I. SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC ĐIỆN TÍCH

Thảo luận 1 trang 68 sgk vật lý 11 ctst

Xét quả cầu kim loại nhỏ có điện tích −3,2.10$^{−7}$C. Qủa cầu này thừa hay thiếu bao nhiêu electron ?

Đáp án:

Qủa cầu mang điện tích âm nên thừa số electron là: 

n =$\frac{q}{e}$=$-\frac{3,2.10^{-7}}{-1,6.10^{-19}}$ = 2.10$^{12}$ electron

Thảo luận 2 trang 69 sgk vật lý 11 ctst

Sử dụng một số dụng cụ đơn giản mảnh lụa, miếng thuỷ tinh, vụn giấy nhỏ, lược nhựa, quả bóng bay, vỏ lon,... em hãy thực hiện thí nghiệm:

a) Làm nhiễm điện cho các vật.

b) Về tương tác giữa các vật nhiễm điện.

Đáp án:

a) Để nhiễm điện các vật, ta có thể sử dụng vải khô, mảnh lụa để cọ xát với các vật như thước nhựa, miếng thủy tinh, lược nhựa, vụn giấy nhỏ, quả bóng bay. Khi thực hiện điều này, các vật này sẽ nhiễm điện và thể hiện hiện tượng nhiễm điện. Tuy nhiên, vỏ lon thì không thể nhiễm điện.

b) Khi các vật đã nhiễm điện (âm hoặc dương) tương tác với nhau, chúng có thể có các hiện tượng sau:

- Khi cọ xát thanh nhựa hoặc lược nhựa với miếng vải khô, các vật này nhiễm điện âm và có khả năng hút các vật như vụn giấy nhỏ và quả bóng bay (được giảm điện tích).

- Khi cọ xát miếng thủy tinh bằng mảnh lụa, các vật thủy tinh sẽ nhiễm điện dương và có khả năng đẩy các vật như vụn giấy nhỏ và quả bóng bay (được cộng điện tích).

Luyện tập trang 70 sgk vật lý 11 ctst

Giải thích hiện tượng bị điện giật trong các trường hợp:

a) Khi chạm tay vào nắm cửa kim loại trong thời tiết hanh khô (Hình 11.1).

b) Khi chạm tay vào vỏ kim loại của máy tính đang hoạt động.

Đáp án:

Hoạt động như mặc quần áo, chải đầu hoặc các hoạt động khác có thể làm cơ thể chúng ta tích tụ điện tích, gây ra tình trạng nhiễm điện. Khi tiếp xúc với nắm cửa kim loại hoặc vỏ kim loại của máy tính trong tình huống này, có thể xảy ra hiện tượng điện giật do sự xảy ra của dòng điện tích giữa chúng và cơ thể của chúng ta.

II. ĐỊNH LUẬT COULOMB

Thảo luận 3 trang 71 sgk vật lý 11 ctst

Các cặp lực $F_{12}$ và $F_{21}$  trong Hình 11.5 có phải là các cặp lực cân bằng không? Vì sao?

Đáp án:

Chúng không phải là các cặp lực cân bằng vì điểm đặt của chúng ở hai điện tích khác nhau.

Thảo luận 4 trang 71 sgk vật lý 11 ctst

Một mẩu sắt nhỏ 6 g có thể chứa khoảng 10$^{24}$ electron. Vậy vì sao các electron này không bay ra khỏi mẫu sắt, mặc dù giữa chúng luôn tồn tại lực đẩy?

Đáp án:

Vì ngoài lực tương tác đẩy giữa các electron vẫn có lực tương tác hút giữa electron và hạt nhân và lực hút này lớn hơn lực đẩy giữa các electron với nhau

Thảo luận 5 trang 72 sgk vật lý 11 ctst

Hai vật nhỏ tích điện cùng dấu, ban đầu được giữ ở vị trí rất gần nhau. Dựa vào công thức (11.1), em hãy mô tả đặc điểm chuyển động của hai vật ngay thời điểm khi chúng được thả tự do. Giả sử hai vật chỉ chịu tác dụng của lực tương tác tĩnh điện giữa chúng.

Đáp án:

Dưới tác dụng của lực tương tác tĩnh điện, cả hai vật được gia tốc và chuyển động nhanh dần ra xa nhau.

Luyện tập trang 72 sgk vật lý 11 ctst

Theo mô hình nguyên tử của nhà vật lí Ernest Rutherford (Ơ-nít Rơ-dơ-pho) (1871- 1937), nguyên tử gồm hạt nhân (tập trung hầu hết khối lượng của nguyên tử và có kích thước rất nhỏ so với bán kính nguyên tử) mang điện tích dương và các electron mang điện tích âm chuyển động trên các quỹ đạo tròn xung quanh hạt nhân.

Xét mô hình nguyên tử Rutherford cho nguyên tử hydrogen (Hình 11.6), em hãy cho biết lực giữ cho electron chuyển động tròn quanh hạt nhân là lực gì? Xác định phương, chiều của lực đó.

Đáp án:

Lực giữ cho electron chuyển động tròn quanh hạt nhân là lực tương tác tĩnh điện giữa electron và proton (lực hút), đóng vai trò như lực hướng tâm. Lực này có phương nằm trên bán kính quỹ đạo và luôn có chiều hướng vào tâm quỹ đạo. 

Vận dụng trang 72 sgk vật lý 11 ctst

Tại 3 điểm A, B, C cố định trong chân không, đặt 3 điện tích điểm có giá trị lần lượt là q1 = 6.10$^{−6}$C, q2 = −6.10$^{−6}$C và q3 = 3.10$^{−6}$C. Biết AB = 3 cm, AC = 4cm và BC = 5cm Tính độ lớn lực tác dụng lên điện tích điểm đặt tại C.

Đáp án:

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

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

Góc tạo bởi hai vector $F_{13}$ và $F_{23}$ là α = 143,13$^{\circ}$

• Độ lớn tác dụng lên điện tích q3 là

$F_{3}$=$\sqrt{F_{13}^{2}+F_{23}^{2}+2.F_{13}.F_{23}cos\alpha }$ = 101,252+64,82+2.101,25.64,8.cos143,130  = 62,873N

Bài tập 1 trang 72 sgk vật lý 11 ctst

Sau khi cọ xát thanh thuỷ tinh (trung hoà về điện) với mảnh lụa, thanh thuỷ tinh tích điện dương và có giá trị 13 nC. Hãy giải thích quá trình tích điện cho thanh thuỷ tinh và xác định số electron đã bị bứt ra khỏi thanh thuỷ tinh.

Đáp án:

Khi cọ xát thanh thủy tinh và mảnh lụa với nhau, các electron trong thủy tinh sẽ được chuyển sang lụa. Điều này dẫn đến thủy tinh trở nên dương điện (mất electron) và lụa trở nên âm điện (thừa electron). Số electron đã bứt ra khỏi thanh thuỷ tinh:

n = |q|/e = (13.10$^{−9}$ ) : (1,6.10$^{−19}$ ) = 8,125.10$^{10}$ electron

Bài tập 2 trang 72 sgk vật lý 11 ctst

Một phân tử DNA bao gồm hai nhánh xoắn kép được liên kết với nhau có chiều dài 0,459.10$^{−6}$ m. Phần đuôi của phân tử có thể bị ion hoá mang điện tích âm q1 = −1,6.10$^{−19}$ C đầu còn lại mang điện tích dương q2 = 1,6.10−19 C. Phân tử xoắn ốc này hoạt động như một lò xo và bị nén 1% sau khi bị tích điện. Xác định “độ cứng k” của phân tử. Biết phân tử DNA trong nhân tế bào và môi trường xung quanh là nước; hằng số điện môi của nước là 81.

Đáp án:

R = 99%l = 0,99.0,459.10$^{−6}$ = 0,454.10$^{−6}$ m

Lực tương tác tĩnh điện của phân tử DNA:

F=$F_{đh}$=$\frac{k\left | q_{1}q_{2} \right |}{r^{2}}$=$\frac{9.10^{9}\left | -1,6.10^{-19}.1,6.10^{-19} \right |}{81.(0,454.10^{-6})^{2}}$=1380,02.10$^{-20}$N

Độ cứng của phân tử:

k=$\frac{F}{\Delta l}$=$\frac{F}{l-R}$=2,9.10$^{-9}$N/s

Bài tập 3 trang 72 sgk vật lý 11 ctst

Hai quả cầu A, B có kích thước nhỏ được đặt cách nhau một khoảng 12 cm trong chân không. Biết quả cầu A có điện tích −3,2.10$^{−7}$ C và quả cầu B có điện tích 2,4.10$^{−7}$ C

a) Tính lực tương tác giữa hai quả cầu.

b) Cho hai quả cầu tiếp xúc với nhau, sau đó đặt cách nhau một khoảng như lúc đầu. Biết rằng, sau khi tiếp xúc, hai quả cầu có điện tích bằng nhau. Tính lực tương tác giữa hai quả cầu lúc này.

Đáp án:

a) 

F =$\frac{k\left | q_{1}q_{2} \right |}{r^{2}}$=$\frac{9.10^{9}\left | -3,2.10^{-7}.2,4.10^{-7} \right |}{0,12^{2}}$=0,048 N

b) Điện tích của quả cầu sau khi tiếp xúc là:

$q_{1}^{'}$=$q_{2}^{'}$=($q_{1}+q_{2}$)/2  =(-3,2.10$^{-7}$+ 2,4.10$^{-7}$)/2= -0,4.10$^{-7}$C

Lực tương tác giữa hai quả cầu lúc này:

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