Lý 11 Bài 1: Điện tích và định luật Cu-lông

a. Sự nhiễm điện của các vật

- Một vật có khả năng hút được các vật nhẹ như mẩu giấy, sợi bông, … ta nói vật đó bị nhiễm điện.

- Có thể làm cho một vật nhiễm điện bằng cách: cọ xát với vật khác, tiếp xúc với vật đã nhiễm điện.

- Các hiện tượng nhiễm điện của vật:

• Nhiễm điện do cọ xát.
• Nhiễm điện do tiếp xúc.
• Nhiễm điện do hưởng ứng.

b. Điện tích. Điện tích điểm

• Vật bị nhiễm điện còn gọi là vật mang điện,vật tích điện hay là một điện tích.
• Vật tích điện có kích thước rất nhỏ so với khỏang cách tới điểm ta xét được gọi là điện tích điểm.

c. Tương tác điện. Hai loại điện tích

- Hai loại điện tích:

• Điện tích dương
• Điện tích âm

- Tương tác điện:

• Sự đẩy nhau hay hút nhau giữa các điện tích gọi là sự tương tác điện.
• Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, các điện tích trái dấu thì hút nhau. 

a. Định luật Cu-lông

- Nội dung:

• Lực hút hay đẩy giữa hai điện tích điểm đặt trong chân không có phương trùng với đường thẳng nối 2 điện tích điểm đó, có độ lớn tỉ lệ với tích độ lớn của 2 điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. 

- Biểu thức: \(F = k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{{r^2}}}\)

- Trong đó: 

• k là hệ số tỉ lệ, phụ thuộc vào hệ đơn vị (Trong hệ SI, k=9.10⁹ N.m²)
• q₁ và q₂: các điện tích (C)
• r: Khoảng cách giữa q₁ và q₂ (m²)
• Đơn vị của điện tích là: Culông (C)

- Biểu diễn: 

b. Lực tương tác giữa các điện tích điểm đặt trong điện môi đồng tính. Hằng số điện môi

• Điện môi: là môi trường cách điện.
• Trong điện môi có hằng số điện môi là ε.
• Hằng số điện môi của một môi trường cho biết:
• Khi đặt các điện tích trong môi trường đó thì lực tương tác giữa chúng giảm đi bao nhiêu lần so với khi chúng đặt trong chân không.
• Đối với chân không thì ε = 1
• Công thức Định luật Culông trong trường hợp lực tương tác giữa 2 điện tích điểm đặt trong môi trường đồng tính: \(F = {9.10^9}\frac{{\left| {{q_1}{q_{_2}}} \right|}}{{\varepsilon {r^2}}}\)
• Nội dung: Lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm đặt trong môi trường có hằng số điện môi εε tỉ lệ thuận với tich độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng

Hai điện tích điểm có độ lớn bằng nhau được đặt trong không khí cách nhau 12 cm. Lực tương tác giữa hai điện tích đó bằng 10 N. Đặt hai điện tích đó trong dầu và đưa chúng cách nhau 8 cm thì lực tương tác giữa chúng vẫn bằng 10 N. Tính độ lớn các điện tích và hằng số điện môi của dầu.

Hướng dẫn giải:

Ta có: 

r₁ =12 cm = 12.10⁻² m; F₁ = 10 N; ε₁ = 1

r₂ = 8 cm = 8.10^-2 m; F₂ = 10 N

Áp dụng Định luật Culông trong trường hợp lực tương tác giữa 2 điện tích điểm đặt trong môi trường đồng tính

\({F_1} = {9.10^9}\frac{{\left| {{q_1}{q_{_2}}} \right|}}{{{\varepsilon _1}r_1^2}}\) (1)

\({F_2} = {9.10^9}\frac{{\left| {{q_1}{q_{_2}}} \right|}}{{{\varepsilon _2}r_2^2}}\) (2)

Lập tỉ số \(\frac{{(1)}}{{(2)}} \Rightarrow {\varepsilon _2} = \frac{{{\varepsilon _1}r_1^2}}{{r_2^2}} = 2,25\)

Hai quả cầu nhỏ mang hai điện tích có độ lớn bằng nhau, đặt cách nhau 10 cm trong chân không thì tác dụng lên nhau một lực là 9.10^-3 N. Xác định điện tích của hai quả cầu đó.

