Bài giảng môn vật lý 2

 Nguồn của điện trường tĩnh có thể là một điện tích điểm, hệ các điện tích điểm, một phân bố điện tích liên tục trong không gian....  Véc tơ điện trường có độ lớn là E N/C hoặc V/m Chú

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Điện – Điện tử - Bộ môn Vật lý

MÔN VẬT LÝ 2 CHƯƠNG 21 - BÀI GIẢNG L21.01

3 Phạm Tiến Dự, email: dupt@tlu.edu.vn ,

ĐT: 0389915591.20/02/2020 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường 1

CHƯƠNG 21 :

ĐIỆN TÍCH VÀ ĐIỆN TRƯỜNG

21.4: Điện trường – Vectơ điện trường và lực điện.

21.5: Các tính toán về điện trường.

21.6: Đường sức điện trường&Câu hỏi ôn tập chương

20/02/2020 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường 2

Trang 2

21.1: Điện tích - Định luật bảo toàn điện tích

 Điện tích:

 Điện tích (q, Q) (C) là một thuộc tính cơ bản của vật giống

như khối lượng m (kg) và nó đặc trưng cho tương tác điện

từ.

 Có 2 loại điện tích: điện tích dương (q > 0) và âm (q < 0)

 Điện tích nguyên tố là điện tích nhỏ nhất được biết trong

tự nhiên, có độ lớn e = 1,6.10-19C.

 Điện tích bị lượng tử hóa: điện tích của một vật bất kỳ

luôn bằng bội số nguyên lần điện tích nguyên tố.

Proton: mp= 1,67 10-27kg, qp= + e = +1,6.10-19C

Electron: me= 9,1.10-31kg, qe= - e = -1,6.10-19C

Tương tác giữa các vật mang điện tích:

4

Đơn vị hệ SI của điện tích là Coulomb (C), ước của C là:

1 mC = 10-3C, 1C = 10-6C, 1 nC = 10-9C, 1 pC = 10-12C

Tương tác giữa các điện tích: 2 điện tích cùng dấu đẩy nhau,

2 điện tích trái dấu hút nhau

20/02/2020 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường

Trang 3

 Định luật bảo toàn điện tích:

 Nội dung: “Tổng đại số các điện tích trong một hệ cô lập về điện

là một số không đổi”.

 Vận dụng:

Sau khi tiếp xúc hoặc sau khi nối, các vật tích điện bằng bao nhiêu?

 nếu một vật ban đầu tích điện q (q1 = q) tiếp xúc với một vật không

nhiễm điện (q2= 0)? (sv tự tìm đáp án)

 nếu hai quả cầu ban đầu tích điện q1, q2 được nối với nhau bằng một

dây dẫn? (sv tự tìm đáp án)

21.2: Vật dẫn điện- Vật cách điện - Điện tích cảm ứng

Yêu cầu sv tự đọc hiểu theo gợi ý:

+ Do cảm ứng (lưu ý: điện tích xuất hiện trong trường

hợp này gọi là điện tích cảm ứng).

Trang 4

21.3: Định luật Coulomb

(xác định lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm

đứng yên trong chân không) Lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm đứng yên trong

chân không có:

 Phương: nằm trên đường thẳng nối hai điện tích.

 Chiều:

• là lực đẩy nếu hai điện tích cùng dấu, q1.q2> 0

• là lực hút nếu hai điện tích trái dấu, q1.q2 < 0.

 Độ lớn (F): tỷ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích,

tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng,

có biểu thức:

 k  9.10 N.m /C9 2 2

1 2 2

 Biểu thức định luật Coulomb dưới dạng vectơ:

 Lực do điện tích điểm q1tác dụng lên điện tích điểm q2là:

Trang 5

 Lực tương tác giữa hai điện tích điểm tuân theo định

luật III Newton, nghĩa là hai lực này có: cùng phương,

cùng độ lớn nhưng ngược chiều và khác điểm đặt – đặt

tại hai điện tích khác nhau)

Trang 6

Q 1 : Lực hút giữa hai điện tích điểm đặt cách nhau một

đoạn d là F Nếu độ lớn của mỗi điện tích giảm còn ¼ giá

trị ban đầu đồng thời khoảng cách giữa chúng giảm còn

d/2 thì lực tương tác giữa chúng là:

Câu hỏi trắc nghiệm kiểm tra sự hiểu của bạn

Q 2: Hai điện tích điểm được đặt trên trục x : q1 = + 1,0 nC

tại x1= - 4,0 cm; q2= - 3,0 nC tại x2= + 4,0 cm Lực điện

mà điện tích q1tác dụng lên điện tích q2.

