Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 11 - Chủ đề 1: Điện tích. Điện trường - Chuyên đề 2: Điện trường

Nội dung text: Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 11 - Chủ đề 1: Điện tích. Điện trường - Chuyên đề 2: Điện trường

1. CHỦ ĐỀ 1: ĐIỆN TÍCH – ĐIỆN TRƯỜNG CHUYÊN ĐỀ 2: ĐIỆN TRƯỜNG PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM Trang 1
2. PHẦN 2: CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Điện trường do một điện tích điểm gây ra 1. Phương pháp giải  Vectơ cường độ điện trường E do một điện tích Ví dụ: Một điện tích q= 1,6.10 -6C đặt tại điểm điểm Q gây ra tại một điểm cách điểm điện tích A. Cho biết phương chiều và độ lớn của cường độ khoảng r: điện trường tại điểm M cách A một khoảng là 20 cm. • Điểm đặt: tại điểm ta xét Hướng dẫn • Phương: là đường thẳng nối điện tích với điểm ta xét Do q > 0 nên vectơ cường độ điện trường gây ra tại điểm M có hướng đi ra xa điện tích. Phương • Chiều: ra xa điện tích nếu Q > 0; hướng vào điện nằm trên đường thẳng MA, chiểu hướng từ A đến tích nếu Q 0 gây ra. Biết độ lớn của cường độ điện trường tại A là 36 V/m, tại B là 9 V/m. Xác định độ lớn cường độ điện trường tại trung điểm M của AB? A. 10 V/m.B. 12 V/m.C. 13 V/m.D. 16 V/m. Hướng dẫn q Ta có: E = k = 36V/m (1) A OA2 q E = k = 9V/m (2) B OB2 q E = k (3) M OM2 2 OB Lấy (1) chia (2) = 4 OB = 2OA OA 2 EM OA OA + OB OA + 2OA Lấy (3) chia (1) = với OM = = = 1,5OA EA OM 2 2 2 EM OA 1 = = EM = 16V/m. EA OM 2,25 Chọn D. Dạng 2: Cường độ điện trường do nhiều điện tích điểm gây ra 1. Phương pháp giải Xác định vectơ cường độ điện trường: Ví dụ: Tại 2 điểm A và B cách nhau 10 cm trong   không khí có đặt 2 điện tích có giá trị q1 = q2 = E1;E2 của mỗi điện tích điểm gây ra tại điểm mà 16.10-8C. Biết AC = BC = 8 cm. Xác định lực điện bài toán yêu cầu. (Đặc biệt chú ý tới phương, chiều) -6 trường tác dụng lên điện tích q3 = 2.10 C đặt tại C? Trang 2
3.     Hướng dẫn Điện trường tổng hợp: E= E1 + E2 + E3 + Các điện tích q và q gây ra tại Dùng quy tắc hình bình hành để tìm cường độ điện 1 2 C các vectơ cường độ điện trường tổng hợp (phương, chiều và độ lớn) hoặc   dùng phương pháp chiếu lên hệ trục toạ độ vuông trường E1 và E2 có phương góc Oxy chiều như hình vẽ, do q1 và q2 có Xét trường hợp chỉ có hai điện trường: độ lớn bằng nhau nên:    E= E1 + E2   q Khi E  E E = E + E E =E =9.109. 1 =225.103V/m 1 2 1 2 1 2 AC2   Khi E1  E2 E = E1 + E2 Cường độ điện trường tổng hợp tại C do các điện   tích q1 và q2 gây ra là: Khi E  E E = E 2 + E 2 1 2 1 2 E = E cosα + E cosα =2E cosα   1 2 1 Khi E ;E = α E2 = E 2 + E 2 + 2E E cosα 1 2 1 2 1 2 AC2 -AH2 =2E . =351.103V/m Lực điện trường tác dụng lên điện tích q: 1 AC  F = q.E Độ lớn: F = |q|.E Lực điện trường tổng hợp do q 1 và q2 tác dụng lên   q3 là: Nếu q > 0 thì F  E , nếu q 0 F  E -6 3 Nên: F = q3.E = 2.10 .351.10 = 0,702N 2. Ví dụ minh họa -6 -6 Ví dụ 1: Tại 2 điểm A, B cách nhau 20cm trong không khí có đặt 2 điện tích q1= 4.10 C, q2 = -6,4.10 C. Xác định cường độ điện trường do hai điện tích này gây ra tại điểm C biết AC = 12 cm; BC = 16 cm? Xác -8 định lực điện trường tác dụng lên q3 = -5.10 C đặt tại C? A. 0,1 NB. 0,17 N C. 0,24 ND. 0,36 N Hướng dẫn   Tam giác ABC