Điện tích là gì? Công thức biểu thức Định luật Cu Lông và Bài tập – Vật lý 11 bài 1

Định luật Cu-lông chính là câu trả lời cho những thắc mắc của chúng ta, vậy định luật Cu-lông được phát biểu như thế nào? Điện tích là gì? công thức, biểu thức của định luật cu lông được viết ra sao? các công thức suy ra từ định luật Cu-lông có ý nghĩa gì? chúng ta cùng tìm hiểu cụ thể qua bài viết dưới đây.

I. Sự nhiễm điện của các vật, Điện tích và Tương tác điện

1. Sự nhiễm điện của các vật

• Dựa vào hiện tượng hút các vật nhẹ để kiểm tra xem một vật có nhiễm điện hay không.

• Các hiện tượng nhiễm điện của vật

– Nhiễm điện do cọ xát.

– Nhiễm điện do tiếp xúc

– Nhiễn điện do hưởng ứng.

* Ví dụ: khi cọ xát những vật như thanh thuỷ tinh, thanh nhựa, mảnh poli etilen,… vào dạ hoặc lụa thì những vật đó sẽ có thể hút được những vật nhẹ như mẩu giấy, sợi bông vì chúng đã bị nhiễm điện.

2. Điện tích, Điện tích điểm

– Vật bị nhiễm điện còn gọi là vật mang điện, vật tích điện hay là một điện tích. Điện là một thuộc tính của vật và điện tích là số đo độ lớn của thuộc tính đó.

– Vật tích điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách tới điểm mà ta xét goin là điện tích điểm.

3. Tương tác điện, Hai loại điện tích

• Sự đẩy hay hút nhau giữa các điện tích gọi là sự tương tác điện.

• Chỉ có hai loại điện tích là điện tích dương (kí hiệu bằng dấu +) và điện tích âm (kí hiệu bằng dấu -).

• Các điện tích cùng loại (cùng dấu) thì đẩy nhau.

• Các điện tích khác loại (khác dấu) thì hút nhau.

II. Định luật Cu-lông, Hằng số điện môi

1. Định luật Cu-lông

– Phát biểu Định luật Cu-lông: Lực hút hay đẩy giữa hai điện tích điểm đặt trong chân không có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm đó, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

– Công thức định luật Cu-lông:

– Trong đó:

k là hệ số tỉ lệ, phụ thuộc vào hệ đơn vị mà ta dùng. Trong hệ đơn vị SI,

F: đơn vị Niutơn (N);

r: đơn vị mét (m);

q1 và q2 các điện tích, đơn vị culông (C).

2. Lực tương tác giữa các điện tích điểm đặt trong điện môi đồng tính. Hằng số điện môi

a) Điện môi là môi trường cách điện.

b) Thí nghiệm chứng tỏ rằng, khi đặt các điện tích điểm trong một điện môi đồng tính (chẳng hạn trong một chất dầu cách điện) thì lực tương tác giữa chúng sẽ yếu đi Ɛ lần so với khi đặt chúng trong chân không.

• ε được gọi là hằng số điện môi của môi trường (ε ≥1).

• Công thức của định luật Cu-lông trong trường hợp này là:

– Đối với chân không thì ε = 1.

c) Hằng số điện cho biết, khi đặt các điện tích trong một chất cách điện thì lực tác dụng giữa chúng sẽ nhỏ đi bao nhiêu lần so với khi đặt chúng trong chân không.

III. Bài tập vận dụng lý thuyết điện tích và Định luật Cu-lông.

* Bài 1 trang 9 SGK Vật Lý 11: Điện tích điểm là gì?

° Lời giải bài 1 trang 9 SGK Vật Lý 11:

– Điện tích điểm là một vật tích điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách tới điểm mà ta xét.

* Bài 2 trang 9 SGK Vật Lý 11: Phát biểu định luật Cu-lông.

