Bài 3: Điện trường và cường độ điện trường và Đường sức điện - Vật lý 11

5 trắc nghiệm 12 bài tập SGK 23 hỏi đáp

Mời các em cùng nhau nghiên cứu bài 3: Điện trường và cường độ điện trường và đường sức điện

Nội dung bài học này sẽ giúp các em hiểu sâu hơn về lý thuyết và phương pháp giải các dạng bài tập về điện trường, qua đó giúp các em nắm vững những kiến thức trọng tâm, áp dụng được các công thức tính điện trường, nguyên lý chồng chất điện trường để giải các dạng bài tập trong chương, vận dụng giải thích được một số hiện tượng vật lý liên quan đến điện trường, đường sức điện trường thường gặp trong đời sống

Tóm tắt lý thuyết

I. Điện trường

1. Môi trường truyền tương tác điện

  • Môi trường tuyền tương tác giữa các điện tích gọi là điện trường.

2. Điện trường

  • Điện trường là một dạng vật chất bao quanh các điện tích và gắn liền với điện tích. 

  • Tính chất cơ bản của điện trường: Tác dụng lực điện lên điện tích khác đặt trong nó.

II. Cường độ điện trường

1. Khái niệm cường độ điện trường

  • Cường độ điện trường tại một điểm là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của điện trường tại điểm đó.

2. Định nghĩa

  • Cường độ điện trường tại một điểm là đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của điện trường tại điểm đó.

  • Nó được xác định bằng thương số của độ lớn lực điện F tác dụng lên điện tích thử q (dương) đặt tại điểm đó và độ lớn của q.

  • Biểu thức cường độ điện trường:

\(E=\frac{F}{q}(1)\)

  • Vận dụng công thức của định luật Culong thay vào (1) ta có

\(E=\frac{k.\left |Q \right |}{\varepsilon .r^2}\)

  • Trong đó:

    • E: cường độ điện trường (V/m)

    • r: khoảng cách từ điểm cần tính cường độ điện trường đến điện tích Q (m)

    • \(k = {9.10^9}\left( {\frac{{N.{m^2}}}{{{C^2}}}} \right)\)

⇒ Cường độ điện trường E không phụ thuộc vào độ lớn của điện tích thử q.

3. Vecto cường độ điện trường

  • \(\vec{E}=\frac{\vec{F}}{q}\)

  • Biểu diễn véc tơ đường sức điện trường​: 

Biểu diễn véc tơ đường sức điện trường​

 

4. Đơn vị đo cường độ điện trường

  •  Đơn vị cường độ điện trường là N/C hoặc người ta thường dùng là V/m.

5. Cường độ điện trường của một điện tích điểm

  • Véc tơ cường độ điện trường \(\overrightarrow E \) gây bởi một điện tích điểm có :

  • Điểm đặt tại điểm ta xét.

  • Phương trùng với đường thẳng nối điện tích điểm với điểm ta xét.

  • Chiều hướng ra xa điện tích nếu là điện tích dương, hướng về phía điện tích nếu là điện tích âm.

  • Độ lớn :  \(E = k.\frac{{\left| Q \right|}}{{\varepsilon .{r^2}}}\)

6. Nguyên lý chồng chất điện trường

  • Nguyên lí: Điện trường do nhiều điện tích gây ra tại một điểm bằng điện trường tổng hợp tại điểm đó

  • Biểu thức:  \(\vec{E}=\vec{E_1}+\vec{E_2}+...+\vec{E_n}\)

III. Đường sức điện

1. Hình ảnh các đường sức điện

  • Các hạt nhỏ cách điện đặt trong điện trường sẽ bị nhiễm điện và nằm dọc theo những đường mà tiếp tuyến tại mỗi điểm trùng với phương của véc tơ cường độ điện trường tại điểm đó.

2. Định nghĩa

  • Đường sức điện là đường mà tiếp tuyến tại mỗi điểm của nó là giá của véctơ cường độ điện trường tại điểm đó. Nói cách khác đường sức điện là đường mà lực điện tác dụng dọc theo nó.

3. Hình dạng đường sức của một số điện trường

 

            

 

4. Các đặc điểm của đường sức điện

  • Qua mỗi điểm trong điện trường có một đường sức điện và chỉ một mà thôi

  • Đường sức điện là những đường có hướng. Hướng của đường sức điện tại một điểm là hướng của véc tơ cường độ điện trường tại điểm đó.

  • Đường sức điện của điện trường tĩnh là những đường không khép kín.

  • Qui ước vẽ số đường sức đi qua một diện tích nhất định đặt vuông góc với với đường sức điện tại điểm mà ta xét tỉ lệ với cường độ điện trường tại điểm đó.

5. Điện trường đều

  • Điện trường đều là điện trường mà véc tơ cường độ điện trường tại mọi điểm đều có cùng phương chiều và độ lớn.

  • Đường sức điện trường đều là những đường thẳng song song cách đều.

 

Đường sức của điện trường đều​

Điện trường đều có đường sức điện song song cùng chiều cách đều nhau, cường độ điện trường tại mọi điểm có độ lớn như nhau

Bài tập minh họa

Bài 1:

Hai điện tích điểm \(\small q_1 = 3.10^{-8}C\) và \(\small q_2 = - 4.10^{-8} C\) đặt cách nhau 10 cm trong không khí. Hãy tìm các điểm mà tại đó cường độ điện trường bằng không. Tại các điểm đó có điện trường không?

Hướng dẫn giải:

  • Điểm có cường độ điện trường bằng không, tức là :

\(\begin{array}{ccccc}
\overrightarrow E  = \overrightarrow {{E_1}}  + \overrightarrow {{E_2}}  = \overrightarrow 0 \\
Suy\,ra:\,\,\,\overrightarrow {{E_1}} \, \uparrow  \downarrow \overrightarrow {{E_2}} \, & \,\,,\overrightarrow {{E_1}} \, = \overrightarrow {{E_2}} 
\end{array}\)

  • Do đó điểm này nằm trên đường thẳng nối hai điện tích

Vì q1 và q2 trái dấu nên điểm này nằm ngoài đoạn thẳng nối hai điện tích và ở về phía gần q1 (vì q1< |q2|)

  • Ta có: 

\(\begin{array}{*{20}{l}}
{{{9.10}^9}\frac{{\left| {{q_1}} \right|}}{{{r_1}^2}} = {{9.10}^9}\frac{{\left| {{q_2}} \right|}}{{{r_2}^2}}}\\
{ \Rightarrow {\mkern 1mu} \frac{{{r_1}}}{{{r_2}}} = \sqrt {\frac{{\left| {{q_1}} \right|}}{{\left| {{q_2}} \right|}}}  = \frac{{\sqrt 3 }}{2}{\mkern 1mu} {\mkern 1mu} (1)}
\end{array}\)

và : \({r_2} - {r_1} = 10cm\,\,\,(2)\)

  • Từ (1) và (2) ta tìm được: \({r_1} = 64,6cm\,\,\,;\,\,{r_2} = 74,6cm\)

⇒ tại điểm đó không có điện trường

Bài 2:

Hai điện tích điểm \({q_{1}} = {\rm{ }}{4.10^{ - 8}}C\) và  \({q_{2}} =  - {\rm{ }}{4.10^{ - 8}}C\) nằm cố định tại hai điểm AB cách nhau 20 cm trong chân không. Tính cường độ điện trường tại điểm M là trung điểm của AB.

Hướng dẫn giải:

Cường độ điện trường tại M:

Vectơ cường độ điện trường \(\overrightarrow {{E_{1M}}} ,\overrightarrow {{E_{2M}}} \) do điện tích q; q2 gây ra tại M có:     

  • Điểm đặt: Tại M.

  • Độ lớn : 

\({E_{1M}} = {E_{2M}} = k\frac{{\left| {\begin{array}{*{20}{c}} q \end{array}} \right|}}{{\varepsilon {r^2}}} = {9.10^9}\frac{{\left| {\begin{array}{*{20}{c}} {{{4.10}^{ - 8}}} \end{array}} \right|}}{{0,{1^2}}} = {36.10^3}(V/m)\)

  • TH1: Vectơ cường độ điện trường tổng hợp: \(\vec E = \overrightarrow {{E_{1M}}}  + \overrightarrow {{E_{2M}}} \)

Vì  \(\overrightarrow {{E_{1M}}} \) cùng phương, cùng chiều với  \(\overrightarrow {{E_{2M}}} \) nên ta có  \(E = {E_{1M}} + {E_{2M}} = {72.10^3}(V/m)\)

  • TH2: Vectơ cường độ điện trường tổng hợp:  \(\vec E = \overrightarrow {{E_{1M}}}  + \overrightarrow {{E_{2M}}} \)

Vì  \(\overrightarrow {{E_{1M}}} \) cùng phương, ngược chiều với  \(\overrightarrow {{E_{2M}}} \) nên ta có  \(E = \left| {\begin{array}{*{20}{c}}
{{E_{1N}} - {E_{2N}}}
\end{array}} \right| = 32000(V/m)\)

Lời kết

Qua bài giảng Điện trường và cường độ điện trường. Đường sức điện này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

  • Phát biểu được định nghĩa về cường độ điện trường; viết được biểu thức định nghĩa và nêu được ý nghĩa các đại lượng trong biểu thức.

  • Nêu được các đặc điểm về phương chiều của véc tơ cường độ điện trường, vẽ được véc tơ điện trường của một điện tích điểm.

  • Trình bày được nguyên lý chồng chất điện trường.

  • Nêu được định nghĩa của đường sức điện trường, các đặc điểm quan trọng của các đường sức điện và khái niệm về điện trường đều.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Điện trường và cường độ điện trường. Đường sức điện cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. Các em được làm bài thi MIỄN PHÍ để test kiến thức cho bản thân nhé.Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt, chuẩn bị sẵn sàng kiến thức để đạt thành tích cao nhất trong học tập nhé!

-- Mod Vật Lý 11 HỌC247