ 1000V/m Xác định cơng của lực điện Đs: 1,6.10 -18 J
Bài 2 Một điện tích q = 2.10-8 C dịch chuyển trong điện trường đều cĩ cường độ điện trường 3000V/m , trên quãng đường thẳng dài 10cm hợp với phương của đường sức điện một gĩc 600.Tính cơng của lực điện trường trong quá trình dịch chuyển này ĐS:3.10 -6 J
Bài 3 Một electron bay từ bản dương sang bản dương sang bản âm trong điện trường đều của một tụ điện
Biết điện trường trong tụ điện là 1000V/m tìm cơng của lực điện trong dịch chuyển này Đs: -1,6.10 -18 J
A qEd 1, 6.10 10 (0,02 os60 ) 19 3 c o 1,6.10 18J
Bài 4 Cho điện tích dịch chuyển dưới tác dụng của lực điện trường giữa hai điểm cố định trong một điện
trường đều với cường độ 150V/m thì cơng của lực điện trường là 60 mJ Nếu cường độ điện trường là 200V/m thì cơng của lực điện trường làm dịch chuyển điện tích giữa hai điểm đĩ là bao nhiêu
Đs: 80mJ
Bài 5 Một electron di chuyển theo một đường cong kín trong điện trường đều (E= 5000V/m), chiều dài
Bài 6 Hãy tính cơng của lực điện nếu cho một điện tích q = -10-6C chạy trong điện trường đều cĩ cường
độ 1000V/m Biết q chạy từ M đến N
a) MN nằm trên đường sức điện, cĩ chiều dài 10cm
+ + + + + +
- - - - - -
M
H
P
N
Trang 8b) MN hợp với chiều đường sức điện gĩc 1200, MN = 20cm.
Bài 7(4.4 sách BTVL)Một e bay từ bản dương sang bản âm trong điện trường đều giữa 2 bản kim loại song
A=q.E.d=-1,6.10 -18 J
làm với đường sức điện một gĩc 30o
BC = 40cm, BC
làm với đường sức điện một gĩc 120o Tính cơng của lực điện
Hướng dẫn:
ABC AB BC
DẠNG 2:CHUYỂN ĐỘNG CỦA HẠT MANG ĐIỆN TRONG ĐIỆN TRƯỜNG.
PP Chung:
Khi hạt mang điện được thả tự do không vận tốc đầu trong một điện trường đều thì dưới tác dụng
của lực điện , hạt mang điện chuyển động theo một đường thẳng song song với đường sức điện
-Nếu điện tích dương (q >0) thì hạt mang điện (q) sẽ chuyển động cùng chiều điện trường
-Nếu điện tích âm (q <0) thì hạt mang điện (q ) sẽ chuyển động ngược chiều điện trường
Khi đó chuyển động của hạt mang điện là chuyển động thẳng biến đổi đều
Ta áp dụng công thức: x = x0 +v0.t +
2
1 a.t2; v = v0 + a.t ; v2 – v02 = 2.a.s , s = x x0
Khi electron bay vào điện trường với vận tốc ban đầuvo vuông góc với các đường sức điện E chịu tác dụng của lực điện không đổi có hướng vuông góc vớivo , chuyển động của e tương tự như chuyển động của một vật bị ném ngang trong trường trọng lực Quỹ đạo của e là một phần của đường parapol
Bài 1 Một electron được thả khơng vận tốc đầu ở sát bản âm, trong điện trường đều giữa hai bản kim loại
tích điện trái dấu (tụ điện phẳng) Cường độ điện trường giữa hai bản là 1000V/m Khoảng cách giữa hai bản là 1cm
a.Tính động năng của electron khi nĩ đến bản kia
m/s
Bài 2 Một electron di chuyển từ điểm M sát bản âm của một tụ điện phẳng, đến điểm N cách bản âm
0,6cm trong tụ điện, thì lực điện sinh cơng 9,6.10-18J, khoảng cách giữa hai bản tụ là 1cm
a) Tính cơng mà lực điện sinh ra khi di chuyển electron từ N đến bản dương
b) Tính vận tốc eletron khi nĩ đập vào bản dương Biết rằng khi xuất phát từ bản âm electron khơng cĩ vận
5.929.994,53m/s
Bài 3.Hai bản kim loại phẳng song song mang điện tích trái dấu đặt cách nhau 2cm Cường độ điện trường
giữa hai bản là E = 3000V/m Sát bản mang điện dương, ta đặt một hạt mang điện dương cĩ khối lượng m
= 4,5.10-6 g và cĩ điện tích q = 1,5.10-2 C.tính
a) Cơng của lực điện trường khi hạt mang điện chuyển động từ bản dương sang bản âm
b) Vận tốc của hạt mang điện khi nĩ đập vào bản âm
b/ Vận tốc của hạt mang điện
Trang 9Bài 4 Một e 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, tính quãng đường e
cm
Bài 5(4.7 sách BTVL)Một điện tích q=4.10-8C di chuyển trong điện trường đều cĩ cường độ 100V/m theo
gấp khúc trên
Cơng của lực điện trường:
A= qEd ; d = BC.cos1200= -0,2m=> A= -0,8.10 6J Vậy A = -0,108.10 6J
Bài 6 Một e chuyển động dọc theo đường sức của một điện trường đều có cường độ 364 V/m e xuất
a e đi được quảng đường dài bao nhiêu thì vận tốc của nó bằng 0 ? a=q.E/m = -6,4.10 12, t=-2v0/a
=0,1 s
b Sau bao lâu kể từ lúc xuất phát e trở về điểm M ?
Bài 7 Một hạt bụi có khối lượng m = 10-8g nằm cân bằng trong điện trường đều có cường độ 1000V/m, hướng thẳng đứng xuống dưới Xác định điện tích của hạt bụi
- Hạt bụi chịu tác dụng của hai lực:+ Trọng lực P + Lực điện trường F
- Vì hạt bụi nằm cân bằng nên: F = P
1000
10
10 11
= 10-13 (C) Vì hạt bụi nằm cân bằng, P
hướng xuống dưới nên F phải hướng lên trên Do đó, F ngược chiều E, tức là hạt bụi phải mang điện tích âm.Vậy q = - 10-13 (C)
Bài 8 Khi bay vào giữa hai điểm M, N dọc đường sức của một điện trường đều có cường độ E=2400v/
m, một electron chuyển động chậm dần đều Tính quãng đường dài nhất mà electron đi được trong điện trường Biết vận tốc ban đầu của electron là 2.106m/s Khối lượng của electron là m = 9,1.10-31kg Chọn chiều dương là chiều chuyển động của electron
- Electron chuyển động chậm dần đều với gia tốc: a =
m
qE m
F
10 1 , 9
2400 10 6 , 1
= - 4,2.1014 (m/
s2)
- Quãng đường dài nhất mà electron đi được trong điện trường đều:
v 2
0
2 v
a
v
v t
2
2 0 2
= 20.( (42,2.10.10)14)
2 6
= 4,8.10-3m = 4,8mm Bài 9 Một electron chuyển động dọc theo đường sức của một điện trường đều Cường độ điện trường E
= 100V/m Vận tốc ban đầu của electron bằng 300km/s Cho khối lượng của electron là m = 9,1.10
-31kg Tính công của lực điện, thời gian và quãng đường electron đi được cho đến khi dừng lại
Chọn chiều dương là chiều chuyển động của electron
- Electron chuyển động chậm dần đều với gia tốc:
19
10 1 , 9
1000 10 6 , 1
= - 0,176.1015 (m/s2)
- Quãng đường electron đi được cho đến khi dừng lại:
0
2 v
a
v
v t
2
2 0 2
= 2.(0 0(,1763.10.10)15)
2 5
= 25,6.10-4m = 2,56mm
10 176 , 0
10 3 0
a
v
v t
= 17,05.10-10 (s)
- Công của lực điện: Vì Electron chuyển động ngược chiều điện trường nên
d = - s = - 25,6.10-4m Do đó:A = qEd = -1,6.10-19.103.( - 25,6.10-4)= 40,96.10-20(J)
Bài 10 Một electron được thả khơng vận tốc đầu dọc theo phương đường sức trong điện trường đều, thu được gia tốc 5.1012m/s2 Tính
Trang 10a Độ lớn cường độ điện trường.
