Hướng dẫn giải nhanh vật lí 11 CTST bài 12: Điện trường

I. CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG

Thảo luận 1 trang 74 sgk vật lý 11 ctst

Làm thế nào để biết trong một vùng không gian nào đó có sự xuất hiện của điện trường?

Đáp án:

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, quả cầu đứng ở vị trí cân bằng với trọng lực và lực căng dây. Khi có điện trường tác động lên quả cầu, nó tạo ra lực điện từ điện tích thử và làm thay đổi vị trí cân bằng ban đầu của quả cầu. Sự thay đổi này được ghi nhận thông qua cảm biến lực, cho phép xác định điện trường trong không gian xung quanh quả cầu tích điện.

Thảo luận 2 trang 74 sgk vật lý 11 ctst

Làm thế nào để xác định được độ mạnh yếu của điện trường tại một điểm?

Đáp án:

Đặt các điểm thử q tại các vị trí khác nhau trong không gian mà điện trường của Q tác động. Sau đó, đo lực tĩnh điện do điện tích Q tác động lên điện tích thử q tại từng vị trí và ghi nhận diện tích thử q tại mỗi vị trí. Tính tỉ số giữa độ lớn của lực tương tác và diện tích thử q tại từng vị trí.

Dựa vào kết quả đo được, chúng ta có thể rút ra kết luận về cường độ và hướng của lực tĩnh điện tác động lên điện tích thử q tại các vị trí khác nhau trong không gian do điện trường của Q tạo ra.

Luyện tập trang 75 sgk vật lý 11 ctst

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.

Đáp án:

a) F cùng phương cùng chiều với E

b) F cùng phương ngược chiều với E

II. CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG CỦA ĐIỆN TÍCH ĐIỂM

Thảo luận 3 trang 76 sgk vật lý 11 ctst

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.

Đáp án:

a) Những điểm nằm ở giữa đường thẳng nối hai điểm A và B.

b) Những điểm nằm về hai phía của đường thẳng nối hai điểm A và B.

III.  ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN

Thảo luận 4 trang 77 sgk vật lý 11 ctst

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?

Đáp án:

Không thể vì từ hình ảnh ta không thể xác định được hướng của các đường sức điện từ đó nhưng ta có thể kết luận được hai điện tích đẩy hay hút nhau.

Thảo luận 5 trang 77 sgk vật lý 11 ctst

Thiết kế phương án và thực hiện thí nghiệm để quan sát hình ảnh điện phổ của một vật tích điện.

Đáp án:

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. Quá trình này sẽ tạo ra một điện phổ, thể hiện phân bố các điện tích trên các sợi nylon và thanh nhựa.

Thảo luận 6 trang 78 sgk vật lý 11 ctst

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.

Đáp án:

Thảo luận 7 trang 78 sgk vật lý 11 ctst

Quan sát Hình 12.9, vẽ đường sức điện trường trong vùng không gian giữa hai tấm kim loại phẳng.

Đáp án:

Đường sức điện trường trong vùng không gian giữa hai tấm kim loại phẳng là những đường thẳng song song cách đều.

Luyện tập trang 79 sgk vật lý 11 ctst

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.

Đáp án:

Đường sức điện kết thúc tại q1 => q1 < 0 

Đường sức diện xuất phát từ q2 => 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 trang 79 sgk vật lý 11 ctst

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.

Đáp án:

Có thể thực hiện thí nghiệm như gợi ý sau: 

B1: Đặt hai thanh kim loại vào dầu cách điện. 

B2: Rắc thuốc tím (KMnO4) vào dầu, khuấy đều và chờ cho thuốc tím có hình dạng ổn định trong dầu. 

B3: Dùng dây để nối hai cực của nguồn điện một chiều (pin, acquy) với hai thanh kim loại. 

B4: 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 1 trang 79 sgk vật lý 11 ctst

Trong điều kiện thời tiết bình thường, bên ngoài bề mặt Trái Đất được bao phủ bởi một điện trường. Biết rằng điện trường này có các đường sức điện luôn hướng vào tâm Trái Đất. Hãy xác định dấu của điện tích trên bề mặt Trái Đất trong tình huống này.

Đáp án:

Dấu của điện tích trên bề mặt Trái Đất là điện tích âm.

Bài tập 2 trang 79 sgk vật lý 11 ctst

Đặt lần lượt một electron và một proton vào cùng một điện trường đều. Hạt nào sẽ chịu tác dụng của lực tĩnh điện có độ lớn lớn hơn? Giả sử chỉ xét tương tác tĩnh điện, các tương tác khác được bỏ qua. So sánh gia tốc hai hạt thu được.

Đáp án:

+ Electron và proton chịu tác dụng của lực tĩnh điện có độ lớn bằng nhau.

+ Ta có: Fe = Fp, mp > me

Theo định luật II Newton => ae > ap

Bài tập 3 trang 79 sgk vật lý 11 ctst

Đặt hai quả cầu nhỏ có điện tích lần lượt là 3,0 μC và –3,5 μC tại 2 điểm A và B cách nhau một khoảng 0,6 m. Xác định vị trí điểm C sao cho vectơ cường độ điện trường tại đó bằng không.

Đáp án:

Cường độ điện trường bằng 0 khi:

$\underset{E_{1}}{\rightarrow}$ + $\underset{E_{2}}{\rightarrow}$  = $\underset{E}{\rightarrow}$ = 0

=> $\underset{E_{1}}{\rightarrow}$ = -$\underset{E_{2}}{\rightarrow}$

⇒ E1 ↑↓ E2 và E1= E2 

Vì |q1| < |q2| ⇒ Điểm đó thuộc đường thẳng AB và ngoài đoạn AB, gần A hơn 

 ⇒ BC- AC = AB (1)

$\frac{BC^{2}}{AC^{2}}$=$\left | \frac{q_{1}}{q_{2}} \right |$=$\frac{3.10^{-6}}{3,5.10^{-6}}$=$\frac{6}{7}$ (2)

Từ (1) và (2) ⇒ AC = 7,5m; BC = 8,1m

Vậy điểm cần tìm cách A 7,5 m và cách  B 8,1 m