Giải SBT Vật lí 11 Bài 16 (Kết nối tri thức): Lực tương tác giữa hai điện tích

Sách bài tập Vật lí 11 Bài 16: Lực tương tác giữa hai điện tích

Giải SBT Vật lí 11 trang 30

Câu 16.1 trang 30 Sách bài tập Vật Lí 11: Dùng vải cọ xát một đầu thanh nhựa rồi đưa lại gần hai vật nhẹ thì thấy thanh nhựa hút cả hai vật này. Hai vật này không thể là

A. hai vật không nhiễm điện.

B. hai vật nhiễm điện cùng loại.

C. hai vật nhiễm điện khác loại.

D. một vật nhiễm điện, một vật không nhiễm điện.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Thanh nhựa hút được cả 2 vật chứng tỏ cả hai vật không thể nhiễm điện khác loại.

Câu 16.2 trang 30 Sách bài tập Vật Lí 11: Ba điện tích điểm chỉ có thể nằm cân bằng dưới tác dụng của các lực điện khi

A. ba điện tích cùng loại nằm ở ba đỉnh của một tam giác đều.

B. ba điện tích không cùng loại nằm ở ba đỉnh của một tam giác đều.

C. ba điện tích không cùng loại nằm trên cùng một đường thẳng.

D. ba điện tích cùng loại nằm trên cùng một đường thẳng.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Ba điện tích điểm chỉ có thể nằm cân bằng dưới tác dụng của các lực điện khi ba điện tích không cùng loại nằm trên cùng một đường thẳng.

Câu 16.3 trang 30 Sách bài tập Vật Lí 11: Tăng khoảng cách giữa hai điện tích lên 2 lần thì lực tương tác giữa chúng

A. tăng lên 2 lần.

B. giảm đi 2 lần.

C. tăng lên 4 lần.

D. giảm đi 4 lần.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Lực tương tác tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa hai điện tích.

Câu 16.4 trang 30 Sách bài tập Vật Lí 11: Tăng đồng thời độ lớn của hai điện tích điểm và khoảng cách giữa chúng lên gấp đôi thì lực điện tác dụng giữa chúng

A. tăng lên 2 lần.

B. giảm đi 2 lần.

C. giảm đi 4 lần.

D. không đổi.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Lực điện tỉ lệ thuận với độ lớn tích hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa hai điện tích, khi tăng đồng thời độ lớn của hai điện tích điểm và khoảng cách giữa chúng lên gấp đôi thì lực điện tác dụng giữa chúng giữ nguyên.

Câu 16.5 trang 30 Sách bài tập Vật Lí 11: Hai quả cầu A và B có khối lượng $m_1$ và m₂ được treo vào điểm O bằng hai đoạn dây cách điện OA và AB (Hình 16.1). Khi tích điện cho hai quả cầu thì lực căng T của đoạn dây OA so với trước khi tích điện sẽ

Hình 16.1

A. tăng nếu hai quả cầu tích điện cùng loại.

B. giảm nêu hai quả cầu tích điện cùng loại.

C. không đổi.

D. không đổi chỉ khi hai quả cầu tích điện khác loại.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Khi tích điện cho hai quả cầu thì lực căng T của đoạn dây OA so với trước khi tích điện sẽ không đổi.

Giải SBT Vật lí 11 trang 31

Câu 16.6 trang 31 Sách bài tập Vật Lí 11: Giải thích tại sao bụi bám chặt vào các cánh quạt máy bằng nhựa mặc dù các cánh quạt này thường xuyên quay rất nhanh.

Lời giải:

Do khi quay các cánh quạt cọ xát vào không khí nên bị nhiễm điện và hút các hạt bụi nhẹ trong không khí, làm chúng dính chặt vào cánh quạt.

Câu 16.7 trang 31 Sách bài tập Vật Lí 11: a) Hãy giải thích tại sao đưa một quả cầu Q tích điện dương lại gần đầu A của thanh kim loại AB thì đầu A của thanh kim loại bị nhiễm điện âm, đầu B bị nhiễm điện dương (Hình 16.2).

b) Nếu thay thanh kim loại bằng thanh nhựa thì hai đầu của thanh này có bị nhiễm điện không? Tại sao?