° Lời giải bài 2 trang 9 SGK Vật Lý 11:

– Phát biểu định luật Cu-lông: Lực tương tác giữa hai điện tích điểm có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

* Bài 3 trang 9 SGK Vật Lý 11: Lực tương tác giữa các điện tích khi đặt trong một điện môi sẽ lớn hay nhỏ hơn khi đặt trong chân không?

° Lời giải bài 3 trang 9 SGK Vật Lý 11:

– Lực tương tác giữa các điện tích đặt trong điện môi sẽ nhỏ hơn khi đặt trong chân không vì hằng số điện môi của chân không có giá trị nhỏ nhất (ɛ=1).

* Bài 4 trang 10 SGK Vật Lý 11: Hằng số điện môi của một chất cho ta biết điều gì?

° Lời giải bài 4 trang 10 SGK Vật Lý 11:

– Hằng số điện môi của một chất cho biết khi đặt các điện tích trong môi trường điện môi đó thì lực tương tác Cu-lông giữa chúng sẽ giảm đi bao nhiêu lần so với khi đặt chúng trong chân không.

* Bài 5 trang 10 SGK Vật Lý 11: Chọn câu đúng. Khi tăng đồng thời độ lớn của mỗi điện tích điểm và khoảng cách giữa chúng lên gấp đôi thì lực tương tác giữa chúng:

A. Tăng lên gấp đôi

B. Giảm đi một nửa

C. Giảm đi bốn lần

D. Không thay đổi

° Lời giải bài 5 trang 10 SGK Vật Lý 11:

¤ Chọn đáp án: D.Không thay đổi

– Gọi F là lực tương tác giữa hai điện tích q1, q2 khi cách nhau khoảng r.

– F’ là lực tương tác giữa hai điện tích q1’=2.q1, q2’=2.q2 khi cách nhau khoảng r’=2r

* Bài 6 trang 10 SGK Vật Lý 11: Trong trường hợp nào sau đây, ta có thể coi các vật nhiễm điện là các điện tích điểm?

A. Hai thanh nhựa đặt gần nhau.

B. Một thanh nhựa và một quả cầu đặt gần nhau.

C. Hai quả cầu nhỏ đặt xa nhau.

D. Hai quả cầu lớn đặt gần nhau.

° Lời giải bài 6 trang 10 SGK Vật Lý 11:

¤ Chọn đáp án: C.Hai quả cầu nhỏ đặt xa nhau.

– Vì định luật Cu-lông chỉ xét cho các điện tích điểm (có kích thước nhỏ so với khoảng cách giữa chúng) nên hai quả cầu có kích thước nhỏ lại đặt xa nhau có thể coi là điện tích điểm.

* Bài 7 trang 10 SGK Vật Lý 11: Nêu những điểm giống nhau và khác nhau giữa định luật Cu-lông và định luật vạn vật hấp dẫn.

° Lời giải bài 7 trang 10 SGK Vật Lý 11:

¤ Ta có bảng so sánh định luật vạn vật hấp dẫn và định luật cu-lông như sau:

Định luật Vạn vật hấp dẫn Định luật Cu-lông Giống nhau

– Chỉ xét cho các vật hay điện tích được coi là chất điểm hay điện tích điểm (có kích thước nhỏ)

– Lực tương tác tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng

Khác nhau

F=(G.m1.m2)/(R2)

– Tỉ lệ thuận với tích khối lượng 2 vật.

– Là lực cơ học

– Lực hấp dẫn không đổi khi môi trường xung quanh 2 vật thay đổi.

F=(k.|q1.q2|)/(ε.r2)

– Tỉ lệ thuận với tích độ lớn 2 điện tích.

– Là lực điện

– Lực tương tác thay đổi khi đặt trong môi trường điện môi khác nhau.

* Bài 8 trang 10 SGK Vật Lý 11: Hai quả cầu nhỏ mang hai điện tích có độ lớn bằng nhau, đặt cách xa nhau 10 cm trong không khí thì tác dụng lên nhau một lực 9.10-3 N. Xác định điện tích của quả cầu đó.