Giải chi tiết Vật lí 11 cánh diều mới bài 2: Điện trường

KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: Trong Hình 2.1, thanh nam châm tác dụng lực lên vật bằng sắt mà không tiếp xúc với vật. Tương tự như vậy, chiếc lược tích diện tác dụng lực lên quả cầu tích điện cũng không tiếp xúc với quả cầu. Ở trung học cơ sở, ta đã biết, giống như lực hấp dẫn giữa các vật có khối lượng được thực hiện thông qua trường hấp dẫn, lực tác dụng của nam châm lên vật có tính chất từ được thực hiện thông qua từ trường của nam châm. Lực tác dụng giữa các vật tích điện có thông qua một trường nào không? Trường đó được đặc trưng bởi đại lượng nào ?

Hướng dẫn trả lời:

Lực tác dụng giữa các vật tích điện có thông qua một trường đó chính là điện trường.

Trường đó được đặc trưng bởi đại lượng đó là cường độ điện trường.

I. KHÁI NIỆM ĐIỆN TRƯỜNG

Câu hỏi 1: Lấy một ví dụ lực hút của nam châm lên vật khác.

Hướng dẫn trả lời:

Khi đặt một nam châm gần một vật chứa chất ferromagnetic như một miếng sắt, lực hút sẽ được tạo ra. Ví dụ, nếu bạn đặt một nam châm lên một miếng sắt, lực hút từ nam châm sẽ kéo miếng sắt lên gần nam châm. Các lực hút của nam châm cũng được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp như trong các động cơ điện, động cơ máy móc và các thiết bị đo lường

II. CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG

Tìm hiểu thêm: Năm 1600, William Gilbert (Uy-li-am Ghin-bơ), (1540 – 1603) đưa ra giả thuyết rằng một số vật liệu, chẳng hạn như hổ phách, khi bị cọ xát sẽ tiết ra một loại “chất lỏng” vào môi trường xung quanh nó. Ông đề xuất rằng “chất lỏng” đó đã tiếp xúc với vật liệu khác và tạo ra lực điện giữa chúng. Bạn có ý kiến gì về đề xuất của Gilbert?

Hướng dẫn trả lời:

Em cũng đồng ý kiến với đề xuất của Gilbert: Chất lỏng do hổ phách tiết ra khi cọ xát là điện trường làm cho các vật liệu khác nằm trong môi trường này chịu tác dụng của lực điện và giúp chúng có thể tương tác với nhau bằng lực điện.

Câu hỏi 2: Tính độ lớn và vẽ hưởng của cường độ điện trường do một diện tích điểm 4.10⁻⁸C  gây ra tại một điểm cách nói 5 cm trong môi trường có hắng số điền môi là 2  

Hướng dẫn trả lời:

Cường độ điện trường là: $E=k.\frac{|Q|}{\varepsilon r^{2}}=9.10^{9}\frac{4.10^{-8}}{2.0,05^{2}}=72000 V/m$

III. ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN TRƯỜNG

1. Điện phổ

2. Đường sức điện

Luyện tập 1: Hình 2.8 là hình dạng đường sức điện trường giữa hai điện tích. Xác định dấu của các điện tích ở mỗi hình a), b), c.

Hướng dẫn trả lời:

Ở hình a – cả hai điện tích đều là điện tích dương (vì hướng của đường sức điện có mũi tên đi ra từ điện tích).

Ở hình b – điện tích bên trái là điện tích âm, điện tích bên phải là điện tích dương.

Ở hình c – cả hai điện tích đều là điện tích âm.

IV ĐIỆN TRƯỜNG ĐỀU 

1. Định nghĩa

2. Điện trường giữa hai bản phẳng song song

Luyện tập 2: Khoảng cách giữa hai bản phẳng song song là 15 mm, hiệu điện thể giữa chúng là 750 V. Lực tác dụng lên một quả cầu nhỏ tích điện ở trong khoảng không gian giữa hai bản là 1,2.10⁻⁷ N. Tính:

a) Độ lớn cường độ điện trường giữa hai bản.

b) Điện tích của quả cầu nhỏ.

Hướng dẫn trả lời:

a) Độ lớn cường độ điện trường giữa hai bản là: $E=\frac{U}{d}=\frac{750}{15.10^{-3}}=50000 (V/m)$

b) Điện tích của quả cầu nhỏ là: $q=\frac{F}{E}=\frac{1,2.10^{-7}}{50000}=2,4.10^{-12} (C)$

3. Điện tích chuyển động trong điện trường đều

Câu hỏi 3: Trong Hình 2.10, nếu tốc độ ban đầu của electron trong điện trường bằng không nó sẽ chuyển động như thế nào?

Hướng dẫn trả lời:

Nếu tốc độ ban đầu của electron bằng không thì nó sẽ chịu tác dụng của lực điện và trọng lực của nó (nếu có) kéo nó chuyển động thẳng đứng về phía bản dương.

Câu hỏi 4: Trong ống phóng điện tử ở Hình 2.11, hiệu điện thế giữa hai cặp bản nằm ngang và giữa hai cặp bản thẳng đứng sẽ làm chùm electron bị lệch như thế nào?

Hướng dẫn trả lời:

Khi tia electron đi qua cặp bản nằm ngang sẽ bị lệch theo trục Oy tức là lệch theo phương thẳng đứng (có thể lên trên hoặc xuống dưới tuỳ vào dấu của các bản cực).

Khi tia electron đi qua cặp bản thẳng đứng sẽ bị lệch theo trục Ox tức là lệch theo phương nằm ngang (có thể sang lệch ra phía trước hoặc phía sau tuỳ vào dấu của bản cực). Kết quả là tia electron đi ra khỏi 2 cặp bản cực này và đập vào màn hình phát ra điểm sáng mong muốn.

Câu hỏi 5: Ống phóng điện tử có thể được sử dụng ở thiết bị nào?

Hướng dẫn trả lời:

Ống phóng điện tử có thể được sử dụng ở thiết bị: TV, máy tính, điện thoại, máy ảnh...Thiết bị phát tia X, thiết bị chụp hình quang học, thiết bị nghiên cứu khoa học

Vận dụng: Vẽ sơ đồ giải thích cách dùng lực điện để tách riêng các ion trong một chùm gồm các ion có khối lượng và điện tích khác nhau.

Hướng dẫn trả lời: 

1. Đưa chùm ion vào trong một khu vực có trường điện đều.
2. Các ion trong chùm bị tác động bởi lực điện và di chuyển theo hướng của lực điện mạnh nhất.
3. Sử dụng một loạt các trường điện với độ mạnh khác nhau để tác động lên chùm ion.
4. Các ion sẽ bị tách riêng và di chuyển theo hướng của lực điện mạnh nhất tương ứng với trường điện đó.
5. Sau khi đi qua các trường điện khác nhau, các ion sẽ được tách riêng và thu thập ở các vị trí khác nhau.
6. Sử dụng các phương pháp phân tích khác nhau để xác định và đo lường các ion đã được tách riêng, chẳng hạn như phổ khối lượng (mass spectrometry).