Lý thuyết Định luật Coulomb về tương tác tĩnh điện (Chân trời sáng tạo 2024) hay, chi tiết

Lý thuyết Định luật Coulomb về tương tác tĩnh điện (Chân trời sáng tạo 2024) hay, chi tiết | Vật Lí 11

Hoàng Ngân Ngày: 20-08-2024 Lớp 11

3.3 K

Với tóm tắt lý thuyết Vật Lí lớp 11 Bài 11: Định luật Coulomb về tương tác tĩnh điện sách Chân trời sáng tạo hay, chi tiết cùng với bài tập trắc nghiệm chọn lọc có đáp án giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm, ôn luyện để học tốt môn Vật Lí 11.

Lý thuyết Vật Lí lớp 11 Bài 11: Định luật Coulomb về tương tác tĩnh điện

A. Lý thuyết Định luật Coulomb về tương tác tĩnh điện

1. Sự tương tác giữa các điện tích

Hai loại điện tích

- Một vật bị nhiễm điện có khả năng hút các vật nhẹ khác thì được gọi là vật tích điện.

- Có 2 loại điện tích: điện tích dương và điện tích âm.

- Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, trái dấu thì hút nhau.

- Đơn vị đo điện tích là culông (C).

Lưu ý: vật tích điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách tới vị trí mà ta xét có thể được xem là một điện tích điểm.

- Điện tích nguyên tốc có giá trị bằng độ lớn điện tích của một hạt mang điện tồn tại độc lập trong tự nhiên và có giá trị: e = 1,6.10^-19 C

- Tất cả các vật tích điện đều có độ lớn điện tích q luôn là một bội số của điện tích nguyên tố: q = ne với n là số tự nhiên.

Sự nhiễm điện của các vật

- Nhiễm điện do cọ xát: là sự nhiễm điện khi các vật khác bản chất, tring hoà về điện được cọ xát với nhau, khi đó hai vật nhiễm điện trái dấu.

Ví dụ: cọ xát lược nhựa với tóc, lược nhựa bị nhiễm điện âm và hút được mẩu giấy vụn.

- Nhiễm điện do tiếp xúc: là sự nhiễm điện khi một vật trung hoà về điện đặt tiếp xúc với một vật nhiễm điện. Khi đó hai vật nhiễm điện cùng dấu.

- Nhiễm điện do hưởng ứng: là sự nhiễm điện khi một vật A (vật dẫn điện) trung hoà về điện đặt gần (không tiếp xúc) với một vật B nhiễm điện. Khi đó, hai đầu vật A, gần và xa vật B, lần lượt nhiễm điện trái dấu và cùng dấu với vật B. Khi đưa vật A ra xa vật B, vật A trở về trạng thái trung hoà như ban đầu.

2. Định luật Coulomb

Lý thuyết Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 11: Định luật Coulomb về tương tác tĩnh điện

Lực tương tác tĩnh điện 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 điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

$F = k \frac{| q_{1} q_{2} |}{r^{2}}$

Trong đó k là hằng số phụ thuộc vào cách chọn đơn vị của các đại lượng, q₁, q₂ là các giá trị đại số của hai điện tích. Trong hệ đơn vị SI, $k = \frac{1}{4 {πε}_{0}} = 9 . 19^{9} \frac{N m^{2}}{C^{2}}$ với $ε_{0} = 8, 85 . 10^{- 12} \frac{C^{2}}{N m^{2}}$ là hằng số điện.

Lưu ý: khi đặt hai điện tích vào một môi trường điện môi đồng chất, lực tương tác tĩnh điện sẽ giảm e lần so với khi đặt chúng trong chân không.

Lưu ý: Xét điện tích q chịu tác dụng vởi lực tĩnh điện của n điện tích điểm, lực tổng hợp tác dụng lên điện tích q được xác định: $\vec{F_{q}} = \vec{F_{1 q}} + \vec{F_{2 q}} + . . . + \vec{F_{n q}}$

B. Trắc nghiệm Định luật Coulomb về tương tác tĩnh điện

Câu 1: Mỗi hại bụi li ti trong không khí mang điện tích $q = - 9, 6 \cdot 10^{- 13} C$ . Hỏi mỗi hại bụi ấy thừa hay thiếu bao nhiêu electron? Biết điện tích electron có độ lớn là 1,6.10^-19 C.

A. Thừa 6,10⁶ hạt.

B. Thừa 6.10⁵ hạt.

C. Thiếu 6,10⁶ hạt.

D. Thiếu 6.10⁵ hạt.

Hướng dẫn giải

Số electron là: $N_{e} = |\frac{q}{e}| = |\frac{- 9,6 \cdot 10^{- 13}}{- {1,6.10}^{- 19}}| = {6.10}^{6}$ hạt. Vì $q < 0$ nên hạt bụi thừa 6.10⁶ hạt electron.