Hình 16.2

Lời giải:

a) Trong thanh kim loại có các electron tự do. Các electron này bị điện tích dương Q hút nên chuyển động về đầu A làm cho đầu này thừa electron và mang điện tích âm; ngược lại đầu B mất bớt electron nên mang điện tích dương. Sự nhiễm điện này được gọi là sự nhiễm điện do hưởng ứng.

b) Do nhựa là chất cách điện, không có electron tự do nên không bị nhiễm điện do hưởng ứng.

Câu 16.8 trang 31 Sách bài tập Vật Lí 11: a) Tính lực tĩnh điện tương tác giữa hạt nhân nguyên tử helium với electron nằm trong lớp vỏ của nguyên tử này. Biết khoảng cách từ electron đến hạt nhân của nguyên tử helium là $2,{94.10}^{-11}\text{m}$, điện tích của electron là $-1,6\cdot {10}^{-19}\text{C}$.

b) Nếu coi electron chuyển động tròn đều dưới tác dụng của lực hút tĩnh điện với bán kính quỹ đạo đã cho ở trên thì tốc độ góc và tốc độ của nó bằng bao nhiêu?

Biết khối lượng của electron là $9,1\cdot {10}^{-31}\text{kg}$.

Lời giải:

a) Do nguyên tử helium có 2 electron nên 

b) $F_{ht}=m{a}_{ht}=m{\omega }^{2}r\Rightarrow \omega =\sqrt{\frac{F}{mr}}=\sqrt{\frac{5,{33.10}^{-7}}{9,{1.10}^{-31}.2,{94.10}^{-11}}}=1,{41.10}^{17}\text{rad}/\text{s}$ và $v=\omega r=4,{15.10}^6\text{m}/\text{s}$.

Câu 16.9 trang 31 Sách bài tập Vật Lí 11: Hai quả cầu kim loại nhỏ có cùng kích thước, cùng khối lượng 90 g, được treo vào cùng một điểm bằng hai sợi dây mảnh cách điện có cùng chiều dài 1,5 m. Truyền cho mỗi quả cầu một điện tích $2,4\cdot {10}^{-7}\text{C}$ thì chúng đẩy nhau ra xa tới lúc cân bằng thì hai điện tích cách nhau một đoạn a Coi góc lệch của hai sợi dây so với phương thẳng đứng là rất nhỏ. Tính độ lớn của a. Lấy g = 10 m/s²

Lời giải:

Mỗi quả cầu chịu tác dụng của 3 lực: trọng lực $\overrightarrow{P}$; lực điện $\overrightarrow{F_{đ}}$ và lực căng $\overrightarrow{T}$.

Muốn quả cầu cân bằng phải có: $\overrightarrow{P}$ + $\overrightarrow{F_{đ}}$ + $\overrightarrow{T}$ = $\overrightarrow{0}$hoặc $\overrightarrow{P}$ + $\overrightarrow{F_{đ}}$ = –$\overrightarrow{T}$, nghĩa là hợp lực của $\overrightarrow{P}$ và $\overrightarrow{F_{đ}}$ phải trực đối với $\overrightarrow{T}$ (Xem Hình 16.1G).

Từ Hình 16.1G ta có: $\text{tan}\alpha =\frac{F_{\text{d}}}{P}=\frac{F_{\text{đ}}}{mg}=\frac{{9.10}^9\frac{{\left(2,{4.10}^{-7}\right)}^2}{a^2}}{0,09.10}$ (1)

Vì góc $\alpha$ nhỏ nên ta có: $\text{tan}\alpha =\text{sin}\alpha =\frac{\text{a}}{2l}=\frac{a}{2.1,5}$ (2)

Từ (1) và (2) suy ra: a = 0,12 m.

Câu 16.10 trang 31 Sách bài tập Vật Lí 11: Một hệ gồm ba điện tích điểm dương q giống nhau và một điện tích điểm Q nằm cân bằng. Biết ba điện tích q nằm ở ba đỉnh của một tam giác đều. Xác định dấu, độ lớn của điện tích (theo q) và vị trí của điện tích điểm Q.

