Giải chi tiết Vật lí 11 chân trời mới bài 12: Điện trường
Giải bài 12: Điện trường sách Vật lí 11 chân trời sáng tạo. Phần đáp án chuẩn, hướng dẫn giải chi tiết cho từng bài tập có trong chương trình học của sách giáo khoa. Hi vọng, các em học sinh hiểu và nắm vững kiến thức bài học.
MỞ ĐẦU
Câu hỏi: Khi một vật nhiễm điện được đặt gần một vật nhiễm điện khác, ta thấy hai vật có thể hút hoặc đẩy nhau, nghĩa là giữa chúng có sự tương tác mặc dù không có sự tiếp xúc. Vậy, hai vật này tương tác với nhau bằng cách nào?
Hướng dẫn trả lời:
Vì hai vật này được đặt trong điện trường nên dù chúng không tiếp xúc với nhau nhưng chúng vẫn tương tác với nhau.
1. CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG
Câu hỏi 1: Làm thế nào để biết trong một vùng không gian nào đó có sự xuất hiện của điện trường?
Hướng dẫn trả lời:
Treo một quả cầu nhỏ tích điện (có thể xem gần đúng là một điện tích thử) vào một sợi dây cách điện. Trên quả cầu có gắn cảm biến lực để đo lực căng dây tác dụng lên quả cầu. Ban đầu, trước khi đặt quả cầu vào vùng có điện trường, quả cầu có vị trí cân bằng tương ứng với vị trí sợi dây không bị lệch khỏi phương thẳng đứng và cảm biến lực cho giá trị bằng với trọng lượng của quả cầu. Khi đặt quả cầu nhỏ được treo bởi sợi dây vào vùng không gian cần xem xét, nếu có lực điện tác dụng lên điện tích thử thì giá trị của cảm biến lực sẽ thay đổi. Ngoài ra, nếu vectơ điện trường không có phương thẳng đứng thì vị trí cân bằng mới của quả cầu sẽ tương ứng với trường hợp dây treo bị lệch một góc nhất định so với phương thẳng đứng.
Câu hỏi 2: Làm thế nào để xác định được độ mạnh yếu của điện trường tại một điểm?
Hướng dẫn trả lời:
Xét một điện tích Q gây ra điện trường trong một vùng không gian. Lần lượt đặt các điện tích thử q vào vùng điện trường do Q sinh ra tại các vị trí khác nhau. Khảo sát lực tĩnh điện do Q tác dụng lên điện tích thử, lập tỉ số độ lớn lực tương tác và diện tích thử q tại từng vị trí đang xét và rút ra kết luận.
Luyện tập: Trong một vùng không gian có điện trường mà các đường sức điện trường có phương nằm ngang, song song với nhau và chiều như Hình 12.3. Hãy xác định hưởng của lực điện trường tác dụng lên điện tích q trong các trường hợp:
a) q > 0.
b) q < 0.
Hướng dẫn trả lời:
a) Lực điện có cùng phương, cùng chiếu với vectơ cường độ điện trường.
b) Lực điện có cùng phương, ngược chiều với vectơ cường độ điện trường.
2. CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG CỦA ĐIỆN TÍCH ĐIỂM
Câu hỏi 3: Tại hai điểm A và B trong chân không, người ta đặt hai điện tích trái dấu q1 và q2 Tìm những điểm sao cho hai vectơ cường độ điện trường do hai điện tích q1 và q2 gây ra tại đó có đặc điểm:
a) Cùng phương, cùng chiều.
b) Cùng phương, ngược chiều.
Hướng dẫn trả lời:
a) Những điểm cùng phương, cùng chiều nằm ở giữa đường thẳng nối hai điểm A và B.
b) Những điểm cùng phương, ngược chiều nằm về hai phía của đường thẳng nối hai điểm A và B.
3. ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN
Câu hỏi 4: Dựa vào hình ảnh điện phổ quan sát được ở Hình 12.6, ta có thể kết luận được dấu của mỗi điện tích không? Vì sao?
Hướng dẫn trả lời:
Điện phố chỉ mô tả hình ảnh của các đường sức điện, do đó, ta không thể kết luận dấu của các điện tích dựa vào điện phổ. Tuy nhiên, ta có thể biết được các điện tích đang xét cùng dấu (như Hình 12.6b) hoặc trái dấu (như Hình 12.6c).
Câu hỏi 5: Thiết kế phương án và thực hiện thí nghiệm để quan sát hình ảnh điện phổ của một vật tích điện.
Hướng dẫn trả lời:
Gợi ý một phương án thí nghiệm như sau:
– Dụng cụ: Túi/ dây nylon, thanh nhựa, giấy khô.