Đáp án đúng là A

Câu 2. Vật A mang điện với điện tích 2 μC, vật B mang điện với điện tích 6 μC. Lực điện do vật A tác dụng lên vật B là ${\vec{F}}_{AB}$ . Lực điện do vật B tác dụng lên vật A là ${\vec{F}}_{BA}$ . Biểu thức nào sau đây đúng?

A. ${\vec{F}}_{AB} = - 3 {\vec{F}}_{BA}$ .

B. ${\vec{F}}_{AB} = - {\vec{F}}_{BA}$ .

C. $3 {\vec{F}}_{AB} = - {\vec{F}}_{BA}$ .

D. ${\vec{F}}_{AB} = 3 {\vec{F}}_{BA}$ .

Hướng dẫn giải

Lực điện do A tác dụng lên B và lực điện do B tác dụng lên A là hai lực trực đối, có cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn, khác điểm đặt.

Đáp án đúng là B

Câu 3. Hai quả cầu kim loại nhỏ, giống hệt nhau, mang điện tích 2Q và -Q được đặt cách nhau một khoảng r, lực điện tác dụng lên nhau có độ lớn là F. Nối chúng lại với nhau bằng một dây dẫn điện, sau đó bỏ dây dẫn đi. Sau khi bỏ dây nối, hai quả cầu tác dụng lên nhau một lực điện có độ lớn là

A. F.

B. F/2.

C. F/4.

D. F/8.

Hướng dẫn giải

Lực điện ban đầu: $F_{1} = k \frac{|2 Q . (- Q)|}{r^{2}} = 2 k \frac{|Q^{2}|}{r^{2}} = F$

Khi nối chúng bằng dây dẫn điện sau đó bỏ dây dẫn đi thì điện tích mỗi quả cầu là:

$q' = \frac{2 Q + (- Q)}{2} = \frac{Q}{2}$

Lực điện lúc sau: $F_{2} = k \frac{|{(\frac{Q}{2})}^{2}|}{r^{2}} = \frac{1}{4} k \frac{|Q^{2}|}{r^{2}} = \frac{F_{1}}{8} = \frac{F}{8}$

Đáp án đúng là D

Câu 4. Lực tương tác điện giữa điện tích 4,0 μC và điện tích –3,0 μC là 1,7.10^-1 N. Tính khoảng cách giữa hai điện tích.

A. 79 m.

B. 7,9 m.

C. 0,79 cm.

D. 0,79 m.

Hướng dẫn giải

$F = k \frac{|q_{1} q_{2}|}{r^{2}} \Rightarrow r = \sqrt{\frac{k |q_{1} q_{2}|}{F}} = \sqrt{\frac{{9.10}^{9} . |(- {3.10}^{- 6}) {.4.10}^{- 6}|}{{1,7.10}^{- 1}}} = 0,79 m$

Đáp án đúng là D.

Câu 5. Hai vật tích điện giống hệt nhau tác dụng lên nhau một lực 2,0.10^-2 N khi được đặt cách nhau 34 cm. Tính độ lớn điện tích của mỗi vật.

A. 51.10^-6 C.

B. 5,1.10^-7 C.

C. 5,1.10^-6 C.

D. 51.10^-7 C.

Hướng dẫn giải

$F = k \frac{|q_{1} q_{2}|}{r^{2}} = k \frac{|q^{2}|}{r^{2}} \Rightarrow {2.10}^{- 2} = {9.10}^{9} . \frac{|q^{2}|}{{0,34}^{2}} \Rightarrow q = {5,1.10}^{- 7} C$

Đáp án đúng là B.

Câu 6: Điện tích của một electron có giá trị bằng bao nhiêu?

A. 1,6.10^-19 C.

B. -1,6.10^-19 C.

C. 3,2.10^-19 C.

D. -3,2.10^-19 C.

Hướng dẫn giải

Điện tích của một electron có giá trị bằng -1,6.10^-19 C.

Đáp án đúng là B

Câu 7: Thông thường sau khi sử dụng khăn lông để lau mắt kính ta thấy sẽ có một vài mảnh vụn của lông tơ còn bám lại trên kính, đó là hiện tượng nhiễm điện do

A. hưởng ứng.

B. tiếp xúc.

C. cọ xát.

D. khác cấu tạo vật chất.

Hướng dẫn giải

Hiện tượng nhiễm điện do cọ xát.

Đáp án đúng là C

Câu 8: Xét hai điện tích điểm q₁ và q₂ có tương tác đẩy. Khẳng định nào sau đây là đúng?

A. q₁ > 0 và q₂ < 0.

B. q₁ <0 và q₂ > 0.

C. q₁q₂ > 0.

D. q₁q₂ < 0.

Hướng dẫn giải

Đối với hai điện tích điểm q₁ và q₂ có tương tác đẩy, nghĩa là chúng mang điện tích cùng dấu với nhau, do đó q₁q₂ > 0.

Đáp án đúng là C

Câu 9: Hai điện tích điểm có độ lớn không đổi được đặt trong cùng một môi trường có hằng số điện môi là $ε$ , nếu tăng khoảng cách giữa hai điện tích lên 2 lần thì lực tương tác giữa chúng sẽ

A. tăng 2 lần.

B. giảm 2 lần.

C. tăng 4 lần.

D. giảm 4 lần.

Hướng dẫn giải

Vì $F ~ \frac{1}{r^{2}}$ nên khi khoảng cách giữa chúng tăng 2 lần thì lực tương tác sẽ giảm 4 lần.

Đáp án đúng là D

Câu 10: Hai điện tích điểm cùng độ lớn 10^-9 C đặt trong chân không. Khoảng cách giữa chúng bằng bao nhiêu để lực tĩnh điện giữa chúng có độ lớn 2,5.10^-6 N ?

A. 0,06 cm.

B. 6 cm.

C. 36 cm.

D. 6m.

Hướng dẫn giải

Ta có: $F = k \frac{q^{2}}{r^{2}}$ , suy ra: $r = \sqrt{\frac{k}{F}} (q) = \sqrt{\frac{9 \cdot 10^{9}}{2, 5 \cdot 10^{- 6}}} 10^{- 9} = 0, 06 m$

Đáp án đúng là B

Câu 11: Hai điện tích điểm $q_{1} = 8 \cdot 10^{- 8} C$ và $q_{2} = - 3 \cdot 10^{- 8} C$ đặt trong không khí tại hai điểm A và B cách nhau 3 cm. Đặt điện tích điểm $q_{0} = 10^{- 8} C$ tại điểm M là trung điểm của AB. Biết $k = 9 {.10}^{9} \frac{{Nm}^{2}}{C^{2}}$ , tính lực tĩnh điện tổng hợp do q₁và q₂ tác dụng lên q₀.

A. 4,4 N.

B. 0,44 N.

C. 0,044 N.

D. 44 N.

Hướng dẫn giải

Lực tĩnh điện ${\vec{F}}_{10}, {\vec{F}}_{20}$ do q₁ và q₂ gây ra tại M cùng hướng với nhau nên:

$F_{0} = F_{10} + F_{20} = k \frac{|q_{0}| (|q_{1}| + |q_{2}|)}{{(\frac{A B}{2})}^{2}} = 9 \cdot 10^{9} \cdot \frac{10^{- 8} (8 \cdot 10^{- 8} + 3 \cdot 10^{- 8})}{{(\frac{0,03}{2})}^{2}} = 0,044 N$

Lực tĩnh điện tổng hợp tác dụng lên q₀ có phương trùng với đường nối AB và hướng về phía q₂.

Đáp án đúng là C.

Câu 12. Hai quả cầu kim loại nhỏ có cùng kích thước, cùng khối lượng 90 g, được treo vào cùng một điểm bằng hai sợi dây mảnh cách điện có cùng chiều dài 1,5 m. Truyền cho mỗi quả cầu một điện tích $2, 4 \cdot 10^{- 7} C$ thì chúng đẩy nhau ra xa tới lúc cân bằng thì hai điện tích cách nhau một đoạn a. Coi góc lệch của hai sợi dây so với phương thẳng đứng là rất nhỏ. Độ lớn của a là bao nhiêu? Lấy $g = 10 m / s^{2}$ .

A. 0,12 m.

B. 0,12 cm.

C. 0,12 dm.

D. 0,12 mm.

Hướng dẫn giải

Mỗi quả cầu chịu tác dụng của 3 lực: trọng lực $\vec{P}$ , lực điện $\vec{F_{đ}}$ và lực căng $\vec{T}$

Muốn quả cầu cân bằng phải có: $\vec{P} + {\vec{F}}_{đ} + \vec{T} = \vec{0}$ hoặc $\vec{P} + {\vec{F}}_{đ} = - \vec{T}$ , nghĩa là hợp lực của $\vec{P}$ và $\vec{F_{đ}}$ phải trực đối với $\vec{T}$ .