Giải SBT Vật lí 11 Chân trời bài 11: Định luật Coulomb về tương tác tĩnh điện

A. TRẮC NGHIỆM

Câu 11.1 (B): Điện tích của một electron có giá trị bằng bao nhiêu?

A. 1,6. $10^{-19}$ C.

B.-1,6. $10^{-19}$ C.

C. 3,2. $10^{-19}$ C.

D. -3,2. $10^{-19}$ C.

Trả lời:

Đáp án đúng B

Điện tích của một electron có giá trị bằng -1,6. $10^{-19}$ C.

Câu 11.2 (B): Thông thường sau khi sử dụng khăn lông để lau mắt kính ta thấy sẽ có một vài mảnh vụn của lông tơ còn bám lại trên kinh, đó là hiện tượng nhiễm điện do

A. hưởng ứng.

B, tiếp xúc.

C. cọ xát.

D. khảo cấu tạo vật chất

Trả lời:

Đáp án đúng D

Thông thường sau khi sử dụng khăn lông để lau mắt kính ta thấy sẽ có một vài mảnh vụn của lông tơ còn bám lại trên kinh, đó là hiện tượng nhiễm điện do khảo cấu tạo vật chất

Câu 11.3 (B): Công thức nào dưới đây xác định độ lớn lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm $q_{1}$, $q_{2}$, đặt cách nhau một khoảng ở trong chân không, với $k=9.10^{9} \frac{Nm^{2}}{C^{2}}$ là hằng số Coulomb

A. $F=\frac{r^{2}}{k\left | q_{1}q_{2} \right |}$

B. $F= r^{2}\frac{ \left | q_{1}q_{2} \right |}{k}$

C. $F= \frac{ \left | q_{1}q_{2} \right |}{ k.r^{2}}$

D. $F= k\frac{ \left | q_{1}q_{2} \right |}{ r^{2}}$

Trả lời:

Đáp án đúng D

Công thức xác định độ lớn lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm $q_{1}$, $q_{2}$, đặt cách nhau một khoảng ở trong chân không

$F= k\frac{ \left | q_{1}q_{2} \right |}{ r^{2}}$

Câu 11.4 (B): Trong các hình biểu diễn lực tương tác tĩnh điện giữa các điện tích (có cùng độ lớn diện tích và đứng yên) dưới đây. Hình nào biểu diễn không chính xác?

Trả lời:

Đáp án đúng A

Câu 11.5 (B): Xét hai điện tích điểm $q_{1}$ và $q_{2}$, có tương tác đẩy. Khẳng định nào sau đây là đúng”

$q_{1}$ > 0 và $q_{2}$ < 0.

$q_{1}$ <0 và $q_{2}$  > 0.

$q_{1}$.$q_{2}$ > 0

$q_{1}$.$q_{2}$ < 0

Trả lời:

Đáp án đúng C 

Hai điện tích đẩy nhau thì cùng dấu

Câu 11.6 (B): Xét ba điện tích $q_{0}$, $q_{1}$ và $q_{2}$  đặt tại ba điểm khác nhau trong không gian. Biết lực do $q_{1}$ và $q_{2}$ tác dụng lên $q_{0}$, lần lượt là $\overset{\rightarrow }{F_{10}}$ và $\overset{\rightarrow }{F_{20}}$. Biểu thức nào sau đây xác định lực tĩnh điện tổng hợp tác dụng lên điện tích $q_{0}$?

A. $F_{0}=F_{10}+F_{20}$

B.$\overset{\rightarrow }{F_{0}}=\overset{\rightarrow }{F_{10}}+\overset{\rightarrow }{F_{20}}$

C. $F_{0}=F_{10}-F_{20}$

D.$\overset{\rightarrow }{F_{0}}=\overset{\rightarrow }{F_{10}}-\overset{\rightarrow }{F_{20}}$

Trả lời:

Đáp án đúng B

$\overset{\rightarrow }{F_{0}}=\overset{\rightarrow }{F_{10}}+\overset{\rightarrow }{F_{20}}$

Câu 11.7 (H): Hai điện tích điểm có độ lớn không đổi được đặt trong cùng một môi trường có hằng số điện môi là $\varepsilon $, nếu tăng khoảng cách giữa hai điện tích lên 2 lần thủ lực tương tác giữa chúng sẽ

A. tăng 2 lần.

B. giảm 2 lần.

C. tăng 4 lần.

D. giảm 4 lần.

Trả lời:

Đáp án đúng D

$F=k\frac{\left | q_{1} q_{2}\right |}{\varepsilon r^{2}}$ => r tăng 2 lần thì F giảm 4 lần

Câu 11.8 (H): Đưa một thanh kim loại tích điện dương lại gần một chiếc đĩa chưa tích điện và cô lập về điện thì

A. điện tích của đĩa sẽ thay đổi hoặc bằng 0, phụ thuộc vào khoảng cách giữa thanh kim loại và đĩa

B. điện tích của đĩa vẫn bằng 0.

C. địa tích điện dương.

D. đĩa tích điện âm

Trả lời:

Đáp án đúng B

Đây là hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng, điện tích trên thanh kim loại không thay đổi, khi đưa ra xa quả cầu điện tích trên thanh kim loại sẽ phân bố lại vẫn trung hoà về điện.

Câu 11.9 (H): Hai điện tích điểm cùng độ lớn $10^{-9}$ C đặt trong chân không. Khoảng cách giữa chúng bằng bao nhiêu để lực tĩnh điện giữa chung có độ lớn 2,5.$10^{-6}$ N?

A. 0,06 cm.

B. 6 cm.

C. 36 cm.

D. 6 m.

Trả lời:

Đáp án đúng B

Ta có: $F=k\frac{q^{2}}{r^{2}}$ 

=> r=$\sqrt{\frac{k}{F}}\left | q \right |$

= $\sqrt{\frac{9.10^{9}}{2,5.10^{5}}},10^{9}$ = 0,06 m

Câu 11.10 (VD): Mỗi hai bụi li ti trong không khi mang điện tích q=-9,6.$10^{-13}$ C Hỏi mỗi hại bụi ấy thừa hay thiếu bao nhiêu electron? Biết điện tích electron có độ lớn là 1,6.$10^{-19}$C.

A. Thừa 6.$10^{6}$ hat.

B. Thừa 6.$10^{5}$ hat.

C. Thiếu 6.$10^{6}$ hạt.

D. Thiểu 6.$10^{5}$ hạt.

Trả lời:

Đáp án đúng A

Số electron 

$N_{e}=\left | \frac{q}{e} \right |$

=$\left | \frac{-9,6.10^{-13}}{-1,6.10^{-19}} \right |$=$6.10^{6}$

Vì q < 0 nên hạt bụi thừa 6.$10^{6}$ hạt electron

Câu 11.11 (VD): Hai điện tích điểm +2Q và -Q được đặt cố định tại hai điểm như Hình 11.1. Phải đặt điện tích $q_{1}$  ở trị trí nào thì lực điện do +2Q và -Q tác dụng lên diện tích q, có thể cân bằng nhau?

A. Vi trí (1)

B. Vi trí (2).

C. Vi tri (3).

D. Vi trí (4)

Trả lời:

Đáp án đúng D

Vì hai điện tích trái dấu, nên lực do mỗi điện tích tác dụng lên điện tích $q_{0}$ chỉ ngược chiều khi đặt $q_{0}$ trên đường thẳng nối hai điện tích và nằm ngoài khoảng giữa hai điện tích và gần điện tích có độ lớn yếu hơn (gần điện tích -Q hơn). Gọi $r_{1}$, $r_{2}$ là khoảng cách từ diện tích $q_{1}$ =2Q, $q_{2}$=-Q ( đến điện tích $q_{0}$ và r là khoảng cách giữa hai điện tích ấy.

Vi lực do $q_{1}$ và $q_{2}$, tác dụng lên $q_{0}$ cân bằng nhau nên

$F_{10}=F_{20}$ 

=> $\frac{| q_{1} |}{r_{1}^{2}}=\frac{|q_{2}|}{r_{2}^{2}}$

=>$ r_{1}=\sqrt{2}r_{2}$

Mà $r_{1}=r_{2}+r$ nên $r_{2}=\frac{r}{\sqrt{2}-1}$ >r

B. TỰ LUẬN

Bài 11.1 (B): Hãy nêu các cách làm một vật bị nhiễm điện và đưa ra ví dụ minh hoạ cho từng cách

Trả lời:

Cỏ ba cách làm vật bị nhiễm điện:

Nhiễm điện do cọ xát: Chà xát thước nhựa lên bàn thì thấy sau đó thước - nhựa có thể hút các vụn giấy.

Nhiễm điện do tiếp xúc: Cho quả cầu nhiễm điện tiếp xúc với quả cầu trung hòa về điện thì quả cầu lúc sau cũng nhiễm điện.

Nhiễm điện do hưởng ứng: Đưa một đầu của thanh nhiệm điện lại gần một Thanh trung hoa về điện thì thấy một đầu của thanh cũng nhiễm điện

Bài 11.2 (B): Lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm đặt trong chân không phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Trả lời:

Lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm đặt trong chân không phụ thuộc vào các yếu tố:  

giá trị của hai điện tích điểm 

khoảng cách giữa chúng 

môi trường trà chúng được đặt vào.

Bài 11.3 (B): Hãy so sánh định tính độ lớn lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm trong trường hợp hai điện tích được đặt trong một chất điện môi và đặt trong chân không.

Trả lời:

Độ lớn lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm trong trường hợp hai điện tích được đặt trong chất điện môi sẽ nhỏ hơn trường hợp hai diện tích được đặt trong chân không vì độ lớn lực tĩnh điện tỉ lệ nghịch với hằng số điện môi.

Bài 11.4 (H): Khi đưa một đầu của thanh nhiễm điện âm lại gần một quả cầu không tích điện thì thanh và quả cầu có tương tác hút hoặc đẩy nhau hay không? Vi sao?

Trả lời:

Khi đưa một đầu của thành nhiễm điện âm lại gần một quả cầu không tích điện thì thanh và quả cầu sẽ hút nhau vì quả cầu bị nhiễm điện do hưởng ứng với phần quả cầu nằm gần thanh bị nhiễm điện dương

Bài 11.5 (H): Trong giờ học Vật lý, một bạn học sinh phát biểu rằng: “Khi đưa một vật A nhiễm điện lại gần một vật B không nhiễm điện thì vật B bị nhiễm điện do hưởng ứng và tổng điện tích của vật B khác 0”. Hãy nhận xét về phát biểu trên của bạn học sinh này.

Trả lời:

Phát biểu trên của bạn học sinh không hợp lý vì vật B bị nhiễm diện do hưởng ứng nhưng tổng điện tích của vật B vẫn bằng 0 do vật B không trao đổi diện tích với vật A

Bài 11.6 (H): Các xe bồn chở xăng dầu thường được treo một sợi dây xích dài làm bằng sắt dưới gầm xe. Trong quá trình di chuyển sẽ có những lúc dãy xách được chạm nhẹ xuống mặt đường. Hãy giải thích vì sao người ta phải làm như vậy

Trả lời:

Vì khi di chuyển, thân xe chở xăng dầu có thể cọ xát với không khi và thành của bốn chứa nên dễ bị nhiễm điện gây ra cháy nổ nên các xe chở xăng dầu thường có một đoạn dây xích thả xuống mặt đường để truyền điện tích dư từ xe xuống mặt đường

Bài 11.7 (H): Xét ba quả cầu nhỏ A, B, C được đặt trên một mặt bàn nằm ngang, trơn nhẵn và cách điện trong không khí. Biết rằng quả cầu A mang điện tích dương, quả cầu B và quả cầu C mang điện tích âm. Cho quả cầu B di chuyển trên đoạn thẳng nối tâm quả cầu A và quả cầu C. Trong quá trình di chuyển đó, có bao nhiêu vị trí để quả cầu B nằm cân bằng dưới tác dụng của lực tĩnh điện

Trả lời:

Không có vị trí nào trên đoạn thẳng nổi giữa quả cầu A và quả cầu C để quả cầu B nằm cân bằng dưới tác dụng của lực tĩnh điện. Vì lực tĩnh điện do quả cầu A tác dụng lên quả cầu B vụ do qua cầu C tác dụng lên quả cầu B luôn cùng phương, cùng chiếu nên không thể cân bằng.

Bài 11.8 (H): Độ lớn lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm $q_{1}$ và $q_{2}$  sẽ thay đổi như thế nào nếu ta tăng khoảng cách giữa hai điện tích lên gấp đôi và giảm độ lớn $q_{1}$, xuống một nửa

Trả lời:

Giảm 8 lần vì lực tương tạo tính diện giữa hai điện tích điểm tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai diện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng

Bài 11.9 (H): Ban đầu, khi hai điện tích điểm được đặt trong chân không thì độ lớn lực tĩnh điện giữa chúng là F. Sau đó, hai điện tích điểm được đặt trong môi trường điện môi A sao cho giá trị hai điện tích và khoảng cách giữa chúng được F giữ không đổi. Khi đó, độ lớn lực tĩnh điện giữa chúng là $\frac{F}{4,5}$. Hãy xác định giá trị hằng số điện môi của môi trường A.

Trả lời:

Lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm trong môi trường A giảm 4,5 lần so với trường hợp hai điện tích điểm trong chân không, suy ra hằng số điện môi của môi trường A bằng 4,5.

Bài 11.10 (VD): Hai điện tích điểm $q_{1}$  =8.$10^{-8}$C và $q_{2}$ = –3.$10^{-8}$ C đặt trong không khi tại hai điểm A và B cách nhau 3 cm. Đặt điện tích điểm  $q_{0}$  =.$10^{-8}$C tại điểm M là trung điểm của AB. Biết k=9.$10^{9}$ $\frac{Nm^{2}}{C^{2}}$ , tinh lực tĩnh điện tổng hợp do vị và $q_{1}$  và $q_{2}$   tác dụng lên $q_{0}$

Trả lời:

Lực tĩnh điện $\overset{\rightarrow }{F_{10}}$, $\overset{\rightarrow }{F_{20}}$ do $q_{1}$ và $q_{2}$ gây ra tại M cùng hướng với nhau nên: 

$F_{0}=F_{10}+F_{20}$

=k$\frac{\left | q \right |(\left | q_{1} \right |+\left | q_{2} \right |)}{(\frac{AB}{2})^{2}}$ = 0,044 N

Lực tĩnh điện tổng hợp tác dụng lên $q_{0}$ có phương trùng với đường nối AB và hướng về phía $q_{2}$

Bài 11.11 (VD): Cho hai điện tích điểm $q_{1}$  = 6 $\mu $C và $q_{2}$ = 54 $\mu $C đặt tại hai điểm A, B trong không khi cách nhau 6 cm. Sau đó người ta đặt một điện tích $q_{3}$  tại điểm C.

a) Xác định vị trí điểm C để điện tích $q_{3}$ năm cân bằng

b) Xác định dấu và độ lớn của $q_{3}$ để cả hệ cân bằng.

Trả lời:

Do $q_{1}$$q_{2}$ > 0, nên $q_{3}$ cân bằng thì $q_{3}$ phải nằm trong đoạn AB

Ta có: $\overset{\rightarrow }{F_{3}}=\overset{\rightarrow }{F_{13}}+\overset{\rightarrow }{F_{23}}=\overset{\rightarrow }{F_{0}}$

$F_{13}=F_{23}$ 

⬄ $k\frac{\left | q_{1}q_{3} \right |}{\varepsilon AC^{2}}=k\frac{\left | q_{2}q_{3} \right |}{\varepsilon BC^{2}}$

⬄ $\frac{6}{AC^{2}}=\frac{54}{BC^{2}}$ 

⬄ 3AC - BC =0

Mà AC + BC AB = 6 cm => AC = 1,5 cm và BC = 4,5 cm

Vậy điểm C cách điểm A 1,5 cm và cách B 4,5 cm

Vì $q_{1}$$q_{2}$ > 0, nên lực tác dụng lên $q_{2}$ là lực đẩy. Để hệ cân bằng thì $q_{3}$ < 0

$F_{12}=F_{32}$ 

<=> $k\frac{\left | q_{1}q_{3} \right |}{\varepsilon AB^{2}}=k\frac{\left | q_{2}q_{3} \right |}{\varepsilon BC^{2}}$

<=> $\frac{\left | q_{1} \right |}{AB^{2}}$=$\frac{\left | q_{3} \right |}{BC^{2}}$

=> $\left | q_{3} \right |=\left | q_{1} \right |\frac{BC^{2}}{AB^{2}}$

= 6$(\frac{4,5}{6})^{2}=3,375 \mu C$

Vậy điện tích của $q_{3}$ là -3,375 $\mu$ C

Bài 11.12 (VD): Xét hai quả cầu kim loại nhỏ giống nhau mang các điện tích $q_{1}$  và $q_{2}$ đặt trong không khi cách nhau 2 cm, đẩy nhau bằng một lực có độ lớn 2,7.$10^{-4}$ N. Cho hai quả cầu tiếp xúc với nhau rồi lại đưa về vị trí ban đầu thì lực đẩy giữa chúng có độ lớn 3,6.$10^{-4}N. Tính $q_{1}$ và $q_{2}$  

Trả lời:

Ban đầu: F=k$\frac{\left |q_{1}q_{2}\right |}{R^{2}}$

=> $\left |q_{1}q_{2}\right|= \frac{FR^{2}}{k}$

=> $q_{1}q_{2}=1,2.10^{17}C^{2}$

Vì hai quả cầu như nhau và hệ cô lập về điện nên sau khi tiếp xúc điện tích trên mỗi quả cầu là $q’_{1}$=$q’_{2}$=$\frac{q_{1}+q_{2}}{2}$

Khi đó:

$F'=\frac{k}{R^{2}}(\frac{q_{1}+q_{2}}{2})^{2}$

<=> $(q_{1}+q_{2})^{2}=\frac{4F'R^{2}}{k}$

<=> $q_{1}+q_{2}=\pm \sqrt{\frac{4F'R^{2}}{k}}=\pm 8.10^{9}$ C

Trường hợp 1: $q^{2}-8.10^{9}q+1,2.10^{17}=0$

$q_{1}=2.10^{9}$ C; $q_{2}=6.10^{9}$ C

$q_{1}=6.10^{9}$ C; $q_{2}=2.10^{9}$ C

Trường hợp 2: $q^{2}+8.10^{9}q+1,2.10^{17}=0$

$q_{1}= -2.10^{9}$ C; $q_{2}= -6.10^{9}$ C

$q_{1}= -6.10^{9}$ C; $q_{2}= -2.10^{9}$ C