Giải vật lí 11 bài 2: Thuyết êlectron. Định luật bảo toàn điện tích
Hướng dẫn giải bài tập, bài thực hành trong bài 2: Thuyết êlectron. Định luật bảo toàn điện tích - sách giáo khoa vật lí 11. Tất cả các kiến thức lý thuyết và bài tập trong bài học này đều được giải đáp cẩn thận, chi tiết. Chúng ta tham khảo để học tốt vật lí 11 bài 2: Thuyết êlectron. Định luật bảo toàn điện tích nhé.
[toc:ul]
I. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
A. Thuyết êlectron
1. Cấu tạo nguyên tử
Cấu tạo nguyên tử:
- Hạt nhân: mang điện tích dương, nằm ở trung tâm. Hạt nhân bao gồm:
- proton: mang điện tích dương, điện tích của proton là: $q_{p} = 1,6.10^{-19}$ (C), khối lượng $m_{p} = 1,67.10^{-27}$ (kg).
- notron: không mang điện, khối lượng $m_{n} \approx m_{p}$.
- Electron: mang điện tích âm chuyển động hỗn độn xung quanh hạt nhân. Điện tích của electron: $q_{e} = - 1,6.10^{-19}$ (C), khối lượng $m_{e} = 9,1.10^{-31}$ (kg).
Bình thường, các nguyên tử trung hòa về điện do số electron quay xung quanh hạt nhân bằng số proton.
Điện tích nguyên tố (âm hoặc dương): là điện tích nhỏ nhất mà ta có được, chính là điện tích của electron hoặc proton. Trên thực tế, điện tích nhỏ nhất mà ta có được không phải là electron hay proton nhưng do chương trình Vật lí phổ thông chỉ xét đến proton, electron nên ta coi đó là điện tích nguyên tố.
2. Thuyết electron
Thuyết electron là thuyết dựa vào sự cư trú và di chuyển của các electron để giải thích các hiện tượng điện và các tính chất điện của các vật.
Nội dung
Êlectron có thể rời khỏi nguyên tử để di chuyển tử nơi này sang nơi khác. Nguyên tử bị mất electron sẽ trở thành một hạt mang điện dương gọi là ion dương.
Một nguyên tử trung hòa có thể nhận thêm một electron để tạo thành một hạt mang điện âm gọi là ion âm.
- Một vật nhiễm điện âm khi số electron mà nó chứa lớn hơn số điện tích nguyên tố dương (proton). Nếu số electron ít hơn số proton thì vật nhiễm điện dương.
Sự cư trú và di chuyển của các electron tạo nên các hiện tượng về điện và tính chất điện muôn màu muôn vẻ của tự nhiên.
3. Vật (chất) dẫn điện, vật (chất) cách điện
Điện tích tự do: là điện tích có thể di chuyển từ điểm này đến điểm khác trong phạm vi thể tích của vật dẫn.
Vật dẫn điện: là vật có chứa nhiều điện tích tự do
Vật cách điện: là vật không chứa hoặc chứa rất ít điện tích tự do.
4. Sự nhiễm điện
Nhiễm điện do tiếp xúc: xảy ra khi cho một vật chưa nhiễm điện tiếp xúc với một vật bị nhiễm điện thì nó sẽ bị nhiễm điện.
Nhiễm điện do hưởng ứng: xảy ra khi đưa một đầu quả cầu A nhiễm điện dương lại gần đầu M của một thanh kim loại MN trung hòa về điện ta thấy đầu M nhiễm điện âm còn đầu N nhiễm điện dương. Nếu đưa quả cầu A ra xa thì thanh MN lại trung hòa về điện.
B. Định luật bảo toàn điện tích
Hệ cô lập: hệ không có trao đổi điện tích với các vật ngoài hệ.
Nội dung định luật: Trong một hệ vật cô lập về điện, tổng đại số của các điện tích là không đổi.
II. GIẢI BÀI TẬP
Giải câu 1: Trình bày nội dung thuyết êlectron....
Trình bày nội dung thuyết êlectron.
Bài giải:
Nội dung thuyết electron:
Êlectron có thể rời khỏi nguyên tử để di chuyển tử nơi này sang nơi khác. Nguyên tử bị mất electron sẽ trở thành một hạt mang điện dương gọi là ion dương.
Một nguyên tử trung hòa có thể nhận thêm một electron để tạo thành một hạt mang điện âm gọi là ion âm.
- Một vật nhiễm điện âm khi số electron mà nó chứa lớn hơn số điện tích nguyên tố dương (proton). Nếu số electron ít hơn số proton thì vật nhiễm điện dương.
Giải câu 2: Giải thích hiện tượng nhiễm điện âm...
Giải thích hiện tượng nhiễm điện âm của một quả cầu kim loại do tiếp xúc bằng thuyết electron.
Bài giải:
Khi cho quả cầu A trung hòa về điên tiếp xúc với quả cầu B mang điện tích âm thì một phần electron của quả cầu B sẽ được truyền sang cho quả cầu A do electron có thể rời khỏi nguyên tử di chuyển từ nơi này đến nơi khác.
Kết quả là: Quả cầu A nhận thêm electron nên mang điện tích âm (nhiễm điện âm).
Giải câu 3: Trình bày hiện tượng nhiễm điện...
Trình bày hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng và giải thích nó bằng thuyết electron.
Bài giải:
Hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng: khi cho một quả cầu kim loại tích điện lại gần một vật dẫn thì đầu xa quả cầu nhiễm điện cùng dấu với quả cầu, đầu gần quả cầu thì nhiễm điện trái dấu.
Giải thích: Trong các vật dẫn, electron chuyển động hỗn loạn. Khi đưa một quả cầu nhiễm điện (giả sử nhiễm điện dương) lại gần nó sẽ xảy ra tương tác Cu-lông.
Các electron sẽ bị hút về phía điện tích dương, dẫn đến một đầu của vật dẫn tập trung electron nên tích điện âm, đầu kia bị mất bớt electron nên tích điện dương.
Giải câu 4: Phát biểu định luật bảo toàn điện...
Phát biểu định luật bảo toàn điện tích và vận dụng để giải thích hiện tượng xảy ra khi chi một quả cầu tích điện dương tiếp xúc với một quả cầu tích điện âm.
Bài giải:
Định luật bảo toàn điện tích: Trong một hệ vật cô lập, tổng đại số của các điện tích là không đổi.
Khi cho một quả cầu tích điện dương (q1) tiếp xúc với một quả cầu tích điện âm (-q2 ), sau khi tách chúng ra thì xảy ra 3 trường hợp sau:
- TH1: q1 + (-q2 ) > 0: cả hai quả cầu cùng nhiễm điện dương.
- TH2: q1 + (-q2 ) < 0: cả hai quả cầu cùng nhiễm điện âm.
- Th3: q1 + (-q2 ) = 0: cả hai quả cầu cùng trung hòa về điện.
Giải thích: Khi cho hai quả cầu tiếp xúc với nhau sẽ có sự trao đổi điện tích giữa chúng. Sau một thời gian, sự trao đổi điện tích này dừng lại (do không còn sự chênh lệch điện tích giữa hai quả cầu). Lúc này, quả cầu nào có độ lớn điện tích lớn hơn sẽ truyền điện tích cho quả cầu còn lại.
Giải câu 5: Đưa quả cầu tích điện Q lại gần quả...
Chọn câu đúng.
Đưa quả cầu tích điện Q lại gần quả cầu M nhỏ, nhẹ, bằng bấc, treo ở đầu một sợi chỉ thẳng đứng. Quả cầu bấc M bị hút dính vào quả cầu Q. Sau đó thì
A. M tiếp tục bị hút dính vào Q.
B. M rời Q và vẫn bị hút lệch về phía Q.
C. M rời Q về vị trí thẳng đứng.
D. M bị đẩy lệch về phía bên kia.
Bài giải:
Chọn đáp án D.
Giải thích: Khi đưa quả cầu Q lại gần quả cầu M, lúc hai quả cầu chưa tiếp xúc với nhau thì xảy ra hiện tượng nhiễm điện hưởng ứng vì vậy mà hai quả cầu dính vào nhau. Sau khi bị hút dính vào quả cầu Q thì xảy ra hiện tượng nhiễm điện do tiếp xúc, quả cầu M sẽ nhiễm điện cùng dấu với quả cầu Q do đó nó bị đẩy lệch về phía bên kia.
Giải câu 6: Đưa gần một quả cầu Q điện tích...
Đưa gần một quả cầu Q điện tích dương lại gần đầu M của một khối trụ kim loại MN (Hình 2.4).
Tại M và N sẽ xuất hiện các điện tích trái dấu. Hiện tượng gì sẽ xảy ra nếu chạm tay vào điểm I, trung điểm của MN?
A. Điện tích ở M và N không thay đổi.
B. Điện tích ở M và N mất hết.
C. Điện tích ở M còn, ở N mất.
D. Điện tích ở M mất, ở N còn.
Bài giải:
Chọn đáp án A.
Giải thích: Do quả cầu Q mang điện dương, đầu M mang điện âm nên không có hiện tượng nhiễm điện do điện hưởng xảy ra (tại I đang trung hòa về điện, nếu tại I có điện tích thì vẫn xảy ra hiện tượng điện hưởng).
Giải câu 7: Hãy giải thích hiện tượng bụi bám...
Hãy giải thích hiện tượng bụi bám chặt vào các cánh quạt trần, mặc dù cánh quạt thường xuyên quay rất nhanh.
Bài giải:
Để cánh quạt bền và đẹp, khi chế tạo người ta thường sơn một lớp sơn các điện vào nó.
Khi cánh quạt quay, lớp sơn cách điện sẽ ma sát (cọ xát) với không khí và trở nên tích điện. Lúc này, cánh quạt có thể hút các vật nhỏ nhẹ khác như bụi trong không khí. Các hạt bụi này dính rất chặt vào cánh quạt nên khi quạt quay chúng không bị bay đi.