Q 2:Hai điện tích điểm được đặt trên trục x : q1 = + 1,0 nC tại

x1= - 4,0 cm; q2 = - 3,0 nC tại x2= + 4,0 cm Lực điện mà điện

tích q1tác dụng lên điện tích q2 bằng bao nhiêu?

Lực điện mà q1tác dụng lên q2 có:

Điểm đặt tại q2.

Phương: trùng với trục Ox.

Chiều: hướng theo chiều âm Ox.

Trang 7

 Lực tương tác tĩnh điện do một hệ điện tích điểm (q1, q2,

qi, qn) tác dụng lên một điện tích điểm q0:

0 ( ) 10 20 0 0

 Lực tương tác tĩnh điện do một vật tích điện tác dụng lên

một điện tích điểm q0được xác định ntn???



 



toanvat toanvat r

rr

dqqkF

d

2

0 0

0

Q 3: Hai điện tích điểm được đặt trên trục x: q1 = + 1,0 nC tại x1

= - 4,0 cm; q2 = - 3,0 nC tại x2 = + 4,0 cm Lực điện mà hệ hai

điện tích này tác dụng lên q3 = + 5 nC được đặt trên trục x tại

Q 4 : Hai điện tích bằng nhau Q1= Q2 = Q > 0 được đặt trên trục

x tại các điểm x1 = - 4 cm và x2= +4 cm Điện tích q >0 được đặt

trên trục y tại điểm y3 = 3 cm Lực điện tổng cộng tác dụng lên

điện tích q hướng theo chiều:

Trang 8

Vì lực điện và mà q1 và q2 tác dụng lên q3đều cùng hướng

nên lực điện tổng cộng do hai điện tích này tác dụng lên q3có

điểm đặt tại q3, hướng theo chiều dương trục x và có độ lớn:

Biểu diễn dưới dạng véc tơ:

điện tích q hướng theo chiều nào?

+

y

Vì các lực do Q1 và Q2 tác dụng lên Q

có độ lớn bằng nhau và có hướng như

hình vẽ nên lực điện tổng cộng do hai

điện tích này tác dụng lên q hướng

theo chiều dương trục y

Trang 9

Bài tập áp dụng 1:

Chứng tỏ rằng lực do 2 điện tích Q tác dụng lên điện tích q

có biểu thức sau đây:

Hai điện tích điểm được đặt trên trục x:

q1= + 1 nC tại x = -2,5 cm;

q2= - 3 nC tại x = +2,5 cm.

Xác định lực điện do hệ hai điện tích điểm tác dụng lên

q3= - 5,0 nC nếu nó được đặt tại:

a Gốc tọa độ

b Trên trục x tại điểm x = 5,0 cm.

c Trên trục x tại điểm x = - 5,0 cm.

18 20/02/2020 L21.01_Chương 21: Điện tích – Điện trường

Trang 10

10 5.10 9.10 7,2.10 N

28,8.10 N ˆ

20,8.10 N ˆ

Trang 11

10 5.10 9.10 7,2.10 N

3.10 5.10 9.10 2,4.10 N

4,8.10 N ˆ

TỔNG KẾT CHƯƠNG 21 - BÀI GIẢNG L21.01

Trang 12

21.1: Điện tích – Định luật bảo toàn điện tích

21.2: Vật dẫn, vật cách điện

Điện tích cảm ứng (sv tự đọc hiểu)

21.3: Định luật Coulomb.

21.6: Đường sức điện trường&Câu hỏi ôn tập chương.

L21.02

21.4: Điện trường – Vector điện trường và

lực điện.

Trang 13

21.4 Điện trường (tĩnh) – Véc tơ điện trường và lực điện:

Khái niệm Điện trường (tĩnh):

 Điện trường là môi trường vật chất đặc biệt tồn tại xung

quanh điện tích.

 Điện trường tĩnh là điện trường tồn tại xung quanh điện

tích đứng yên.

 Nguồn của điện trường tĩnh có thể là một điện tích điểm,

hệ các điện tích điểm, một phân bố điện tích liên tục

trong không gian

 Tính chất cơ bản của điện trường: tác dụng lực điện lên

bất kì một điện tích khác đặt trong nó.

Véc tơ điện trường:

 đặc trưng cho độ mạnh yếu của điện trường tại một điểm

về phương diện tác dụng lực.

 Biểu thức định nghĩa:

trong đó, q0 là điện tích thử: q0 phải rất nhỏ, có thể dương hoặc âm

 Véc tơ điện trường là lực trên một đơn vị điện tích thử.

 Véc tơ điện trường có độ lớn là E (N/C hoặc V/m)

Chú ý: Véc tơ điện trường tại một điểm luôn tồn tại trong

không gian có phân bố điện tích, không phụ thuộc vào việc

tại điểm đó có đặt điện tích thử hay không.

0 0

F E q

Trang 14

trên đường thẳng nối điện tích điểm q và điểm xét, có chiều: hướng

về phía điện tích điểm q nếu q < 0, hướng ra xa điện tích điểm q nếu

q > 0, có độ lớn E tỷ lệ thuận với độ lớn của điện tích và tỷ lệ

nghịch với bình phương khoảng cách



Q 5: Hai điện tích điểm được đặt trên trục x: q1 = + 1,0 nC tại x1

= - 4,0 cm; q2 = - 3,0 nC tại x2 = + 4,0 cm Lực điện mà hệ hai

điện tích này tác dụng lên q3 = + 5 nC được đặt trên trục x tại

điện tích q hướng theo chiều:

Trang 15

Q 5 : Độ lớn véctơ điện trường do một điện tích điểm gây ra tại

điểm cách nó 2 m là E Độ lớn véctơ điện trường tại điểm cách

điện tích 1 m là:

Q 6 : Điện tích điểm q = 2,0 nC được đặt ở gốc tọa độ Véctơ điện

trường do nó gây ra tại điểm P (0,2 m; 0) là:

550 (V/m)

EE 350 (V/m)iˆi

Hướng dẫn giải:

Véctơ điện trường có điểm đặt tại P,

có phương trùng với trục Ox,

có chiều hướng theo chiều dương Ox,

2.109.10 450 V /m

0, 2

q

E kr



x

q +

+0,2 m O

P

Xác định véc tơ điện trường do một điện tích điểm

q = -1,6.10-19C đặt tại gốc tọa độ O gây ra tại một điểm

P (3cm; 4cm)?

Trang 16

 ND : “Vectơ điện trường tại một điểm trường P bất kỳ

trong vùng không gian có sự chồng chất nhiều điện trường

là tổng hợp các vectơ điện trường do từng điện trường

riêng lẻ gây ra tại điểm đó.”

 Nguyên lý chồng chất điện trường:

P P

E

1 2

1 là các vectơ điện trường riêng lẻ tại P.

q

F F

1 0

0 20

10 0



 Vectơ điện trường do một hệ điện tích điểm (q1, q2,….qn)

phân bố rời rạc/gián đoạn gây ra tại một điểm:

“Vectơ điện trường tại điểm trường P gây bởi một hệ

điện tích điểm bằng tổng các vectơ điện trường gây ra tại

điểm đó bởi từng điện tích điểm của hệ.”

Trang 17

Q 8: Hai điện tích điểm được đặt trên trục x: q1= 2,00 nC ở gốc tọa độ,

q2 = - 5,00 nC tại x = 1,00 m Véctơ điện trường do hệ hai điện tích trên

gây ra tại điểm M(1,20 m; 0) là:

ˆ1112,5 (V/m)

1211,5 (V/m)

E   iˆ

1122,5 (V/m)

1412,5 (V/m)

Q 7: Hai điện tích điểm q1 > 0; q2 < 0 được đặt trên trục x lần lượt tại

các điểm: x1= - a cm; x2= + a cm Véctơ điện trường do hệ hai điện tích

này gây ra tại điểm P nằm trên trục tung có tọa độ y > 0 sẽ hướng theo:

A chiều dương trục x B chiều âm trục x

C chiều dương trục y D chiều âm trục y

Q 9: Bốn điện tích điểm giống hệt nhau q = 10 nC được đặt tại bốn đỉnh

của hình vuông cạnh 20 cm Độ lớn véctơ điện trường do hệ bốn điện tích

nói trên gây ra tại tâm hình vuông là:

A 4500 V/m B 2500 V/m C 0 V/m D 1250 V/m

Hướng dẫn giải

Q7: Hai điện tích điểm q1 > 0; q2 < 0 được đặt trên trục x lần

lượt tại các điểm: x1 = - a cm; x2 = + a cm Véctơ điện trường

do hệ hai điện tích này gây ra tại điểm P nằm trên trục tung có

tọa độ y > 0 sẽ hướng theo chiều nào?

Vì các véctơ điện trường do q1

và q2 gây ra tại P có độ lớn

bằng nhau và có hướng như

hình vẽ nên véctơ điện trường

do hai điện tích này gây ra tại P

hướng theo chiều dương trục x.

Trang 18

 M

Vì hai véc tơ điện trường ngược hướng nên véctơ điện trường

do hệ hai điện tích này gây ra tại M có:

E  i

Hướng dẫn giải

Q8: Hai điện tích điểm được đặt trên trục x: q1 = 2,00 nC ở gốc

tọa độ, q2 = - 5,00 nC tại x = 1,00 m Véctơ điện trường do hệ hai

điện tích trên gây ra tại điểm M(1,20 m; 0) là:

Q9 : Bốn điện tích điểm giống hệt nhau q = 10 nC được đặt tại bốn

đỉnh của hình vuông cạnh 20 cm Độ lớn véctơ điện trường do hệ

bốn điện tích nói trên gây ra tại tâm hình vuông là:

q2+

q1+

3

E

Các véctơ điện trường do bốn

điện tích này gây ra tại P có độ

Trang 19

Điện trường tổng cộng tại gốc tọa độ là:

Vì các véc tơ này cùng hướng nên điện trường tổng cộng

hướng theo chiều dương Ox và có độ lớn:

3.109.10 4,32.10 V/m2,5.10

Trang 20

Điện trường tổng cộng tại M là:

Vì E2> E1 nên véc tơ điện trường tổng cộng hướng theo

10 9.10 0,16.10 V/m

4,16.10 V/m ˆ

+2,5 cm

q1= +1 nC q2= -3 nC

Điện trường tổng hợp tại N là:

Vì E1 > E2 nên véc tơ điện trường tổng cộng hướng theo

Trang 21

Q10: Một vật nhỏ mang điện tích – 55,0 C chịu tác dụng của

một lực hướng xuống có độ lớn 6,20.10-9N khi được đặt tại một

điểm nào đó trong điện trường Véctơ điện trường tại điểm đó:

A hướng thẳng đứng xuống dưới và có độ lớn 11,27.10-5V/m.

B hướng thẳng đứng lên trên và có độ lớn 11,27.10-5V/m.

C hướng từ trái sang phải và có độ lớn 13,47.10-5V/m.

D hướng từ phải sang trái và có độ lớn 15,86.10-5V/m.

Lực điện mà điện trường tác dụng lên điện tích q = - 55 C là

suy ra Vì q < 0 nên tức là véctơ điện trường tại điểm

đó hướng lên và có độ lớn là:

Eq



 

Trang 22

Trang 23

CHƯƠNG 21 :

21.6: Đường sức điện trường&Câu hỏi ôn tập chương.

L21.03

Trang 24

21.5: Các tính toán về điện trường

Ta biết rằng, véc tơ điện trường do một điện tích điểm q gây ra

 Vậy làm thế nào để xác định được véc tơ điện trường tổng

cộng gây bởi một vật mang điện có hình dạng và kích

thước xác định gây ra tại một điểm?

 Áp dụng nguyên lý chồng chất điện trường:

Xác định véc tơ điện trường tổng hợp do một

phân bố điện tích liên tục (do một vật mang điện

có hình dạng và kích thước xác định) gây ra tại

một điểm theo công thức sau:

( vat)ca

0

1 4

Trang 25

L21.03_Chương 21: Điện tích – Điện trường

 Nguyên tắc xác định véc tơ điện trường do một vật tích

điện đều có điện tích Q (hoặc q) gây ra tại điểm P:

Bước 1: sử dụng khái niệm mật độ điện tích để tính dQ

Trang 26

Bước 2: Xác định véc tơ điện trường do điện tích điểm dq

gây ra tại một điểm:

 có điểm đặt: tại điểm trường P,

 có phương: nằm trên đường thẳng nối điện tích điểm dq và điểm

xét,

 có chiều: hướng về phía điện tích điểm dq nếu dq < 0, hướng ra xa

điện tích điểm dq nếu dq > 0,

 có độ lớn dE

Bước 3:

Áp dụng nguyên lý chồng chất điện trường, viết tích phân

dưới dạng các thành phần của một vectơ:

Sau đó, ta thực hiện Bước 4: Giải tích phân tìm Ex, Ey, E và

hướng của véc tơ điện trường tổng hợp

Trang 27

Hình chiếu của véc tơ điện trường trên các trục tọa độ x, y do

điện tích điểm Q gây ra tại điểm P?

Ví dụ 21.10 Điện trường của một chiếc vòng

Trang 28

Ví dụ 21.10

Điện trường của một chiếc vòng tích điện đều

Khoảng cách r từ một đoạn chiếc vòng tới điểm P là r2= x2 + a2

Độ lớn của E d 

do dQ gây ra tại điểm trường P là:

2 2 04

1

a x

dQ dE

2 2 2 2

1 4

1

/ x

a x

xdQ a

x

x a

x

dQ cos

Trang 29

Vậy:

Qx iˆ

E

2 2 0

 Tại tâm của vòng dây (x = 0), điện trường bằng không

 Khi điểm trường P nằm khá xa vòng dây (x ≥ a), thì:

i x







Nghĩa là: Điện trường của cái vòng giống như điện trường

của một điện tích điểm

Ví dụ 21.11:

Điện trường của một dây tích điện đều

Tìm điện trường tại điểm P

nằm trên đường trung trực

của một dây tích điện

đều có chiều dài 2a,

điện tích tổng cộng Q > 0

Trang 30

 Chia nhỏ dây tích điện thành các đtđ:

a

Qdy dy dQ

2



  Khoảng cách r từ dQ đến P là: r = (x2 + y2)1/2,

 Độ lớn của điện trường dE tại P gây bởi đoạn này là:

 2 2

0 2

4 a x y

dy Q

dE







 Biểu diễn điện trường này theo các thành phần x và y của nó:

dEx = dE cosα dEy = -dE sinα

xdy Q

ydy Q

3 2 2 0

14

2

4

1

axx

Qy

x

dya

Qx

E

a a

/ x

1

2 3 2 2 0

/ y

yx

ydya

QE



axx

Q

E

2 2 0

Nghĩa là, nếu điểm P ở rất xa dây mang điện đối với

chiều dài của sợi dây thì điện trường tại điểm P

là giống như điện trường của một điện tích điểm

Trang 31

Từ: iˆ

a x x

Q

E

2 2 0

xuyên tâm hướng ra ngoài đường mang điện nếu λ > 0

và hướng vào trong nếu λ < 0

(x<< a)

Tìm điện trường trên trục đối xứng của một đĩa tròn (0, R)mang

điện đều với mật độ điện mặt σ > 0gây ra tại một điểm P nằm dọc

theo trục của đĩa và cách tâm đĩa một khoảng x Giả thiết rằng x > 0

Ví dụ 21.12:

Điện trường của một chiếc đĩa tích điện đều

 /  1 (N/C)

1 1

E





Trang 32

 Điện trường của một mặt phẳng vô hạn tích điện đều:

• Từ kết quả bài toán chiếc đĩa tích điện đều:

Và lúc này, điện trường được tạo ra bởi mặt phẳng vô hạn tích điện đều là

không phụ thuộc vào khoảng cách tới mặt phẳng đó Hướng của điện trường tại

mọi điểm là vuông góc với mặt phẳng, hướng ra xa mp (nếu tích điện dương) và

hướng lại gần mp (nếu tích điện âm) và có độ lớn E:

 /  1 (N/C)

1 1

E





Ví dụ 21.13

Điện trường của hai mặt phẳng vô hạn tích điện đều bằng

nhau nhưng trái dấu

Trang 33

 Điện trường của hai mặt phẳng vô hạn tích điện

đều bằng nhau nhưng trái dấu

Q11: Dây dẫn mảnh chiều dài a tích điện đều với mật độ điện dài 

> 0 (hình vẽ) Véctơ điện trường do dây gây ra tại P nằm trên

phương của dây và cách đầu gần nhất một đoạn x là:

Trang 34

2

' '

Ví dụ 13 : Điện tích Q >0 phân bố đều trên thanh dây dẫn chiều dài

2a nằm trên trục Oy và đối xứng qua trục Ox (hình vẽ) Véctơ điện

trường do dây gây ra tại một điểm P nằm trên chiều dương trục x sẽ

hướng :

A chiều dương trục x B chiều âm trục x

C chiều dương trục y D chiều âm trục y

Chia dây thành các cặp điện tích

điểm bằng nhau dq1 = dq2 đối

xứng nhau qua trục Ox Véctơ

điện trường do hai điện tích điểm

này gây ra tại P sẽ hướng theo

chiều dương trục x do đó véctơ

điện trường tổng cộng tại P cũng

hướng theo chiều dương trục x

Trang 35

Nguyên tắc xác định véc tơ điện trường do một vật tích điện

đều gây ra tại điểm P:

Vectơ điện trường do một số vật tích điện đều gây ra

tại một điểm:

Trang 36

CHƯƠNG 21 :

21.2: Vật dẫn, vật cách điện

Điện tích cảm ứng (sv tự đọc hiểu)

21.3: Định luật Coulomb.

21.4: Điện trường (tĩnh) và lực điện.

L21.04

21.6: Đường sức điện trường

&Câu hỏi ôn tập chương

Trang 37

21.6 Đường sức điện trường

 Định nghĩa: 

 Điện phổ: là tập hợp tất cả các đường sức

 Quy ước: vẽ số đường sức qua một

đơn vị diện tích đặt vuông góc

với đường sức bằng độ lớn E

của điện trường tại miền đó

(độ mau , thưa của đường sức biểu thị độ mạnh,

yếu của điện trường)

Đường sức điện trường của một điện tích điểm dương ( Q > 0)

 / r

Phương bán kính

Đối với điện tích điểm

Q < 0 thì sao?

Q > 0

Trang 38

Đường sức điện trường của một điện tích điểm âm ( Q > 0)

 Tính chất của đường sức điện trường:

 Qua mỗi điểm chỉ vẽ được một đường sức.

 Các đường sức không bao giờ cắt nhau.

 Là những đường cong HỞ (đối với trường tĩnh điện)

 Có chiều hướng ra xa các điện tích dương và hướng lại gần

các điện tích âm.

Trang 39

Q12: Đường sức điện trường của hệ hai điện tích điểm bằng nhau

về độ lớn nhưng tích điện trái dấu có dạng như hình vẽ Biểu thức

nào sau đây là đúng:

A EA≤ EB B EA> EB

C EA< EB D EA ≥ EB.

Q13: Đường sức điện trường của hệ hai điện tích điểm bằng nhau

về độ lớn nhưng tích điện trái dấu có dạng như hình vẽ Hướng của

véc tơ điện trường tại điểm A nằm trên đường sức:

Trang 40

Q14: Hai vỏ cầu mỏng đồng tâm bán kính R và 2R Điện tích điểm

q > 0 được đặt tại tâm của chúng Tỷ số giữa số đường sức điện

xuyên qua vỏ cầu lớn và vỏ cầu nhỏ là:

Điện trường đều:

 Véctơ điện trường tại mọi điểm đều có cùng hướng và cùng

độ lớn.

• Tồn tại trong khoảng không gian giữa 2 bản kim loại tích

điện bằng nhau nhưng trái dấu; hay điện trường gây bởi một

mặt phẳng vô hạn tích điện đều

 Đặc điểm đường sức của điện trường đều: là những đường

thẳng song song và cách đều nhau

Định dạng
Số trang	308
Dung lượng	29,35 MB