– Cách thực hiện: Cắt túi/ dây nylon thành những sợi mảnh, có chiều dài như nhau và buộc một đầu của chúng lại với nhau. Dùng giấy khô cọ xát lên mặt các sợi nylon và thanh nhựa. Tung chùm nylon lên và đưa thanh nhựa ở phía dưới chùm nylon ta sẽ thu được điện phổ của một vật tích điện.
Câu hỏi 6: Quan sát Hình 12.7, em hãy mô tả hình dạng, điểm xuất phát, điểm kết thúc của đường sức điện và so sánh độ mạnh yếu của điện trường tại hai vị trí A và B cho mỗi trường hợp.
Hướng dẫn trả lời:
| Hình | Hình dạng | Điểm xuất phát | Điểm kết thúc | Độ mạnh yếu của điện trường tại A và B |
| 12.7a | + Đường thẳng xuyên tâm, không khép kín. + Các dường sức điện không cắt nhau. | Điện tích dương | Vô cùng | Dựa vào sự phân bố các đường sức điện tại A và B, ta có thể kết luận: EB>EA |
| 12.7b | + Đường thẳng xuyên tâm, không khép kín. + Các dường sức điện không cắt nhau. | Vô cùng | Điện tích âm | EB>EA |
| 12.7c | + Đưởng sức điện trùng với đường nối hai điện tích là đường thẳng, các đường còn lại là đường cong không khép kín. + Các đường sức điện không cắt nhau. | Điện tích dương hoặc vô cùng | Điện tích âm hoặc vô cùng | EB>EA |
| 12.7d | + Đưởng sức điện trùng với đường nối hai điện tích là đường thẳng, các đường còn lại là đường cong không khép kín. + Các đường sức điện không cắt nhau. | Điện tích dương | Vô cùng | EB<EA(EB = 0) |
Câu hỏi 7: Quan sát Hình 12.9, vẽ đường sức điện trường trong vùng không gian giữa hai tấm kim loại phẳng.
Hướng dẫn trả lời:
Đường sức điện trường trong vùng không gian giữa hai tấm kim loại phẳng là những đường thẳng song song cách đều.
Luyện tập: Xét đường sức điện của hai điện tích điểm q1 và q2 như Hình 12.10. Em hãy xác định dầu của hai điện tích q1, q2 và so sánh độ lớn điện tích của chúng.
Hướng dẫn trả lời:
Do đường sức điện kết thúc tại q1 nên q1 < 0 đường sức diện xuất phát từ q2 nên q2 > 0 Do số đường sức điện xuất phát từ điện tích q2 nhiều hơn số đường sức điện đi vào điện tích q1 nên |q2| > |q1|
Vận dụng: Từ các dụng cụ: pin, dây nổi, 2 thanh kim loại, dầu cách điện (như dầu máy), thuốc tím (KMnO4), em hãy thiết kế và thực hiện thí nghiệm để quan sát đường sức điện trường giữa hai thanh kim loại.
Hướng dẫn trả lời:
Có thể thực hiện thí nghiệm như gợi ý sau: Đặt hai thanh kim loại vào dầu cách điện. Rắc thuốc tím (KMnO4) vào dầu, khuấy đều và chờ cho thuốc tím có hình dạng ổn định trong dầu. Dùng dây để nối hai cực của nguồn điện một chiều (pin, acquy) với hai thanh kim loại. Quan sát sự sắp xếp của các hạt thuốc tím trong vùng không gian giữa hai thanh kim loại ta sẽ thấy hình ảnh minh hoạ của điện trường đều.
BÀI TẬP
$\vec{E}_{1}+\vec{E}_{2}=\vec{E}=\vec{0}\Rightarrow \vec{E}_{1}=-\vec{E}_{2}$
$\Rightarrow \left\{\begin{matrix}E_{1}\uparrow\downarrow E_{2}\\E_{1} =E_{2}\end{matrix}\right.$
Vì $\left|q_{1}\right|<\left|q_{2}\right| \Rightarrow$ Điểm đó thuộc đường thẳng AB và ngoài đoạn AB, gần A hơn (r2>r1 Hay BC>AC)
$\Rightarrow\left\{\begin{matrix}BC-AC=AB\\ \frac{BC^{2}}{AC^{2}}=\frac{\left|q_{1}\right|}{\left|q_{2}\right|}=\frac{\left|3.10^{-6}\right|}{\left|-3,5.10^{-6}\right|}\end{matrix}\right. \Rightarrow $ AC=7,5m;BC=8,1m
Vậy điểm cần tìm cách A 7,5 m và cách B 8,1 m