Bài học Lực tương tác giữa các điện tích: định luật cu-lông

Tác giả Hoàng Uyên 09:56 06/12/2023 27,548 Tag Lớp 11

Bài học Lực tương tác giữa các điện tích: định luật cu-lông là kiến thức trọng tâm trong chương trình vật lý lớp 11. Vì vậy, để nhằm giúp các em nắm chắc được kiến thức của chương và có sự chuẩn bị tốt nhất trước khi lên lớp, VUIHOC xin được gửi tới các em trong bài viết dưới đây. Cùng VUIHOC tìm hiểu nhé!

Mục lục bài viết

Mục lục bài viết x

1. Lực đẩy và lực hút giữa các điện tích

1.1 Điện tích

- Vật bị nhiễm điện là các vật tích điện hoặc mang điện.

- Một điện tích điểm là kích thước của một vật tích điện nhỏ hơn rất nhiều so với khoảng cách tới điểm đang xét. Vật tích điện có thể mang các kích thước khác nhau.

1.2 Tương tác giữa các điện tích

- Sự tương tác điện chính là sự hút, đẩy giữa các điện tích.

- Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, ngược lại các điện tích trái dấu thì hút nhau. Ngoài ra các vật chưa tích được điện có thể bị hút bởi các vật đã tích điện.

2. Định luật Cu-lông

Coulomb đã từng đề xuất định luật mô tả tác dụng một hạt mang điện lên hạt mang điện khác vào năm 1785.

2.1 Lực tương tác giữa các điện tích đặt trong chân không

- Phương của lực đẩy hoặc hút giữa hai điện tích điểm đặt trong chân không trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm ấy. Trong đó độ lớn tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách của hai điện tích điểm và tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích.

$\large F=k\frac{\left | q_{1}.q_{2} \right |}{r^{2}}$

Trong đó:

Đơn vị của F là Niutơn (N)
r được đo bằng mét (m)
q₁ và q₂ được đo bằng đơn vị culông, kí hiệu là C
k = 9.10⁹(N.m²/C²)

Tham khảo khóa học DUO 11 để được các thầy cô có kinh nghiệm xây dựng lộ trình học tập phù hợp nhất nhé!

2.2 Lực tương tác giữa các điện tích đặt trong điện môi

- Biểu thức của định luật Cu lông:

$\large F=k.\frac{\left | q_{1}.q_{2} \right |}{\varepsilon r^{2}}$

Trong đó:

Đơn vị của F là Niutơn (N)
r được đo bằng mét (m)
q1 và q2 được đo bằng đơn vị culông, kí hiệu là C
k = 9.10⁹(N.m²/C²)
$\large \varepsilon$ là hằng số điện môi

- Bảng hằng số điện môi của một số chất:

Chất	Không khí (đktc)	Dầu hỏa	Nước nguyên chất	Parafin	Giấy	Mica	Êbônit	Thủy tinh	Thạch anh
$\large \varepsilon$	1.0000594 (coi bằng 1)	2,1	81	2	2	5,7 $\large \div$ 7	2,7	5 $\large \div$ 10	4,5

3. Bài tập vận dụng định luật cu-lông

3.1 Câu 1 trang 68 (Chân trời sáng tạo):

Sự nhiễm điện là nguyên do của các hiện tượng trên tạo thành các tia lửa điện, biến đổi thành các ion hóa không khí xung quanh và phát ra tiếng nổ lách tách.

3.2 Câu 2 trang 68 (Chân trời sáng tạo):

- Quả cầu mang điện tích âm thừa electron.

- Số e thừa là:

$\large n=\left | \frac{-3,2.10^{-7}}{1,6.10^{-19}} \right |=2.10^{12} (electron)$

3.3 Câu 3 trang 69 (Chân trời sáng tạo):

a. Dùng các vật dụng như thước nhựa, lược nhựa, miếng thủy tinh cọ xát vào các vật để các vật dụng bị nhiễm điện. Hiện tượng nhiễm điện xảy ra ở vải khô, mảnh lụa, vụn giấy, lược nhựa, quả bóng bay còn vỏ lon thì không xuất hiện hiện tượng nhiễm điện..

b. Về tương tác giữa các vật nhiễm điện:

Cọ xát thanh nhựa, lược nhựa với miếng vải khô thì xảy ra hiện tượng nhiễm điện, các vật nhiễm điện âm sẽ hút các vật như giấy vụn, quả bóng bay.
Cọ xát miếng thủy tinh bằng mảnh lụa thì các miếng thủy tinh sẽ đẩy các vụn giấy nhỏ và quả bóng bay vì nó nhiễm điện dương.

3.4 Câu 4 trang 70 (Chân trời sáng tạo):

- Đó là hiện tượng tĩnh điện, nó không gây ảnh hưởng tới sức khỏe con người. Nguyên nhân xảy ra hiện tượng này là do bị mất cân bằng điện tích.

