Xác định Lực tương tác giữa hai điện tích trong không khí và trong điện môi môn Vật lý 11

LỰC TƯƠNG TÁC GIỮA HAI ĐIỆN TÍCH TRONG KHÔNG KHÍ VÀ TRONG ĐIỆN MÔI

Lực tương tác giữa 2 điện tích điểm là lực Culông:  

\(F = {9.10^9}\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{\varepsilon {r^2}}}\)

Bài toán cho tích độ lớn 2 điện tích và tổng độ lớn 2 điện tích thì AD hệ thức Vi-ét:

\(\left\{ \begin{array}{l} {q_1} + {q_2} = S\\ {q_1}{q_2} = P \end{array} \right.\)

thì q1,q2  là nghiệm của phương trình bậc 2:  

\({X^2} - S.X + P = 0\)

Chú ý: Cho 2 vật tích điện q1,q2  tiếp xúc với nhau rồi tách ra thì điện tích chúng sẽ bằng nhau:

\(q{'_1} = q{'_2} = \frac{{{q_1} + {q_2}}}{2}\)

 

Ví dụ 1: Hai điện tích đặt cách nhau một khoảng r trong không khí thì lực tương tác giữa chúng là  \({2.10^{ - 3}}N\). Nếu khoảng cách đó mà đặt trong môi trường điện môi thì lực tương tác giữa chúng là  \({10^{ - 3}}N\). a) Xác định hằng số điện môi. b) Để lực tương tác giữa hai điện tích đó khi đặt trong điện môi bằng lực tương tác giữa hai điện tích khi đặt trong không khí thì khoảng cách giữa hai điện tích là bao nhiêu? Biết khoảng cách giữa hai điện tích này trong không khí là 20 cm.

Lời giải

a) Biểu thức lực tương tác giữa hai điện tích trong không khí và trong điện môi được xác định bởi:

\(\left\{ \begin{array}{l} {F_0} = k\frac{{{q_1}{q_2}}}{{{r^2}}}\\ F = k\frac{{{q_1}{q_2}}}{{\varepsilon {r^2}}} \end{array} \right. \Rightarrow \varepsilon = \frac{{{F_0}}}{F} = 2\)

b) Để lực tương tác giữa hai điện tích khi đặt trong điện môi bằng lực tương tác giữa hai điện tích khi ta đặt trong không khí thì khoảng cách giữa hai điện tích bây giờ là r’:

\(\begin{array}{l} \left\{ \begin{array}{l} {F_0} = k\frac{{{q_1}{q_2}}}{{{r^2}}}\\ F = k\frac{{{q_1}{q_2}}}{{\varepsilon r{'^2}}} \end{array} \right. \Rightarrow {F_0} = F'\\ \Rightarrow r' = \frac{r}{{\sqrt \varepsilon }} = 10\sqrt 2 cm \end{array}\)

Ví dụ 2: Hai điện tích điểm \({q_1} = {2.10^{ - 8}}C,{q_2} = - {10^{ - 8}}C\) đặt cách nhau 20cm trong không khí. Xác định lực tương tác giữa chúng?

Lời giải

Lực tương tác giữa hai điện tích điểm q1,q2  là \(\overrightarrow {{F_{12}}} ,\overrightarrow {{F_{21}}} \) có:

Phương là đường thẳng nối hai điện tích điểm.

\({q_1}.{q_2} < 0 \Rightarrow \)  chiều là lực hút

Độ lớn  \({F_{12}} = {F_{21}} = k\frac{{{q_1}{q_2}}}{{{r^2}}} = {9.10^9}.\frac{{{{2.10}^{ - 8}}{{.10}^{ - 8}}}}{{0,{2^2}}} = 4,{5.10^{ - 5}}N\)

Ví dụ 3: Cho hai điện tích điểm \({q_1} = {10^{ - 8}}C,{q_2} = - {2.10^{ - 8}}C\) đặt tại hai điểm A và B cách nhau 10 cm trong không khí. a) Tìm lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích. b) Muốn lực hút giữa chúng là  \(7,{2.10^{ - 4}}N\) . Thì khoảng cách giữa chúng bây giờ là bao nhiêu? c) Thay q2 bởi điện tích điểm q3 cũng đặt tại B như câu b) thì lực lực đẩy giữa chúng bây giờ là  \(3,{6.10^{ - 4}}N\). Tìm q3 ? d) Tính lực tương tác tĩnh điện giữa q1 và q3 như trong câu c (chúng đặt cách nhau 10 cm) trong chất parafin có hằng số điện môi e = 2

Lời giải

a) Lực tương tác giữa hai điện tích là:  

\(F = k\frac{{\left| {{q_1}.{q_2}} \right|}}{{{r^2}}} = {9.10^9}.\frac{{\left| {{{10}^{ - 8}}. - {{2.10}^{ - 8}}} \right|}}{{0,{1^2}}} = 1,{8.10^{ - 4}}N\)

b) Vì lực F tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách nên khi  \(F' = 7,{2.10^{ - 4}}N = 4F\) (tăng lên 4 lần) thì khoảng cách r giảm 2 lần:  

\(r' = \frac{r}{2} = \frac{{0,1}}{2} = 0,05\left( m \right) = 5\left( {cm} \right)\)

c)  Ta có:

\(\begin{array}{l} F = k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{{r^2}}}\\ \Rightarrow \left| {{q_3}} \right| = \frac{{F.{r^2}}}{{k.\left| {{q_1}} \right|}} = \frac{{3,{{6.10}^{ - 4}}.0,{1^2}}}{{{{9.10}^9}{{.10}^{ - 8}}}} = {4.10^{ - 8}}C \end{array}\)

Vì lực đẩy nên  cùng dấu  

d) Ta có: lực F tỉ lệ nghịch với e nên:

\(F' = \frac{F}{\varepsilon } = \frac{{3,{{6.10}^{ - 4}}}}{2} = 1,{8.10^{ - 4}}N\)

Ví dụ 4: Trong nguyên tử Hidro, electron chuyển động tròn đều quanh hạt nhân theo quỹ đạo tròn có bán kính  \({5.10^{ - 9}}cm\) a ) Xác định lực hút tĩnh điện giữa electron và hạt nhân. b) Xác định tần số chuyển động của electron. Biết khối lượng của electron là  \(9,{1.10^{ - 31}}kg\)

Lời giải

 a) Lực hút tĩnh điện giữa electron và hạt nhân:

\(F = k\frac{{{e^2}}}{{{r^2}}} = {9.10^9}{\left( {\frac{{1,{{6.10}^{ - 19}}}}{{{{5.10}^{ - 11}}}}} \right)^2} = 9,{2.10^{ - 8}}N\)

b) Electron chuyển động tròn quanh hạt nhân, nên lực tĩnh điện đóng vai trò là lực hướng tâm:

\(\begin{array}{l} F = k\frac{{{e^2}}}{{{r^2}}} = m{\omega ^2}r\\ \Rightarrow \omega = \sqrt {\frac{F}{{mr}}} = \sqrt {\frac{{9,{{2.10}^{ - 4}}}}{{9,{{1.10}^{ - 31}}{{.5.10}^{ - 11}}}}} \\ \Rightarrow \omega = 4,{5.10^{16}}rad/s \end{array}\)

Tần số chuyển động của electron là:

\(f = \frac{\omega }{{2\pi }} = 0,{72.10^{26}}Hz\)

 

...

---Để xem tiếp nội dung các bài tập về Lực tương tác giữa hai điện tích điểm môn Vật lý 11, các em vui lòng đăng nhập vào trang hoc247.net để xem online hoặc tải về máy tính---

Trên đây là một phần trích đoạn nội dung Xác định Lực tương tác giữa hai điện tích trong không khí và trong điện môi môn Vật lý 11. Để xem toàn bộ nội dung các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang hoc247.net để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập .

Các em quan tâm có thể tham khảo thêm các tài liệu cùng chuyên mục:

• Tóm tắt kiến thức và công thức chương 1 Điện tích- Điện tích trường môn Vật lý 11

• Bài tập tổng hợp Điện tích- Điện trường hay và khó Vật lý 11

• Bài tập tổng hợp nâng cao Điện tích- Định luật Culong Vật lý 11

Chúc các em học tập tốt !