Lời giải:

Thử xét trạng thái cân bằng của điện tích dương q đặt tại một trong ba đỉnh của tam giác đều ABC (cạnh a, đỉnh C chẳng hạn). Lực đẩy của các điện tích q đặt tại hai đỉnh còn lại của tam giác lên điện tích đặt tại C có độ lớn là: $F=\frac{q^2}{4\pi {\epsilon }_0{a}^2}$

Hợp lực $\overrightarrow{F_{đ}}$ của hai lực này có phương nằm trên đường phân giác của góc C, chiều hướng ra ngoài tam giác (xem Hình 16.2G), độ lớn: $F_d=F\sqrt{3}=\frac{q^2}{4\pi {\epsilon }_0{a}^2}\sqrt{3}$(1)

Muốn điện tích đặt tại C nằm cân bằng thì phải có một lực hút cân bằng với lực đẩy $\overrightarrow{F_{đ}}$. Điện tích Q do đó phải trái dấu với các điện tích q (Q phải mang điện tích âm) và phải nằm trên đường phân giác của góc C. Tương tự, muốn cho các điện tích q đặt tại các đỉnh A và B nằm cân bằng thì điện tích Q phải nằm trên các đường phân giác của góc A và B. Nghĩa là Q phải nằm tại trọng tâm của tam giác đều ABC và khoảng cách r từ Q đến C sẽ là: $r=\frac{2}{3}a\cdot \frac{\sqrt{3}}{2}$

Độ lớn của lực $\overrightarrow{F_h}$ do Q tác dụng lên các điện tích q là: (2)

Vì F_h = $F_{đ}$ nên từ (1) và (2), dễ dàng tính được độ lớn của Q theo q: Q = –$\frac{q}{\sqrt{3}}$.

Xem thêm các bài giải SBT Vật Lí lớp 11 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài tập cuối chương 2

Bài 16: Lực tương tác giữa hai điện tích

Bài 17: Khái niệm điện trường

Bài 18: Điện trường đều

Bài 19: Thế năng điện

Bài 20: Điện thế

Lý thuyết Lực tương tác giữa hai điện tích

I. Lực hút và lực đẩy giữa các điện tích

– Có hai loại điện tích trái dấu. Điện tích xuất hiện ở thanh thuỷ tinh khi được cọ xát và len được quy ước gọi là điện tích dương, điện tích xuất hiện ở thanh nhựa được cọ xát vào lụa được quy ước gọi là điện tích âm.

– Các điện tích cùng dấu đẩy nhau

– Các điện tích khác dấu hút nhau.

– Lực hút, lực đẩy giữa các điện tích được gọi chung là lực tương tác giữa các điện tích (gọi tắt là lực điện).

II. Định luật Coulomb (Cu – lông)

1. Đơn vị điện tích, điện tích điểm

– Trong hệ SI, đơn vị điện tích là cu – lông (C).

– Điện tích điểm là vật tích điện có kích thước nhỏ so với khoảng cách tới điểm mà ta xét. Trong các thí nghiệm vật lí, người ta coi các quả cầu tích điện có bán kính nhỏ so với khoảng cách giữa chúng là các điện tích điểm, khoảng cách giữa các điện tích điểm này là khoảng cách giữa tâm của các quả cầu.

2. Định luật Coulomb

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 điểm và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

$F=k\frac{\left(q_1{q}_2\right)}{\epsilon r^2}$

Trong đó:

– k là hệ số tỉ lệ có độ lớn phụ thuộc vào môi trường trong đó đặt điện tích và hệ đơn vị sử dụng. Khi đặt trong chân không thì $k=\frac{1}{4{\mathrm{\pi \epsilon }}_0}=9.{10}^{9}N.m^2/C^2$ với ${\epsilon }_0=8,85.{10}^{–12}{C}^2/N{m}^2$

– $\epsilon$ là hằng số điện môi của môi trường đặt điện tích

Lực tương tác giữa hai điện tích điểm cùng dấu

Một số ứng dụng của lực điện vào thực tế:

Sơn tĩnh điện

Máy lọc bụi không khí