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

Khởi động

Câu hỏi SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức Bài 16 (trang 61): Em đã biết các điện tích cùng dấu đẩy nhau, khác dấu hút nhau. Theo em, độ lớn của lực tương tác giữa hai điện tích phụ thuộc như thế nào vào độ lớn của các điện tích và khoảng cách giữa chúng?

Trả lời:

- Độ lớn lực tương tác giữa hai điện tích tỉ lệ thuận với tích độ lớn hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

$F=k\frac{\left|q_{1} \right|q_{2}}{r^{2}}=\frac{\left\|q_{1} \right\|q_{2}}{4\pi \varepsilon _{0}r^{2}}$

I. Lực hút và lực đẩy giữa các điện tích

Hoạt động 1 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức Bài 16 (trang 61): Treo thanh nhựa A bằng một dây chỉ để nó có thể quay tự do rồi dùng len cọ xát một đầu của nó.

Quan sát, mô tả và giải thích hiện tượng xảy ra khi:

a) Dùng len cọ xát một đầu thanh nhựa B rồi đưa lại gần đầu đã được cọ xát của thanh nhựa A (Hình 16.1a).

b) Dùng lụa cọ xát một đầu thành thuỷ tinh C rồi đưa lại gần đầu đã được cọ xát của thanh nhựa A (Hình 16.1b).

Dựa vào Hình 16.2a, vẽ các vectơ lực biểu diễn tương tác giữa các điện tích trong việc hình còn lại.

Biểu diễn lực điện tác dụng lên mỗi điện tích đặt tại các đỉnh của một tam giác đều. Biết các điện tích trên đều cùng dấu và cùng độ lớn.

Trả lời:

* Khi treo thanh nhựa A bằng một dây chỉ để nó có thể quay tự do rồi dùng len cọ xát một đầu:

a) Thanh nhựa cọ xát với với len sẽ nhiễm điện âm nên khi hai thanh nhựa lại gần nhau sẽ đẩy ra xa vì cả hai thanh nhựa nhiễm điện cùng dấu

b) Thanh thuỷ tinh C và thanh nhựa A nhiễm điện trái dấu do Thanh thủy tinh cọ xát với lụa sẽ nhiễm điện dương và thanh nhựa nhiễm điện âm, nên khi đó thanh C sẽ hút thanh A lại gần. 

* Vẽ hình cho hai trường hợp

+ Cách vẽ thứ nhất:

- Hình 16.2 b và 16.2c

- Vectơ lực của ba điện tích đặt tại các đỉnh của một tam giác đều. Biết các điện tích trên đều cùng dấu và cùng độ lớn. Trong trường hợp này chọn 3 điện tích dương.

Hoạt động 2 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức Bài 16 (trang 62): Độ lớn của lực tương tác giữa các điện tích có phụ thuộc như thế nào vào khoảng cách giữa các điện tích? Đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán.

Trả lời:

Độ lớn của lực tương tác giữa các điện tích tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa các điện tích.

Đề xuất phương án thí nghiệm.

Thí nghiệm cân xoắn Coulomb

A: Quả cầu kim loại được giữ cố định.

B: Quả cầu kim loại giống hệt A, được gắn vào một đầu của thanh ngang làm bằng chất cách điện.

C: Quả cầu đối trọng của B để giữ thanh ngang cân bằng

D: Dây treo có tính đàn hồi chống lại sự xoắn.

E: Chốt quay để thay đổi vị trí của thanh ngang.

G: Bảng chia độ.

Tích điện cho quả cầu A. Cho quả cầu A chưa tích điện tiếp xúc với quả cầu B. Khi đó quả cầu A sẽ truyền cho quả cầu B một nửa điện tích của mình và đẩy quả cầu này ra xa nhờ lực tĩnh điện. Lực đẩy tĩnh điện của hai quả cầu làm xoắn dây treo D. Góc xoắn giữa hai quả cầu được xác định nhờ bảng chia độ G trên hình trụ. Từ đó, xác định được độ lớn của lực tương tác giữa hai quả cầu và quan hệ của lực này với độ lớn của điện tích và khoảng cách giữa hai quả cầu.

II. Định luật Coulomb (Cu-lông)

Câu 1 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức Bài 16 (trang 63): Hãy nêu tên các đại lượng và tên các đơn vị trong biểu thức (16.2) và (16.3).

Trả lời:

- Biểu thức 16.2: $$F=\frac{\begin{vmatrix}q_{1}q_{2}\end{vmatrix}}{4\pi\varepsilon _{0}r^{2}}$$

- Biểu thức 16.3: $$F=\frac{\kappa\begin{vmatrix}q_{1}q_{2}\end{vmatrix}}{r^{2}}$$

* Các đại lượng trong hai biểu thức:

+ F: độ lớn lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích – đơn vị niuton (N)

+ q₁; q₂: điện tích – đơn vị Cu-long (C)

+ r: khoảng cách giữa hai điện tích – đơn vị mét (m)

+ε_o: hằng số điện môi – đơn vị C²/N.m².

Câu 2 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức Bài 16 (trang 63): Nếu khoảng cách giữa hai điện tích điểm tăng lên 2 lần và giá trị của mỗi điện tích điểm tăng lên 3 lần thì lực điện tương tác giữa chúng tăng hay giảm bao nhiêu lần?

Trả lời:

* Cách giải 1:

* Cách giải 2:

- Độ lớn lực tương tác tĩnh điện ban đầu: $F=\frac{k\left\|q_{1}q_{2} \right\|}{r^{2}}$

- Khi giá trị của mỗi điện tích điểm tăng 3 lần, khoảng cách giữa hai điện tích điểm tăng lên 2 lần, ta có:

$F'=\frac{k\left\|3.q_{1}.3.q_{2} \right\|}{(2r)^{2}}=2,25.\frac{k\left\|k\left\|q_{1}q_{2} \right\| \right\|}{r^{2}}=2,25F$

=> Nếu khoảng cách giữa hai điện tích điểm tăng lên 2 lần và giá trị của mỗi điện tích điểm tăng lên 3 lần thì lực điện tương tác giữa chúng tăng tăng 2,25 lần.

Câu 3 SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức Bài 16 (trang 63): Hãy vẽ các vectơ lực điện tương tác giữa hai điện tích điểm q₁ = 10^-5 C và q₂ = 10^-7 C đặt cách nhau 10 cm trong chân không theo tỉ lệ 1 cm ứng với khoảng cách 2 cm và lực 0,4 N. Lấy k = 9.10⁹ Nm²/C²

Trả lời:

* Cách vẽ thứ nhất:

- Lực điện giữa hai điện tích trên:

$$F_{12}=F_{21}=F=\kappa\frac{\begin{vmatrix}q^{1}q^{2}\end{vmatrix}}{r^{2}}=9.10^{9}\frac{\begin{vmatrix}10^{-5}.10^{-7}\end{vmatrix}}{0,1^{2}}=0,9N$$

=> Tỉ lệ 1 cm ứng với khoảng cách 2 cm và lực 0,4 N nên có hình vẽ như sau:

Em có thể

Câu hỏi SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức Bài 16 (trang 64): Trình bày được nguyên tắc hoạt động của máy lọc không khí trong gia định dựa trên sơ đồ hình 16.7.

Trả lời:

- Quạt hút của máy sẽ tiến hành hút không khí và đẩy chúng qua màng lọc. 

- Tại (1), (2), (3) khu vực bộ lọc, màng lọc sẽ giữ lại bụi bẩn, to, nhỏ, mịn … và các thành phần có hại cho sức khỏe sẽ bám vào các ion âm sau đó sẽ bị bản kim loại tích điện dương giữ lại. 

Màng lọc (4) sẽ lọc nấm mốc, vi khuẩn, virus và thổi không khí đã được làm sạch ra phòng.