b.Vận tốc của e sau khi dịch chuyển được trong thời gian 1μs
c.Cơng mà lực điện thực hiện được trong sự dịch chuyển này
2.106V/m Tính:
a.Gia tốc của Proton
b.Vận tốc của proton sau khi nĩ đi được 50cm dọc theo đường sức
c.Thời gian proton đi được quãng đường trên
BÀI 5: ĐIỆN THẾ HIỆU ĐIỆN THẾ
I LÍ THUYẾT
1 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 (mốc để tính thế năng.)
2 Điện thế tại điểm M trong điện trường là đại lượng đặc trưng cho khả năng của điện trường trong việc tạo ra thế năng của điện tích q đặt tại M
Đặc điểm của điện thế:
+ Đơn vị: Vơn (V)
+ Điện thế là đại lượng đại số: Nếu A > 0 thì V > 0 Nếu A < 0 thì V < 0
+Điện thế của đất và của một điểm ở vơ cực thường được chọn làm mốc( bằng 0)
3 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
Đơn vị đo hiệu điện thế là Vôn (V)
4 Hệ thức liên hệ giữa cường độ điện trường hiệu điện thế trong điện trường đều:
d
U
E
II BÀI TẬP
Bài 1.Một điện tích q= - 2C di chuyển từ điểm M đến điểm N trong điện trường thì lực điện sinh cơng – 6J.
Bài 2.Tính cơng mà lực điện tác dụng lân một electron sinh ra khi nĩ chuyển động từ điểm M đến điểm N.
ĐS:-8.10-18J
Bài 3.Cĩ 2 bản kim loại phẳng đặt song song với nhau, cách nhau 1cm Hiệu điện thế giữa bản dương và
bản âm là 120V.Hỏi điện thế tại điểm M nằm trong khoảng giữa 2 bản, cách bản âm 0,6cm sẽ là bao
Bài 4 Khi bay từ điểm M đến điểm N trong điện trường, electron tăng tốc, động năng tăng thêm
Bài 5.Bắn một electron với vận tốc đầu rất nhỏ( xem như bằng 0) vào điện trường đều giữa 2 bản kim loại
phẳng AB theo phương song song với các đường sức điện e được tăng tốc trong điện trường, ra khỏi điện trường nĩ cĩ vận tốc 107m/s
b.Tính hiệu điện thế UAB giữa hai bản Cho e = -1,6.10-19C, me= 9,1.10-31kg -e.UAB =1/2mv2 , UAB= -284V
Bài 6 Ba bản kim loại phẳng tích điện A, B, C đặt song song như hình vẽ.
Cho d1 = 5cm, d2 = 8cm Coi điện trường giữa các bản là đều, có chiều như E1 E2
hình vẽ, có độ lớn E1 = 4.104V/m, E2 = 5.104V/m Tính điện thế của các bản
B, C nếu lấy gốc điện thế là điện thế của bản A
d1 d2
- Dựa vào chiều của các vectơ cường độ điện trường thì: VA > VB, VC > VB
- Ta có: VA - VB = E1d1, Vì chọn điện thế của bản A làm gốc nên VA = 0
VB = - E1d1 = - 4.104.5.10-2 = - 2000V
- Tương tự: VC - VB = E2d2 VC = VB + E2d2 = - 2000 + 5.104.8.10-2 = 2000V
q
A q
W
q
A V V
N M