Đáp án vật lí 11 chân trời sáng tạo Bài 11. Định luật coulomb về tương tác tính điện

BÀI 11. ĐỊNH LUẬT COULOMB VỀ TƯƠNG TÁC TĨNH ĐIỆN

I. SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC ĐIỆN TÍCH

Thảo luận 1 trang 68 sgk vật lý 11 ctst

Xét quả cầu kim loại nhỏ có điện tích −3,2.10⁻⁷C. Qủa cầu này thừa hay thiếu bao nhiêu electron ?

Đáp án:

Qủa cầu này có điện tích âm nên quả cầu thừa electron và thừa số electron là:

n = q/e =  = 2.10¹² electron

Thảo luận 2 trang 69 sgk vật lý 11 ctst

Sử dụng một số dụng cụ đơn giản mảnh lụa, miếng thuỷ tinh, vụn giấy nhỏ, lược nhựa, quả bóng bay, vỏ lon,... em hãy thực hiện thí nghiệm:

a) Làm nhiễm điện cho các vật.

b) Về tương tác giữa các vật nhiễm điện.

Đáp án:

a) Ta có thể dùng vải khô, mảnh lụa cọ xát các vật như thước nhựa, miếng thủy tinh, lược nhựa,... để các vật bị nhiễm điện, và ta thấy vải khô, mảnh lụa, miếng thuỷ tinh, vụn giấy nhỏ, lược nhựa, quả bóng bay đều có xảy ra hiện tượng nhiễm điện còn vỏ lon thì không.

b) Tương tác giữa các vật nhiễm điện

Khi cọ xát thanh nhựa, lược nhựa với miếng vải khô thì những vật đó sẽ nhiễm điện âm và hút các vật như vụn giấy nhỏ, quả bóng bay

Khi cọ xát miếng thủy tinh bằng mảnh lụa thì những thủy tinh sẽ nhiễm diện dương và đẩy các vật như vụn giấy nhỏ, quả bóng bay

Luyện tập trang 70 sgk vật lý 11 ctst

Giải thích hiện tượng bị điện giật trong các trường hợp:

a) Khi chạm tay vào nắm cửa kim loại trong thời tiết hanh khô (Hình 11.1).

b) Khi chạm tay vào vỏ kim loại của máy tính đang hoạt động.

Đáp án:

Khi chúng ta mặc, co kéo quần áo; chải đầu bằng lược nhựa hoặc thực hiện các hoạt động khác, cơ thể của chúng ta có thể bị nhiễm điện. Lúc đó, khi tay người chạm vào nắm cửa kim loại thì sẽ có một dòng điện tích được phóng ra giữa tay người và nắm cửa kim loại trong khoảng cách gần gây ra hiện tượng điện giật.

Tương tự, khi máy tính hoạt động, trong một số điều kiện, vỏ kim loại của máy tính có thể bị nhiễm điện. Khi tay người chạm vào vỏ kim loại của máy tính, sẽ có một dòng điện tích được phóng ra giữa tay người và vỏ kim loại của máy tính trong khoảng cách gần gây ra hiện tượng điện giật.

II. ĐỊNH LUẬT COULOMB

Thảo luận 3 trang 71 sgk vật lý 11 ctst

Các cặp lực  và   trong Hình 11.5 có phải là các cặp lực cân bằng không? Vì sao?

Đáp án:

Các cặp lực  và  trong Hình 11.5 không phải là các cặp lực cân bằng vì điểm đặt của chúng ở hai điện tích khác nhau.

Thảo luận 4 trang 71 sgk vật lý 11 ctst

Một mẩu sắt nhỏ 6 g có thể chứa khoảng 10²⁴ electron. Vậy vì sao các electron này không bay ra khỏi mẫu sắt, mặc dù giữa chúng luôn tồn tại lực đẩy?

Đáp án:

Nguyên nhân là do ngoài lực tương tác đẩy giữa các electron vẫn có lực tương tác hút giữa electron và hạt nhân (lực hút giữa electron – hạt nhân lớn hơn lực đẩy giữa các electron với nhau).

Thảo luận 5 trang 72 sgk vật lý 11 ctst

Hai vật nhỏ tích điện cùng dấu, ban đầu được giữ ở vị trí rất gần nhau. Dựa vào công thức (11.1), em hãy mô tả đặc điểm chuyển động của hai vật ngay thời điểm khi chúng được thả tự do. Giả sử hai vật chỉ chịu tác dụng của lực tương tác tĩnh điện giữa chúng.

Đáp án:

Ngay thời điểm khi hai vật nhỏ được thả tự do, dưới tác dụng của lực tương tác tĩnh điện, cả hai vật được gia tốc và chuyển động nhanh dần ra xa nhau.

Luyện tập trang 72 sgk vật lý 11 ctst

Theo mô hình nguyên tử của nhà vật lí Ernest Rutherford (Ơ-nít Rơ-dơ-pho) (1871- 1937), nguyên tử gồm hạt nhân (tập trung hầu hết khối lượng của nguyên tử và có kích thước rất nhỏ so với bán kính nguyên tử) mang điện tích dương và các electron mang điện tích âm chuyển động trên các quỹ đạo tròn xung quanh hạt nhân.

Xét mô hình nguyên tử Rutherford cho nguyên tử hydrogen (Hình 11.6), em hãy cho biết lực giữ cho electron chuyển động tròn quanh hạt nhân là lực gì? Xác định phương, chiều của lực đó.

Đáp án:

Lực giữ cho electron chuyển động tròn quanh hạt nhân là lực tương tác tĩnh điện giữa electron và proton (lực hút). Lực này có phương nằm trên bán kính quỹ đạo và luôn có chiều hướng vào tâm quỹ đạo. Do đó, lực này đóng vai trò như lực hướng tâm, giữ cho electron chuyển động trên quỹ đạo tròn quanh hạt nhân.

Vận dụng trang 72 sgk vật lý 11 ctst

Tại 3 điểm A, B, C cố định trong chân không, đặt 3 điện tích điểm có giá trị lần lượt là q1 = 6.10⁻⁶C, q2 = −6.10⁻⁶C và q3 = 3.10⁻⁶C. Biết AB = 3 cm, AC = 4cm và BC = 5cm Tính độ lớn lực tác dụng lên điện tích điểm đặt tại C.

Đáp án:

Lực tương tác giữa điện tích q1 tác dụng lên điện tích q3 là:

F13 = k

Lực tương tác giữa điện tích q2 tác dụng lên điện tích q3 là:

F23 = k

Ta có góc tạo bởi hai vector  và  là α=143,13∘

Độ lớn tác dụng lên điện tích q3 là

F³=  =   = 62,873N

Bài tập 1 trang 72 sgk vật lý 11 ctst

Sau khi cọ xát thanh thuỷ tinh (trung hoà về điện) với mảnh lụa, thanh thuỷ tinh tích điện dương và có giá trị 13 nC. Hãy giải thích quá trình tích điện cho thanh thuỷ tinh và xác định số electron đã bị bứt ra khỏi thanh thuỷ tinh.

Đáp án:

Khi cọ xát thanh thuỷ tinh và mảnh lụa với nhau, các electron sẽ dịch chuyển từ thanh thuỷ tinh sang lụa. Do đó, thanh thuỷ tinh mất bớt electron và trở thành vật nhiễm điện dương. Số electron đã bứt ra khỏi thanh thuỷ tinh:

n = |q|/e = (13.10⁻⁹ ) : (1,6.10⁻¹⁹ ) = 8,125.10¹⁰ electron

Bài tập 2 trang 72 sgk vật lý 11 ctst

Một phân tử DNA bao gồm hai nhánh xoắn kép được liên kết với nhau có chiều dài 0,459.10⁻⁶ m. Phần đuôi của phân tử có thể bị ion hoá mang điện tích âm q1 = −1,6.10⁻¹⁹ C đầu còn lại mang điện tích dương q2 = 1,6.10⁻¹⁹ C. Phân tử xoắn ốc này hoạt động như một lò xo và bị nén 1% sau khi bị tích điện. Xác định “độ cứng k” của phân tử. Biết phân tử DNA trong nhân tế bào và môi trường xung quanh là nước; hằng số điện môi của nước là 81.

Đáp án:

R = 99%l = 0,99.0,459.10⁻⁶ = 0,454.10⁻⁶m

Độ cứng K cần tìm là:

F = k

Bài tập 3 trang 72 sgk vật lý 11 ctst

Hai quả cầu A, B có kích thước nhỏ được đặt cách nhau một khoảng 12 cm trong chân không. Biết quả cầu A có điện tích −3,2.10⁻⁷ C và quả cầu B có điện tích 2,4.10⁻⁷C

a) Tính lực tương tác giữa hai quả cầu.

b) Cho hai quả cầu tiếp xúc với nhau, sau đó đặt cách nhau một khoảng như lúc đầu. Biết rằng, sau khi tiếp xúc, hai quả cầu có điện tích bằng nhau. Tính lực tương tác giữa hai quả cầu lúc này.

Đáp án:

a) Lực tương tác giữa hai quả cầu:

F = k

b) Điện tích của quả cầu sau khi tiếp xúc là:

 =

Lực tương tác giữa hai quả cầu lúc này:

F’ = k  = 0,001N