vuông tại C. Các điện tích q1 và q2 gây ra tại C các vectơ cường độ điện trường E1 và E2 có phương chiều như hình vẽ, có độ lớn: q q E =9.109 1 =25.105V/m; E =9.109 2 =22,5.105V/m. 1 AC2 2 BC2   2 2 5 Hai véc tơ E1 và E2 vuông góc nên: E= E1 +E2 =33,6.10 V/m  Do điện tích q3 < 0 nên F  E Độ lớn: F = |q3|E = 0,17 N Chọn B. Dạng 3: Điện tích chuyển động trong điện trường 1. Phương pháp giải Sử dụng cách phân tích lực, đồng thời vận dụng các Ví dụ: Hai tấm kim loại phẳng rộng đặt song công thức liên quan: song, cách nhau 2 cm được nhiễm điện trái dấu Lực điện trường tác dụng lên điện tích điểm: nhau và có độ lớn bằng nhau. Muốn điện tích q =  -10 F= q E 5.10 C di chuyển từ bản âm sang bản dương cần tốn một công là A = 2.10 -9J. Hãy xác định cường Trang 3
4. độ điện trường bên trong hai tấm kim loại đó? Cho biết điện trường bên trong hai tấm là điện trường đều và có đường sức vuông góc với các tấm. Hướng dẫn Để có thể dịch chuyển điện tích từ bản này sang Công của lực điện trường: bản kia thì cần cung cấp năng lượng để thắng được AMN = q(VM – VN) = qUMN. công cản của lực điện trường. Liên hệ giữa E và U trong điện trường đều: Áp dụng công thức: -9 UMN A 2.10 E= A = qEd E= = = 200(V/m) D qD 5.10-10.0,02  Vectơ E hướng từ nơi có điện thế cao sang nơi có điện thế thấp. Độ biến thiên động năng: 1 2 1 2 A = Wđ2 – Wđ1 = mv - mv 2 2 2 1 Độ giảm thế năng: A = Wt1 – Wt2 = mgz1 – mgz2 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Ví dụ 1: A, B, C là ba điểm tạo thành tam giác vuông tại | A đặt trong   điện trường đều có vectơ cường độ điện trường E song song với BA như hình vẽ. Cho góc α = 60° và BC = 10 cm; UBC = 400 V. Tính công thực hiện để dịch chuyển điện tích q = 10-9 C từ A đến B? A. 0,1μJ.B. -0,1μJ. C. 0,4μJ.D. -0,4μJ. Hướng dẫn Ta có: AC vuông góc với điện trường nên hiệu điện thế giữa 2 điểm A và C bằng 0. Hiệu điện thế giữa A và B: UAB = UAC + UCB = 0 – UBC = -400V -7 Công của điện trường để dịch chuyển điện tích từ A đến B bằng: AAB = qUAB = -4.10 J Công thực hiện sẽ ngược với công của lực điện trường nên: A = 4.10-7 J Chọn C. Ví dụ 2: Một electron chuyển động dọc theo đường sức của một điện trường đều. Cường độ điện trường E = 100 V/m. Vận tốc ban đầu của electron bằng 300 km/s. Hỏi electron chuyển động được quãng đường dài bao nhiêu thì vận tốc của nó bằng không? Cho biết khối lượng êlectron là m = 9,1.10-31 kg. A. 2,6 cm.B. 2,6 mm.C. 2 cm.D. 2 mm. Hướng dẫn Áp dụng công thức độ biến thiên động năng ta có: 1 1 1 1 A = mv 2 - mv 2 = qEd .9,1.10-31.02 - .9,1.10-31.(3.105 )2 = -1,6.10-19.100.d 2 2 2 1 2 2 d = 2,6.10-3 (m) = 2,6(mm) Chọn B. Trang 4
5. Ví dụ 3 (SGK nâng cao 11): Một quả cầu nhỏ khối lượng m = 3,06.10-15kg nằm lơ lửng giữa hai tấm kim loại song song nằm ngang và nhiễm điện trái dấu. Điện tích của quả cầu đó bằng 4,8.10 -18C. Hai tấm kim loại cách nhau 2 cm. Hãy tính hiệu điện thế đặt vào hai tấm đó? Lấy g = 10m/s2 A. 127,5 V B. 125,7 VC. 120 VD. 175,2 V Hướng dẫn Khi điện tích nằm lơ lửng giữa 2 tấm kim loại điều đó có nghĩa là lực điện trường tác dụng lên điện tích cân bằng với trọng lực tác dụng lên điện tích. Khi đó ta có: U mgd 3,06.10-15.10.0,02 F = P qE = mg q = mg U = = = 127,5V d q 4,8.10-18 Chọn A. Trang 5