- Điện tích dẫn từ vật này chuyển sang vật kia khi hai vật tiếp xúc với nhau dẫn tới sự thừa điện tích âm trên một vật và thừa điện tích dương trên vật còn lại.

- Sự mất cân bằng điện tích như trong một số trường hợp con người có thể cảm nhận được như khi chải tóc bằng lược nhựa, các hành động cọ xát như co kéo quần áo.

- Vô tình chạm vào tay nắm cửa kim loại, điều này khiến điện tích âm trong cơ thể tăng lên cho đến khi sinh ra đủ lượng điện yếu cho phép tích điện giữa tay nắm cửa và bàn tay. Vì thấy tạo nên cảm giác tê tê ở tay.

- Sự di chuyển tức thì của điện tích được tạo khi ta chạm tay vào vỏ kim loại của máy tính đang hoạt động. Từ đó, gây ra sự mất cân bằng dẫn đến hiện tượng phóng ra các tia lửa điện.

3.5 Câu 5 trang 71 (Chân trời sáng tạo):

- Theo định luật III Newton ta có cặp lực cân bằng một vật tác dụng lực lên vật thể thứ hai, vật thứ hai sẽ tác dụng một lực ngược chiều về phía vật thứ nhất và cùng độ lớn.

- Các hạt electron này không bay ra khỏi mẫu sắt vì sắt có chứa hạt proton mang điện tích dương để trung hòa lại các điện tích

3.6 Câu 6 trang 72 (Chân trời sáng tạo):

- Lực tương tác tĩnh điện là lực giữ cho electron chuyển động trong quanh hạt nhân

- Chiều của lực tương tác giữa proton và electron hướng vào hai điện tích còn phương của lực trùng với đường thẳng nối hai điện tích đó.

3.7 Câu 7 trang 72 (Chân trời sáng tạo):

Lực tương tác giữa điện tích q₁ tác dụng lên điện tích q₃:

$\large F_{13}=k\frac{\left | q_{1} .q_{2}\right |}{AC^{2}}=9.10^{9}\frac{\left | 6.10^{-6}.3.10^{-6} \right |}{0,04^{2}}=101,25N$

Lực tương tác giữa điện tích q₂tác dụng lên điện tích q₃:

$\large F_{23}=k\frac{\left | q_{1} .q_{2}\right |}{AC^{2}}=9.10^{9}\frac{\left | -6.10^{-6}.3.10^{-6} \right |}{0,05^{2}}=64,8N$

Góc tạo bởi vectơ F₁₃ và F₂₃: $\large \alpha$ =143,13°

Độ lớn lực tác dụng lên điện tích điểm đặt tại C:

$\large F=\sqrt{F_{13}^{2}+F_{23}^{2}+2F_{13}^{2}F_{23}^{2}cos\alpha }$

$\large =\sqrt{101,25^{2}+64,8^{2}+2.101,25.64,8.cos143,13^{o}}=62,873N$

3.8 Câu 8 trang 72 (Chân trời sáng tạo):

- Thanh thủy tinh sẽ bị mất một số electron và tích điện dương khi hai vật trung hòa về điện cọ xát với nhau, còn mảnh lụa nhận được electron từ thanh thủy tinh và mang điện tích âm

- Tổng tích của hai vật sau khi tiếp xúc bằng 0 theo định luật bảo toàn điện tích.

=> Số electron đã bị bứt ra khỏi thanh thuỷ tinh là: $\large n=\frac{13.10^{-9}}{1,6.10^{-19}}=8,125.10^{10}(electron)$

3.9 Câu 9 trang 72 (Chân trời sáng tạo):

- Lực tương tác tĩnh điện của phân tử ADN:

$\large F=k.\frac{\left | q_{1}.q_{2} \right |}{\varepsilon r^{2}}=9.10^{9}.\frac{\left | -1,6.10^{-19}.1,6.10^{-19} \right |}{81.(0,459.10^{-6})^{2}}=1,35.10^{-17}$

- Phân tử xoắn ốc hoạt động như 1 lò xo bị nén 1%: $\large \Delta l=0,459.10^{-6}.1%=4,59.10^{-9}m$

Do lực tương tác tĩnh điện có độ lớn bằng lực đàn hồi nên độ cứng của phân tử là:

$\large k=\frac{F}{\Delta l}=\frac{1,35.10^{-17}}{4,59.10^{-9}}=2,9.10^{-9}N/m$

3.10 Câu 10 trang 72 (Chân trời sáng tạo):

a. Lực tương tác giữa hai quả cầu:

$\large F=k.\frac{\left | q_{1}.q_{2} \right |}{\varepsilon r^{2}}=9.10^{9}\left | \frac{-3,2.10^{-7}.2,4.10^{-7}}{0,12^{2}} \right |=0.048N$

b. Sau khi tiếp xúc điện tích của quả cầu:

$\large q'_{1}=q'_{2}=\frac{q_{1}+q_{2}}{2}=\frac{-3,2.10^{-7}+ 2,4.10^{-7}}{2}=-0,4.10^{-7}C$

=> Lực tương tác giữa hai quả cầu lúc này:

$\large F=k.\frac{\left | q_{1}.q_{2} \right |}{\varepsilon r^{2}}=9.10^{9}\frac{\left | (-0,4.10^{-7})^{2} \right |}{0,12^{2}}=0,001N$

3.11 Câu 1 trang 63 (Kết nối tri thức):

$\large F=k.\frac{\left | q_{1}.q_{2} \right |}{\varepsilon r^{2}}=\frac{\left | q_{1}.q_{2} \right |}{4\pi \varepsilon _{o}r^{2}}$

trong đó F là lực tương tác giữa hai điện tích (N), k là hằng số lực k=9.10⁹Nm²/C²

Điện tích điểm tại C: q₁, q₂
khoảng cách giữa hai điện tích là r(m)
$\large \varepsilon _{o}$ là hằng số điện $\large \varepsilon _{o}$ = 8,85.10^-12Nm²/C²

Sổ tay tổng hợp kiến thức các môn Toán, Lý và Hóa chỉ có ở duy nhất vuihoc.vn

3.12 Câu 2 trang 63 (Kết nối tri thức):

$\large \frac{F'}{F}=\frac{k.\frac{\left | q'_{1}.q'_{2} \right |}{r^{2}}}{k.\frac{\left | q_{1}.q_{2} \right |}{r^{2}}}=\frac{k.\frac{\left | 3q_{1}.3q_{2} \right |}{(2r)^{2}}}{k.\frac{\left | q_{1}.q_{2} \right |}{r^{2}}}=2,25$

=> F' = 2,25F

=> lực điện tương tác tăng 2,25 lần.

3.13 Câu 3 trang 63 (Kết nối tri thức):

Lực tương tác giữa hai điện tích có độ lớn là:

$\large F_{12}=F_{21}=k\frac{\left | q_{1}.q_{2} \right |}{r^{2}}=9.10^{9}.\frac{\left | 10^{-5}.10^{-7} \right |}{0,1^{2}}=0,9N$

3.14 Bài luyện tập 1 trang 63 (Kết nối tri thức):

- Theo định luật hai vật nhiễm điện cùng loại sẽ đẩy nhau nên muốn tách rời các trang giấy ra ta cho các tờ giấy nhiễm điện cùng loại các trang giấy sẽ đẩy nhau và ta có thể tách được hai tờ giấy.

3.15 Bài luyện tập 2 trang 63 (Kết nối tri thức):

- Do kích thước của các vật nhiễm điện quá lớn so với khoảng cách của chúng nên ta không thể sử dụng định luật Cu lông để xác định độ lớn của lực tương tác giữa các điện tích trong các thí nghiệm trên.

3.16 Bài luyện tập 3 trang 63 (Kết nối tri thức):

- Lực điện tương tác giữa electron và proton là:

$\large F=\frac{\left | e.p \right |}{4\pi \varepsilon _{0}.r^{2}}=\frac{\left | (1,6.10^{-19})^{2} \right |}{4\pi .8,85.10^{-12}.(5.10^{-11})^{2}}=9,21.10^{-8}N$

PAS VUIHOC – GIẢI PHÁP ÔN LUYỆN CÁ NHÂN HÓA

Khóa học online ĐẦU TIÊN VÀ DUY NHẤT:

⭐ Xây dựng lộ trình học từ mất gốc đến 27+

⭐ Chọn thầy cô, lớp, môn học theo sở thích

⭐ Tương tác trực tiếp hai chiều cùng thầy cô

⭐ Học đi học lại đến khi nào hiểu bài thì thôi

⭐ Rèn tips tricks giúp tăng tốc thời gian làm đề

⭐ Tặng full bộ tài liệu độc quyền trong quá trình học tập

Đăng ký học thử miễn phí ngay!!

Trên đây là toàn bộ những kiến thức trọng tâm về Lực tương tác giữa các điện tích, định luật culong bao gồm lý thuyết, bài tập và phương pháp giải bài tập về Lực tương tác giữa các điện tích, định luật culong . Đây là phần kiến thức vật lý 11 quan trọng nên các bạn cần hiểu bản chất và nắm rõ kiến thức căn bản. Để ôn thi hiệu quả cũng như mong muốn, các bạn học sinh có thể truy cập ngay vào trang web Vuihoc.vn để đăng ký khoá học với các thầy cô giáo của VUIHOC ngay bây giờ nhé!

>> Mời bạn tham khảo thêm: