Slide bài giảng Vật lí 11 chân trời bài 11: Định luật Coulomb về tương tác tĩnh điện

Tóm lược nội dung

BÀI 11. ĐỊNH LUẬT COULOMB VỀ TƯƠNG TÁC TĨNH ĐIỆN

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 −3,2.10⁻⁷C. Qủa cầu này thừa hay thiếu bao nhiêu electron ?

Đáp án rút gọn:

Số electron thừa là:

n = q/e =  = 2.10¹² 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 rút gọn:

a) Ta có thể dùng mảnh lụa cọ xát các vật như thước nhựa, miếng thủy tinh, lược nhựa,... để các vật bị nhiễm điện, và ta thấy mảnh lụa, miếng thuỷ tinh, vụn giấy nhỏ, lược nhựa, quả bóng bay xảy ra hiện tượng nhiễm điện còn vỏ lon thì không.

b) Tương tác giữa các vật nhiễm điện

Khi cọ xát thanh nhựa, với miếng vải lụa thì những vật đó sẽ nhiễm điện trái dấu và hút các vật như vụn giấy nhỏ, quả bóng bay mảnh lụa 

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 rút gọn:

a)Khi vô tình chạm vào tay nắm cửa kim loại, điện tích âm trên cơ thể tăng lên đến mức tạo ra tia lửa điện giữa bàn tay và tay nắm cửa, gây cảm giác tê tay.

b)Khi chạm vào vỏ kim loại của máy tính đang hoạt động, điện tích di chuyển tức thì gây mất cân bằng điện tích và phóng tia lửa điện, gây tê tay.

II. ĐỊNH LUẬT COULOMB

Thảo luận 3 trang 71 sgk vật lý 11 ctst

Các cặp lực  và   trong Hình 11.5 có phải là các cặp lực cân bằng không? Vì sao?

Đáp án rút gọn:

Các cặp lực  và  trong Hình 11.5 không phải là các cặp lực cân bằng vì chúng không cùng điểm đặt

Thảo luận 4 trang 71 sgk vật lý 11 ctst

Một mẩu sắt nhỏ 6 g có thể chứa khoảng 10²⁴ electron. Vậy vì sao các electron này không bay ra khỏi mẫu sắt, mặc dù giữa chúng luôn tồn tại lực đẩy?

Đáp án rút gọn:

Vì trong nguyên tử còn có hạt nhân mang điện tích dương, lực tương tác tĩnh điện giữa hạt nhân và electron đủ lớn để giữ cho electron không bị bay ra khỏi mẩu sắt

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 rút gọn:

Hai vật tích điện cùng dấu ngay khi hai vật nhỏ được thả tự do, dưới tác dụng của lực tương tác tĩnh điện, cả hai vật được gia tốc và chuyển động về 2 hướng ngược 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 rút gọn:

Lực giữ cho electron chuyển động tròn quanh hạt nhân là lực tương tác tĩnh điện giữa electron và proton (lực hút). Lực này có phương 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 = 6.10⁻⁶C, q2 = −6.10⁻⁶C và q3 = 3.10⁻⁶C. Biết AB = 3 cm, AC = 4cm và BC = 5cm Tính độ lớn lực tác dụng lên điện tích điểm đặt tại C.

Đáp án rút gọn:

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

F13 = k

Lực tương tác giữa điện tích q2 tác dụng lên điện tích q3 là:

F23 = k

Ta có góc tạo bởi hai vector  và  là α=143,13∘

Độ lớn tác dụng lên điện tích q3 là

F³ =  =  = 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 rút gọn:

Thanh thuỷ tinh mất bớt electron khi cọ xát với mảnh lụa và trở thành vật nhiễm điện dương. Số electron bứt ra là

n = = = 8,125.10¹⁰ 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 rút gọn:

R = 99%.l = 0,99.0,459.10⁻⁶ = 0,454.10⁻⁶m

Lực tương tác tĩnh điện của phân tử DNA là

F = k

Độ cứng k cần tìm là

k’’=  =  N/m

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 2,4.10⁻⁷C

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 rút gọn:

a) Lực tương tác giữa hai quả cầu:

F = k

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

=

Lực tương tác giữa hai quả cầu lúc này:

F’ = k = 0,001N