[Vật lý 11] Lực tương tác giữa hai điện tích điểm

Tóm tắt ký thuyết và một số bài tập áp dụng

LỰC TƯƠNG TÁC GIỮA HAI ĐIỆN TÍCH ĐIỂM

A. Phương pháp & Ví dụ

*Phương pháp

Lực tương tác giữa 2 điện tích điểm là lực Culông: F = 9.109 (trong điện môi lực giảm đi ε lần so với trong chân không).

– Hai điện tích có độ lớn bằng nhau thì: |q1| = |q2|

Hai điện tích có độ lớn bằng nhau nhưng trái dấu thì: q1 = -q2

Hai điện tích bằng nhau thì: q1 = q2

Hai điện tích cùng dấu: q1q2 > 0 → |q1q2| = q1q2.

Hai điện tích trái dấu: q1q2 > 0 → |q1q2| = -q1q2.

– Áp dụng hệ thức của định luật Coulomb để tìm ra |q1.q2| sau đó tùy điều kiện bài toán chúng ra sẽ tìm được q1 và q2.

– Nếu đề bài chỉ yêu cầu tìm độ lớn thì chỉ cần tìm |q1|;|q2|

► Bài toán cho tích độ lớn 2 đt và tổng độ lớn 2 đt thì AD hệ thức Vi-ét:

thì q12 – Sq1 + P = 0.

► Các công thức trên được áp dụng trong các trường hợp:

+ Các điện tích là điện tích điểm.

+ Các quả cầu đồng chất, tích điện đều, khi đó ta coi r là khoảng cách giữa hai tâm của quả cầu.

*Ví dụ

Ví dụ 1: Ví dụ 1: Hai điện tích điểm q1 = 2.10-8 C, q2 = -10-8 C. Đặt cách nhau 20 cm trong không khí. Xác định lực tương tác giữa chúng?

Hướng dẫn:

Lực tương tác giữa hai điện tích điểm q1 và q2 là F→12 và F→21 có:

+ Phương là đường thẳng nối hai điện tích điểm.

+ Chiều là lực hút

+ Độ lớn = 4,5.10-5 N.

Ví dụ 2: Ví dụ 2: Hai điện tích đặt cách nhau một khoảng r trong không khí thì lực tương tác giữa chúng là 2.10-3 N. Nếu khoảng cách đó mà đặt trong môi trường điện môi thì lực tương tác giữa chúng là 10-3 N.

a. Xác định hằng số điện môi.

b. Để lực tương tác giữa hai điện tích đó khi đặt trong điện môi bằng lực tương tác giữa hai điện tích khi đặt trong không khí thì khoảng cách giữa hai điện tích là bao nhiêu? Biết khoảng cách giữa hai điện tích này trong không khí là 20 cm.

Hướng dẫn:

a. Ta có biểu thức lực tương tác giữa hai điện tích trong không khí và trong điện môi được xác định bởi

b. Để lực tương tác giữa hai điện tích khi đặt trong điện môi bằng lực tương tác giữa hai điện tích khi ta đặt trong không khí thì khoảng cách giữa hai điện tích bây giờ là r’

Ví dụ 3: Ví dụ 3: Trong nguyên tử Hidro, electron chuyển động tròn đều quanh hạt nhân theo quỹ đạo tròn có bán kính 5.10-9 cm.

a. Xác định lực hút tĩnh điện giữa electron và hạt nhân.

b. Xác định tần số chuyển động của electron. Biết khối lượng của electron là 9,1.10-31 kg.

Hướng dẫn:

a. Lực hút tĩnh điện giữa electron và hạt nhân:

b. Tần số chuyển động của electron:

Electron chuyển động tròn quanh hạt nhân, nên lực tĩnh điện đóng vai trò là lực hướng tâm

= 4,5.1016 rad/s

Vật f = 0,72.1026 Hz

Ví dụ 4: Ví dụ 4: Hai điện tích q1 và q2 đặt cách nhau 20 cm trong không khí, chúng đẩy nhau một lực F = 1,8 N. Biết q1 + q2 = -6.10-6 C và |q1| > |q2|. Xác định dấu của điện tích q1 và q2. Vẽ các vecto lực điện tác dụng lên các điện tích. Tính q1 và q2.

Hướng dẫn:

Hai điện tích đẩy nhau nên chúng cùng dấu, mặt khác tổng hai điện tích này là số âm do đó có hai điện tích đều âm:

+ Kết hợp với giả thuyết q1 + q2 = -6.10-6 C, ta có hệ phương trình

vì |q1| > |q2| ⇒

Ví dụ 5: Ví dụ 5: 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 lại cách nhau 8 cm thì lực tương tác giữa chúng vẫn là 10 N. Tính độ lớn của các điện tích và hằng số điện môi của dầu.