Hướng dẫn giải:

Áp dụng công thức \(F = {9.10^9}\frac{{\left| {{q_1}{q_{_2}}} \right|}}{{\varepsilon {r^2}}}\), trong đó ta có:

+ Lực tương tác: F = 9.10⁻³ N

+ Khoảng cách giữa 2 điện tích: 

R = 10 cm = 0,1 m

+ Đặt trong chân không => ε = 1

+ Điện tích: |q₁| = |q₂| = q

Thay vào (1) ta được: \(F = k\frac{{\left| {{q_1}{q_{_2}}} \right|}}{{{r^2}}}\)

\( \Rightarrow \) q = ±10^-7 C

Câu 1: Hai điện tích điểm giống nhau đặt trong chân không cách nhau một khoảng r = 2 cm. Lực đẩy giữa chúng là F = 1,6.10^–4 (N). Độ lớn của hai điện tích đó là bao nhiêu?

Câu 2:  Hai điện tích điểm đặt trong chân không cách nhau một khoảng r₁ = 2 cm. Lực đẩy giữa chúng là F₁ = 1,6.10^–4 N. Để lực tương tác giữa hai điện tích đó bằng F₂ = 2,5.10^–4 N) thì khoảng cách giữa chúng là bao nhiêu?

Câu 3: Hai điện tích điểm q₁ = +3 μC và q₂ = –3 μC, đặt trong dầu (có ε = 2) cách nhau một khoảng r = 3 cm. Lực tương tác giữa hai điện tích đó là bao nhiêu?

Câu 4: Hai điện tích điểm giống nhau được đặt trong nước (có ε = 81) và cách nhau 3 cm. Lực đẩy giữa chúng bằng 0,2.10^–5 N. Tìm độ độ lớn hai điện tích đó.

Câu 1: Hai điện tích điểm được đặt cố định và cách điện trong một bình không khí  thì lực tương tác Cu – lông giữa chúng là 12 N. Khi đổ đầy một chất lỏng cách điện vào bình thì lực tương tác giữa chúng là 4 N. Hằng số điện môi của chất lỏng này là

A. 3.                            B. 1/3.                         C. 9.                            D. 1/9

Câu 2: Hai điện tích điểm đặt cách nhau 100 cm trong parafin có hằng số điện môi bằng 2 thì tương tác với nhau bằng lực 8 N. Nêu chúng được đặt cách nhau 50 cm trong chân không thì tương tác nhau bằng lực có độ lớn là

A. 1 N                        B. 2 N                        C. 8 N                        D. 48 N

Câu 3: Hai điện tích điểm cùng độ lớn được đặt cách nhau 1 m trong nước nguyên chất tương tác với nhau một lực bằng 10 N. Nước nguyên chất có hằng số điện môi bằng 81. Độ lớn của mỗi điện tích là

A. 9 C                        B. 9.10^-8 C                C. 0,3 mC                 D. 10^-3 C

Câu 4: Có hai điện tích điểm đứng yên q₁ và q₂ tương tác nhau bằng lực đẩy. Khẳng định nào sau đây là đúng?

A. q₁ > 0 và q₂ < 0    B. q₁ < 0 và q₂ > 0    C. q₁.q₂ > 0               D. q₁.q₂ < 0

Qua bài giảng Điện tích và Định luật Cu-lông này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Nắm được các khái niệm: Điện tích , điện tích điểm ,các loại điện tích,tương tác giữa các điện tích.
• Áp dụng được định luật Cu- lông giải các bài tập đơn giản về cân bằng của hệ điện tích. Giải thích hiện tượng nhiễm điện trong thực tế.