Tài liệu Bồi dưỡng học sinh giỏi môn Vật lý Lớp 11 - Chuyên đề 1: Điện tích. Điện trường

Nội dung text: Tài liệu Bồi dưỡng học sinh giỏi môn Vật lý Lớp 11 - Chuyên đề 1: Điện tích. Điện trường

1. BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÝ 11 MỤC LỤC MỤC LỤC CHUYÊN ĐỀ I. ĐIỆN TÍCH. ĐIỆN TRƯỜNG 2 CHỦ ĐỀ 1. ĐIỆN TÍCH. ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG 2 1. LỰC TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC ĐIỆN TÍCH 4 2. SỰ CÂN BẰNG CỦA ĐIỆN TÍCH 12 CHỦ ĐỀ 2. ĐIỆN TRƯỜNG 19 1. CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG DO MỘT ĐIỆN TÍCH ĐIỂM GÂY RA 22 2. CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG DO NHIỀU ĐIỆN TÍCH ĐIỂM GÂY RA 23 3. ĐIỆN TÍCH CÂN BẰNG TRONG ĐIỆN TRƯỜNG 32 4. CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG DO VẬT DẪN MANG ĐIỆN CÓ KÍCH THƯỚC TẠO RA 33 CHỦ ĐỀ 3. ĐIỆN THẾ VÀ HIỆU ĐIỆN THẾ 40 1. CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN. ĐIỆN THẾ VÀ HIỆU ĐIỆN THẾ 43 2. VẬT DẪN CÂN BẰNG ĐIỆN 57 3. LIÊN HỆ GIỮA CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG VÀ HIỆU ĐIỆN THẾ 58 CHỦ ĐỀ 4. TỤ ĐIỆN. NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRƯỜNG 64 1. ĐIỆN DUNG, ĐIỆN TÍCH, HIỆU ĐIỆN THẾ, NĂNG LƯỢNG CỦA TỤ ĐIỆN 69 2. GHÉP CÁC TỤ ĐIỆN 75 3. CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐIỆN TÍCH TRONG ĐIỆN TRƯỜNG 107 BÀI TẬP LUYỆN TẬP TỔNG HỢP 115 1
2. BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÝ 11 CHUYÊN ĐỀ I. ĐIỆN TÍCH. ĐIỆN TRƯỜNG CHUYÊN ĐỀ I. ĐIỆN TÍCH. ĐIỆN TRƯỜNG CHỦ ĐỀ 1. ĐIỆN TÍCH. ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG A. TÓM TẮT KIẾN THỨC I. ĐIỆN TÍCH. ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG 1-Điện tích: Có hai loại điện tích: điện tích dương và điện tích âm. Các điện tích cùng loại thì đẩy nhau, các điện tích khác loại thì hút nhau. 2-Định luật Cu-lông: Lực tương tác giữa hai điện tích điểm đứng yên tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa chúng. k | q q | F = . 1 2 (1.1) ε r2 +k = 9.109(N.m2/C2). + ε là hằng số điện môi của môi trường ( ε = 1: chân không hoặc không khí). +r là khoảng cách giữa hai điện tích q1, q2. Chú ý: Định luật Cu-lông được áp dụng cho: F21 F12 q q2 -hai điện tích điểm. 1 r -hai quả cầu tích điện phân bố đều. q1q2 < 0 II. ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH 1-Hệ cô lập về điện: Hệ cô lập về điện là hệ gồm các vật không trao đổi điện tích với các vật khác bên ngoài hệ. 2-Định luật bảo toàn điện tích: Trong một hệ cô lập về điện, tổng các điện tích được bảo toàn: q1 + q2 + = const (1.2) B. NHỮNG CHÚ Ý KHI GIẢI BÀI TẬP VỀ KIẾN THỨC VÀ KỸ NĂNG -Khi áp dụng định luật Cu-lông về sự tương tác giữa các điện tích đứng yên cần chú ý: +điều kiện áp dụng: hai điện tích điểm hoặc hai quả cầu tích điện phân bố đều. +các hiện tượng thực tế thường gặp: cho hai quả cầu nhỏ dẫn điện như nhau đã nhiễm điện tiếp xúc nhau hoặc nối với nhau bằng đoạn dây dẫn rồi tách rời ra thì tổng điện tích sẽ chia đều cho hai quả cầu: q1 + q2 q1’ = q2’ = 2 khi chạm tay vào một quả cầu nhỏ dẫn điện đã tích điện thì quả cầu sẽ mất điện tích và trở thành trung hòa. -Khi một điện tích điểm q chịu tác dụng của nhiều lực tác dụng F1 , F2 , do các điện tích điểm q1, q2, gây ra thì hợp lực tác dụng lên q là: F = + + Để xác định độ lớn của hợp lực F ta có thể dựa vào: 2 2 2 +định lí hàm cosin: F = F1 + F2 + 2F1F2cosα ( α là góc hợp bởi và ). Nếu: 2
3. BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÝ 11 CHUYÊN ĐỀ I. ĐIỆN TÍCH. ĐIỆN TRƯỜNG  F1 và F2 cùng chiều thì: F = F1 + F2 ( α = 0, cos = 1).  và ngược chiều thì: F = |F1 - F2| ( = π , cos = -1). 2 2 o  và vuông góc thì: F = F1 + F2 ( = 90 , cos = 0). α  và cùng độ lớn (F1 = F2) thì: F = 2F1 cos . 2 2 2 +phương pháp hình chiếu: F = Fx + Fy (Fx = F1x + F2x + ; Fy = F1y + F2y + ) -Khi một điện tích q đứng yên thì hợp lực tác dụng lên q sẽ bằng 0 : F = + + = 0 Các lực tác dụng lên điện tích q thường gặp là: +trọng lực: P = mg (luôn hướng xuống). k | q1q2 | +lực tĩnh điện: F = . (lực hút nếu q1 và q2 trái dấu; lực đẩy nếu q1 và q2 cùng dấu). ε r2 +lực căng dây T. +lực đàn hồi của lò xo: F = k. l = k(l − l ). 0 α F1 F2 F Cùng chiều Ngược chiều Vuông góc Cùng độ lớn VỀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI . Với dạng bài tập về lực tương tác giữa các điện tích. Phương pháp giải là: -Sử dụng các công thức: k | q q | +Tương tác giữa hai điện tích: Áp dụng định luật Cu-lông: F = . 1 2 . ε r2 +Tương tác giữa nhiều điện tích: Áp dụng định luật Cu-lông và quy tắc tìm hợp lực: = + + -Một số chú ý: +Các điều kiện áp dụng định luật Cu-lông ở mục Về kiến thức và kĩ năng. +Các hiện tượng thực tế thường gặp ở mục Về kiến thức và kĩ năng. |q| +Số electron thừa, thiếu ở mỗi vật: n = , |q| là điện tích của vật. e . Với dạng bài tập về sự cân bằng của điện tích. Phương pháp giải là: -Sử dụng điều kiện cân bằng của vật: = + + = . -Một số chú ý: 3
4. BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÝ 11 CHUYÊN ĐỀ I. ĐIỆN TÍCH. ĐIỆN TRƯỜNG +Các lực tác dụng thường gặp ở mục Về kiến thức và kĩ năng. +Có thể sử dụng phương pháp hình chiếu hoặc định lí hàm số cosin như ở mục Về kiến thức và kĩ năng. C. CÁC BÀI TẬP VẬN DỤNG 1. LỰC TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC ĐIỆN TÍCH 1.1. Hai quả cầu kim loại nhỏ hoàn toàn giống nhau, mang điện tích dương q1, q2 đặt trong chân không cách nhau một khoảng r thì đẩy nhau với một lực F. Cho hai quả cầu tiếp xúc với nhau rồi đặt chúng trong một chất điện môi lỏng, cũng cách nhau một khoảng r thì lực đẩy giữa chúng cũng bằng F. Xác định biểu thức tính hằng số điện môi của chất lỏng. (Trích Đề thi TSĐH Tổng hợp TP. HCM, năm học 1995-1996) Bài giải: -Áp dụng định luật Cu-lông cho hai quả cầu mang điện: qq +Đặt trong chân không: F = k 12 (1) r2 k qq'' +Đặt trong điện môi: F’ = 12 (2)  r2 q +q Với: q'' = q = 12 (cho hai quả cầu tiếp xúc rồi tác ra xa nhau). 12 2 k (q +q )2 -Từ (2) : F’ = 12 (2’)  r2 -Theo đề: F = F’  = . ()()q +q22 q -q => ε = 1 2 = 1 + 1 2 . 4q1 q 2 4q 1 q 2 2 ()q12 -q Vậy: Biểu thức tính hằng số điện môi của chất lỏng là ε = 1 + . Khi q1 = q2 thì ε= 1: điện môi là 4q12 q chân không. 1.2. Hạt bụi trong không khí ở cách nhau một đoạn R = 3cm, mỗi hạt mang điện tích q = -9,6.10-13C. a) Tính lực tĩnh điện giữa hai hạt. b) Tính số electron dư trong mỗi hạt bụi, biết điện tích mỗi electron là e = 1,6.10-19C. Bài giải: a) Lực tĩnh điện giữa hai hạt q q q2 (−9,6.10−13 )2 Ta có: F = k 1 2 = k = 9.109. = 9,216.10-12C R2 R 2 (3.10−2 )2 Vậy: Lực tĩnh điện giữa hai hạt là F = 9,216.10-12C b) Số electron dư trong mỗi hạt bụi − 9,6.10−13 q 6 Ta có: ne = = = 6.10 . e 1,6.10−19 6 Vậy: Số electron dư trong mỗi hạt bụi là ne = 6.10 . 4
5. BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI VẬT LÝ 11 MỤC LỤC MỤC LỤC CHUYÊN ĐỀ I. ĐIỆN TÍCH. ĐIỆN TRƯỜNG 2 CHỦ ĐỀ 1. ĐIỆN TÍCH. ĐỊNH LUẬT CU-LÔNG 2 1. LỰC TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC ĐIỆN TÍCH 4 2. SỰ CÂN BẰNG CỦA ĐIỆN TÍCH 12 CHỦ ĐỀ 2. ĐIỆN TRƯỜNG 19 1. CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG DO MỘT ĐIỆN TÍCH ĐIỂM GÂY RA 22 2. CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG DO NHIỀU ĐIỆN TÍCH ĐIỂM GÂY RA 23 3. ĐIỆN TÍCH CÂN BẰNG TRONG ĐIỆN TRƯỜNG 32 4. CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG DO VẬT DẪN MANG ĐIỆN CÓ KÍCH THƯỚC TẠO RA 33 CHỦ ĐỀ 3. ĐIỆN THẾ VÀ HIỆU ĐIỆN THẾ 40 1. CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN. ĐIỆN THẾ VÀ HIỆU ĐIỆN THẾ 43 2. VẬT DẪN CÂN BẰNG ĐIỆN 57 3. LIÊN HỆ GIỮA CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG VÀ HIỆU ĐIỆN THẾ 58 CHỦ ĐỀ 4. TỤ ĐIỆN. NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRƯỜNG 64 1. ĐIỆN DUNG, ĐIỆN TÍCH, HIỆU ĐIỆN THẾ, NĂNG LƯỢNG CỦA TỤ ĐIỆN 69 2. GHÉP CÁC TỤ ĐIỆN 75 3. CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐIỆN TÍCH TRONG ĐIỆN TRƯỜNG 107 BÀI TẬP LUYỆN TẬP TỔNG HỢP 115 1