Hướng dẫn:

+ Lực tương tác giữa hai điện tích khi đặt trong không khí

+ Khi đặt trong điện môi mà lực tương tác vẫn không đổi nên ta có:

Ví dụ 6: Ví dụ 6: Hai quả cầu nhỏ giống hệt nhau bằng kim loại A và B đặt trong không khí, có điện tích lần lượt là q1 = -3,2.10-7 C, q2 = 2,4.10-7 C, cách nhau một khoảng 12 cm.

a. Xác định số electron thừa và thiếu ở mỗi quả cầu và lực tương tác giữa chúng.

b. Cho hai quả cầu tiếp xúc điện với nhau rồi đặt về chỗ cũ. Xác định lực tương tác tĩnh điện giữa hai quả cầu đó.

Hướng dẫn:

a. Số electron thừa ở quả cầu A là: = 2.1012 electron

Số electron thiếu ở quả cầu B là = 1,5.1012 electron

Lực tương tác tĩnh điện giữa hai quả cầu là lực hút, có độ lớn = 48.10-3 N.

b. Lực tương tác giữa chúng bây giờ là lực hút = 10-3 N.

B. Bài tập

Câu 1: Công thức của định luật Culông là

A. B. C. D.

Câu 2: Đồ thị diễn lực tương tác Culông giữa hai điện tích quan hệ với bình phương khoảng cách giữa hai điện tích là đường:

A. hypebol. B. thẳng bậc nhất. C. parabol. D. elíp

Câu 3: Khẳng định nào sau đây không đúng khi nói về lực tương tác giữa hai điện tích điểm trong chân không?

A. có phương là đường thẳng nối hai điện tích

B. có độ lớn tỉ lệ với tích độ lớn hai điện tích

C. có độ lớn tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa hai điện tích

D. là lực hút khi hai điện tích trái dấu.

Câu 4: Khoảng cách giữa một proton và một electron là r = 5.10-9 cm, coi rằng proton và electron là các điện tích điểm. Tính lực điện tương tác giữa chúng

A. 9,216.10-12 N. B. 4,6.10-12 N. C. 9,216.10-8 N. D. 4,6.10-10 N.

Câu 5: Hai điện tích điểm q1 = +3 μC và q2 = -3 μC, đặt trong dầu ( ε = 2) cách nhau một khoảng r = 3 cm. Lực tương tác giữa hai điện tích đó là

A. 5N B. 25N C. 30N D. 45N

Câu 6: Hai điện tích điểm bằng nhau được đặt trong nước ( ε = 81) cách nhau 3cm. Lực đẩy giữa chúng bằng 0,2.10-15 N. Hai điện tích đó là

A. 4,472.10-8 C. B. 4,472.10-9 C. C. 4,025.10-8 C. D. 4,025.10-9 C.

Câu 7: Hai quả cầu nhỏ giống nhau, mỗi vật thừa một electron. Tìm khối lượng mỗi quả cầu để lực tĩnh điện bằng lực hấp dẫn giữa chúng. Cho G = 6,67.10-11 m3/kg.s

A. 2,86.10-9 kg B. 1,86.10-9 kg C. 4,86.10-9 kg D. 9,86.10-9 kg

Câu 8: Tính lực tương tác điện, lực hấp dẫn giữa electron và hạt nhân trong nguyên tử Hyđrô, biết khoảng cách giữa chúng là 5.10-9 cm, khối lượng hạt nhân bằng 1836 lần khối lượng electron.

A. Fđ = 7,2.10-8 N, Fh = 34.10-48 N. B. Fđ = 9,2.10-8 N, Fh = 36.10-51 N.

C. Fđ = 9,2.10-8 N, Fh = 41.10-48 N. D. Fđ = 10,2.10-8 N, Fh = 51.10-51 N.

Câu 9: Hai điện tích điểm nằm yên trong chân không chúng tương tác với nhau một lực F. Người ta thay đổi yếu tố q1, q2, r thấy lực tương tác đổi chiều nhưng độ lớn không đổi. Hỏi các yếu tố trên thay đổi như thế nào?

A. q1’ = -q1, q2’ = 2q2, r’ = r/2 . B. q1’ = q1/2, q2’ = -2q2, r’ = 2r.

C. q1’ = -2q1, q2’ = 2q2, r’ = 2r. D. Các yếu tố không đổi.

Câu 10: Hai quả cầu kim loại nhỏ tích điện cách nhau 2,5 m trong không khí chúng tương tác với nhau bởi lực 9 mN. Cho hai quả cầu tiếp xúc nhau thì điện tích của mỗi quả cầu bằng -3 μC. Tìm điện tích của các quả cầu ban đầu:

A. q1 = -6,8 μC ; q2 = 3,8 μC. B. q1 = 4 μC ; q2 = -7 μC.

C. q1 = -1,34 μC ; q2 = -4,66 μC. D. q1 = 2,3 μC ; q2 = -5,3 μC.

Đáp án

Bài viết gợi ý: