Bài tập Vật lí 11 Điện tích - Điện trường cực hay có lời giải chi tiết
Đề thi

Bài tập Vật lí 11 Điện tích - Điện trường cực hay có lời giải chi tiết

A
Admin
Vật lýLớp 1177 lượt thi
24 câu hỏi
1. Tự luận
1 điểm

Hai quả cầu nhỏ mang điện tích q1 = 2.10-7 C và q2 = 3.10-7 C đặt trong chân không thì tương tác nhau một lực có giá trị 0,6 N. Tìm khoảng cách giữa chúng ?

Xem đáp án

F=kq1q2εr2r2=kq1q2εFr=kq1q2εF=9.1092.107.2.1071.0,6=0,03

Hay r = 3 cm.

2. Tự luận
1 điểm

Hai quả cầu nhỏ mang điện tích q1 = -10-7 C và q2 = 4.10-7 C đặt cách nhau 6 cm trong chân không.

a. Tính lực tương tác tĩnh điện giữa hai quả cầu ?

b. Nếu q1= 2.10-8 C và q2 = 4,5.10-8 C để lực tĩnh điện không đổi thì khoảng cách giữa hai quả cầu là bao nhiêu ?

Xem đáp án

a. F=kq1q2εr2F=9.109(107).4.1071.0,062=0,1N

b. F=kq1q2εr2F=9.1092.108.4,5.108r2=0,1Nr=9.103m=9mm

3. Tự luận
1 điểm

Có hai quả cầu nhỏ trung hòa về điện đặt trong môi trường không khí, cách nhau 40 cm. Giả sử có 4.1012 electron di chuyển từ quả cầu này sang quả cầu kia. Hỏi khi đó hai quả cầu hút hay đẩy nhau ? Tính độ lớn lực tương tác đó ? điện tích của electron là e = -1,6.10-19 C

Xem đáp án

Khi electron di chuyển từ quả cầu này sang quả cầu kia thì một quả cầu thiếu electron nên nhiễm điện dương, quả còn lại thừa electron nên nhiễm điện âm. Do đó hai quả cầu tích điện trái dấu nên chúng hút nhau.

Lực tương tác giữa chúng được xác định theo định luật Cu-lông: F=kq1q2εr2=9.1094.1012.1,6.101921.0,42=0,023N

4. Tự luận
1 điểm

Hai vật nhỏ mang điện tích đặt trong không khí cách nhau một khoảng r = 1 m và đẩy nhau một lực 1,8 N. Tổng điện tích của chúng là 3.10-5 C. Tính điện tích mỗi vật ?

Xem đáp án

Vì hai quả cầu đẩy nhau nên chúng có điện tích cùng dấu, do đó ta có:

F=kq1q2εr2q1q2=εr2Fk=1,89.109=0,2.109=P

Mặt khác q1+q2=3.105=S q1q2=0,2.109=Pq1+q2=3.105=S

Theo định lí Vi-ét:

q2Sq+P=0q23.105q+0,2.109=0q1=2.105Cq2=105C

hoặc q1=105C;q2=2.105C

5. Tự luận
1 điểm

Cho hai điện tích điểm q1 = 2.10-8 C và q2 = -2.10-8 C đặt tại A và B cách nhau 8 cm trong chân không. Xác định lực tác dụng lên điện tích q = 10-9 C đặt tại trung điểm C của AB

Xem đáp án

q chịu tác dụng của hai điện tích q1 và q2:F=F1+F2

Do F1F2 nên F=F1+F2=kq1qεAC2+kq2qεBC2=2,25.104

6. Tự luận
1 điểm

Cho hai điện tích điểm q1 = 2.10-8 C và q2 = 2.10-8 C đặt tại A và B cách nhau 8 cm trong chân không. Xác định lực tác dụng lên điện tích q = 10-9 C đặt tại trung điểm C của AB

Xem đáp án

q chịu tác dụng của hai điện tích q1 và q2F=F1+F2

Do F1F2 nên F=F1F2=kq1qεAC2kq2qεBC2=0

7. Tự luận
1 điểm

Hai điện tích q1 = 8.10-8 C, q2 = -8.10-8 C đặt tại A và B trong không khí, AB = 6 cm. Xác định lực tác dụng lên điện tích q3 = 8.10-8 C đặt tại C cách đều A và B một đoạn 5 cm.

Xem đáp án

Vì C cách đều A và B nên C nằm trên đường trung trực của AB

F=F1+F2F1=kq1q3AC2=23,04.103NF2=kq2q3BC2=23,04.103NF1=F2FCH

F=2F1cosF1;F=2F1cosCAB^=2F1AHAC=27,65.103N

8. Tự luận
1 điểm

Người ta đặt 3 điện tích q1 = 8.10-9 C, q2 = q3 = -8.10-9 C tại ba đỉnh của tam giác đều ABC cạnh a = 6 cm trong không khí. Xác định lực tác dụng lên q0 = 6.10-9 C đặt ở tâm O của tam giác ?

Xem đáp án

Lực điện tổng hợp tác dụng lên q0 là: F=F1+F2+F3=F1+F23

Trong đó:F1=kq1q0AO2=kq1q023a322=3kq1q0a2=36.105

Vì BO = AO = CO nên q1=q2=q3F1 = F2 = F3

F2;F3=1200F1=F23

9. Tự luận
1 điểm

Hai điện tích q1 = 2.10-8 C, q2 = -8.10-8 C đặt tại A, B trong không khí. AB = 8 cm. Một điện tích q3 đặt tại C. Hỏi C ở đâu để q3 nằm cân bằng.

Xem đáp án

Điều kiện cân bằng của q3 là: F3=F13+F23=0F13F23

Vậy C phải nằm trên đường thẳng AB, ngoài khoảng AB.

10. Tự luận
1 điểm

Một quả cầu nhỏ bằng kim loại có khối lượng m = 1 g mang điện tích q dương, được treo vào sợi dây mảnh cách điện. Quả cầu nằm cân bằng trong một điện trường đều có phương nằm ngang, có cường độ điện trường E = 2000 V/m. Khi đó dây treo hợp với phương thẳng đứng một góc 600. Hỏi lực căng sợi dây và điện tích quả cầu bằng bao nhiêu ? Lấy g = 10 m/s2

Xem đáp án

Quả cầu cân bằng khi: P+T+F=0 Vì q > 0 FE

Ta có: P = mg = 10-3.10 = 0,01 N

Lực căng dây: cosα=PTT=Pcosα=0,01cos600=0,02N

Lực điện:

 tanα=FPF=PtanαqE=Ptanαq=PtanαF=0,867.105C

11. Tự luận
1 điểm

Hai quả cầu nhỏ mang điện tích q1, q2, đặt cách nhau 1 m trong chân không thì chúng đẩy nhau bằng lực 1,8 (N). Tìm điện tích mỗi quả cầu. Biết điện tích tổng cộng của hai quả cầu là 3.105(C).

Xem đáp án

Ta có F=kq1q2εr2q1q2=εr2Fkq1q2=1,89.109=2.1010

Do hai điện tích đẩy nhau nên chúng cùng dấu, tức là

q1q2>0q1q2=2.105q1+q2=3.105

Áp dụng định lí Viet, ta có q1 và q2 là nghiệm của phương trình bậc 2: q2Sq+P=0

Hay q23.105q+2.105=0q1=105Cq2=2.105C

hoặc q1=2.105Cq2=105C

12. Tự luận
1 điểm

Hai quả cầu nhỏ có tổng điện tích là 2.10-7(C) đặt cách nhau 3(cm) trong chân không thì hút nhau một lực là 2,4(N). Tìm q1, q2.

Xem đáp án

 F=kq1q2εr2q1q2=εr2Fkq1q2=2,4.0,0329.109=2,4.1013

Do hai điện tích hút nhau nên chúng trái dấu, tức là

q1q2<0q1q2=2,4.1013q1+q2=2.107

Áp dụng định lí Viet, ta có q1 và q2 là nghiệm của phương trình bậc 2: q2Sq+P=0

Hay q22.107q2,4.1013=0q1=6.107Cq2=4.107C

hoặc q1=4.107Cq2=6.107C

13. Tự luận
1 điểm

Hai quả cầu kim loại nhỏ như nhau mang các điện tích q1, q2 đặt trong không khí cách nhau 2cm, đẩy nhau bằng lực 2,7.10-4N. Cho hai quả cầu tiếp xúc nhau sau đó đưa về chỗ cũ thì thấy chúng đẩy nhau một lực 3,6.10-4N. Tính q1, q2?

Xem đáp án

Trước khi tiếp xúc

F=kq1q2εr2q1q2=εr2Fkq1q2=2,7.104.0,0229.109=1,2.1017

Do 2 điện tích đẩy nhau nên q1q2>0 thì q1q2=1,2.1017

Sau khi tiếp xúc: q1/=q2/=q1+q22

F/=kq1/q2/εr2q1/q2/=εr2F/kq1+q222=3,6.104.0,0229.109

q1+q2=±8.109

Khi q1+q2=8.109 ta có hệ

q1q2=1,2.1017q1+q2=8.109q28.109q+1,2.1017=0q1=6.109q2=2.109hoacq1=2.109q2=6.109

Khi q1+q2=8.109 ta có hệ

q1q2=1,2.1017q1+q2=8.109q2+8.109q+1,2.1017=0q1=6.109q2=2.109hoacq1=2.109q2=6.109

14. Tự luận
1 điểm

Một điện tích điểm q được đặt trong điện môi đồng tính, vô hạn. Tại một điểm M cách q một đoạn 0,4 m, điện trường có cường độ 9.105 V/m và hướng về điện tích q. Hỏi độ lớn và dấu của q. Biết rằng hằng số điện môi của môi trường là ε=2,5

Xem đáp án

Ta có: EM=kqεr29.105=9.109q2,5.0,42q=4.105C

Theo giả thiết, tại M thì EM đang hướng về điện tích q, nên q < 0 q=4.105C

15. Tự luận
1 điểm

Cường độ điện trường của một điện tích điểm q gây ra tại A là 36 V/m và tại B là 9 V/m. Hỏi cường độ điện trường tại điểm M là trung điểm của AB có giá trị bằng bao nhiêu. Biết A, B cùng nằm trên một đương sức điện.

Xem đáp án

Giả sử điện tích q đặt tại O như hình vẽ:

Ta có: EA=kqε.OA2;EB=kqε.OB2;EM=kqε.OM2

Vì M là trung điểm AB nên OM=OA+OB2

Thay OA, OB, OM vào biểu thức trên ta được:

1EM=121EA+1EBEM=4EAEBEA+EB2=16V/m

16. Tự luận
1 điểm

Tại ba đỉnh của một tam giác đều cạnh a = 3 cm trong không khí, người ta lần lượt đặt ba điện tích điểm q1 = q2 = -2.10-10 C và q3 = 2.10-10 C. Xác định độ lớn của cường độ điện trường tại tâm O của tam giác.

Xem đáp án

EO=EA+EB+EC=EA+EBCEAEBCEO=EA+EBC

Trong đó: EA=EBC=kqOA2OA=23a2a22=9.103Vm

EAEBCEO=EA+EBC=18.103

17. Tự luận
1 điểm

Một quả cầu nhỏ bằng kim loại có khối lượng m = 1 g mang điện tích q dương, được treo vào sợi dây mảnh cách điện. Quả cầu nằm cân bằng trong một điện trường đều có phương nằm ngang, có cường độ điện trường E = 2000 V/m. Khi đó dây treo hợp với phương thẳng đứng một góc 600. Hỏi lực căng sợi dây và điện tích quả cầu bằng bao nhiêu ? Lấy g = 10 m/s2

Xem đáp án

Quả cầu cân bằng khi: P+T+F=0

Vì q > 0 FE

Ta có: P = mg = 10-3.10 = 0,01 N

Lực căng dây: cosα=PTT=Pcosα=0,01cos600=0,02N

Lực điện: tanα=FPF=PtanαqE=Ptanαq=PtanαF=0,867.105C

18. Tự luận
1 điểm

Tại A, B trong không khí, AB = 8 cm, người ta đặt lần lượt hai điện tích q1 = 10-8 C và q2 = -10-8 C.

a. Tính điện thế tại O là trung điểm của AB.

b. Tính điện thế tại điểm M biết  và MA = 6 cm.

c. Tính công của lực điện trường khi điện tích q = -10-9 C di chuyển từ O đến M theo quỹ đạo là một nữa đường tròn đường kính OM.

Xem đáp án

a. Điện thế tại O: VO=V1+V2=kq1AO+kq2BO=k108AO+k(108)BO=0

b. Điện thế tại M: VM=V1+V2=kq1AM+kq2BM

Với BM=AB2+AM2=10

VM=kq1AM+kq2BM=9.1091086.102+9.10910810.102=600V

c. Điện tích q di chuyển trong điện trường của q1, q2 gây ra từ O đến M có công không phụ thuộc hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí O và M: AOM=q(VOVM)=109(0600)=6.107(J)

19. Tự luận
1 điểm

Có ba điện tích điểm q1 = 15.10-9 C, q2 = -12.10-9 C và q3 = 7.10-9 C đặt tại ba đỉnh tam giác đều ABC có cạnh a = 10 cm. Tính:

a. Điện thế tại tâm O của tam giác.

b. Điện thế tại điểm H (AH là đường cao).

c. Công của lực điện trường khi làm electron di chuyển từ O đến H.

d. Công cần thiết để eletron chuyển động từ O đến H.

Xem đáp án

a. Điện thế tại O: VO=kq1AO+kq2BO+kq3CO

Với AO=AB=CO=23AH=a33=0,13

VO=kAOq1+q2+q3=1558,8(V)

b. Điện thế tại H: VH=kq1AH+kq2BH+kq3CHAH=a32=0,132; BH = CH = a2=0,05

Vậy VH=658,8(V)

c. Công của lực điện trường: Electron di chuyển trong vùng điện trường của ba điện tích q1, q2, q3 có công không phụ thuộc vào hình dạng đường đi, và bằng độ giảm thế năng điện tích tại điểm đầu và điểm cuối: A=q(VOVH)=1,6.1019(1558,8658,8)=1440.1019(J)

d. Công cần thiết để electron di chuyển từ O đến H:

Vì công của lực điện trường trên đoạn OH là A < 0, công cản. Nên công cần thiết để electron di chuyển từ O đến H là: A = -A = 1440.10-19 J

20. Tự luận
1 điểm

Cho ba bản kim loại phẳng A, B C đặt song song như hình vẽ, biết d1 = 5 cm, d2 = 8 cm. Các bản được tích điện và điện trường giữa các bản là đều, có chiều như hình vẽ với độ lớn E1 = 4.104 V/m, E2 = 5.104 V/m. Chọn gốc điện thế tại bản A. Tìm điện thế VB, VC của hai bản B và C ?

Xem đáp án

E1 hướng từ A đến B, ta có: UAB = VA - VB = E1d1

Gốc điện thế tại A nên VA = 0VB=VAE1d1=04.104.5.102=2000V

 E2  hướng từ C đến B, ta có: UCB = VC - VB = E2d2

VC=VB+E2d2=2000+5.104.8.102=2000V

21. Tự luận
1 điểm

Ba điểm A, B, C tạo thành tam giác vuông tại C. AC = 4 cm, BC = 3 cm và nằm trong điện trường đều. Véc tơ cường độ điện trường E song song với AC, hướng từ A đến C và có độ lớn E = 5000 V/m. Tính:

a. UAC ? UCB ? UAB ?

b. Công của lực điện trường khi một electron di chuyển từ A đến B.

Xem đáp án

a. Vì E hướng từ A đến C, ta có: UAC = E.AC = 5000.0,04 = 200 V

UCB=ACBq=0 do CBE

UAB=UAC+UCB=200V hoặc ta tính theo cách khác: UAB=E.AB¯.cosα=200

b. Công của lực điện khi electron di chuyển từ A đến B là:

AAB=qUAB=1,6.1019.200=3,2.1017J

22. Tự luận
1 điểm

Một electron bắt đầu vào điện trường đều có cường độ E = 2.103 V/m với vận tốc ban đầu v0 = 5.106 V/m dọc theo phương đường sức.

a. Tính quãng đường s và thời gian t mà electron đi được cho đến khi dừng lại. Mô tả chuyển động của electron sau khi nó dừng lại.

b. Nếu điện trường chỉ tồn tại trong khoảng l = 1 cm dọc theo đường đi của electron thì electron sẽ chuyển động với vận tốc là bao nhiêu khi ra khỏi điện trường ?

Xem đáp án

Vì q= e < 0FE

Lực điện trường tác dụng lên electron: F=qE=ma

a=qEm=1,6.1019.2.1039,1.1031=0,35.1015

Vì FEav0

Tức là electron chuyển động chậm dần đều.

Quãng đường và thời gian vật đi được cho đến khi dừng lại là: v2v02=2as025.1062=2(0,35.1015).ss=35,7.103m=3,57cm

v=v0+at0=5.1060,35.1015t=14,3.109

Sau khi dừng lại, thì electron vẫn chịu tác dụng của lực điện trường  như cũ nên nó sẽ chuyển động nhanh dần trở về vị trí xuất phát.

b. Gọi vc là vận tốc của electron cuối đoạn đường l, ta có:

vc2v02=2alvc25.1062=2(0,35.1015).102vc=18.1012

Trong trường hợp này thì khi electron đi hết đoạn đường l cũng là lúc nó ra khỏi điện trường nên không còn tác dụng của lực điện trường nữa. Do đó nó sẽ chuyển động thẳng đều.

23. Tự luận
1 điểm

Hạt bụi khối lượng m = 0,02 g mang điện tích q = 5.10-5 C đặt sát bản dương của một tụ phẳng không khí. Hai bản tụ có khoảng cách d = 5 cm và hiệu điện thế U = 500 V. Bỏ qua tác dụng của trọng lực.

a. Tính thời gian hạt bụi chuyển động giữa hai bản.

b. Tính vận tốc của hạt bụi khi đến bản âm.

Xem đáp án

Chọn gốc tọa độ O tại vị trí hạt bụi bắt đầu chuyển động, gốc thời gian là lúc hạt bụi bắt đầu chuyển động.

Lực điện trường tác dụng lên hạt bụi: F=qE=ma

Chiếu lên chiều dương trục Ox, ta được: F=qE=maa=qEm=qUmd

Phương trình chuyển động của hạt bụi có dạng:

x=x0+v0t+12at2x=12at2x=12at2=12qUmdt2=1,25.104t2

a. Thời gian đến bản âm:

Khi hạt bụi đến bản âm tức là x=d=5.1025.102=1,25.104t2t=2.103

b. Vận tốc tại bản âm: v2v02=2adv=2ad=50

24. Tự luận
1 điểm

Một tụ điện phẳng không khí có khoảng cách d = 1 cm, chiều dài bản tụ là l = 5 cm, hiệu điện thế giữa hai bản tụ là 91 V. Một electron bay vào tụ điện theo phương song song với các bản với vận tốc ban đầu v0 = 2.107 m/s và bay ra khỏi tụ điện. Bỏ qua trọng lực.

a. Viết phương trình quỹ đạo của electron.

b. Tính quãng đường electron đi được theo phương Ox khi nó ra khỏi tụ.

c. Tính vận tốc electron khi rời khỏi tụ.

d. Tính công của lực điện trường khi electron bay trong tụ.

Xem đáp án

Chọn gốc tọa độ O tại vị trí electron bắt đầu vào vùng điện trường, hệ tọa độ xoy có dạng như hình vẽ:

Thành phần Ox chuyển động thẳng đều: x=v0t

Thành phần Oy chuyển động nhanh dần đều: y=12ayt2

Vậy phương trình quỹ đạo của elctron là: y=12ayxv02

Lực điện trường tác dụng lên electron: F=qE=maFx=max=0Fy=may=F

ax=0ay=Fm=qEm=qUmdx=v0t=2.107ty=12ayxv02=12qUmdv02x2=2x2

a. Vậy phương trình quỹ đạo có dạng: y=12ayxv02=12qUmdv02x2=2x2

b. Tính quãng đường electron đi được theo phương Ox khi nó ra khỏi tụ.

Dựa theo thành phần nằm ngang Ox ta có: x=l=5.102m

c. Vận tốc electron khi rời khỏi tụ:

vx=v0vy=v0y+aytx=v0tt=xv0vx=2.107vy=0+qUmdxv0=0,4.107v=vx2+vy2=2.107

d. Công của lực điện trường khi electron bay trong tụ.

Khi electron bay ra khỏi tụ thì nó đã đi được quãng đường theo phương Oy là: y = 2x2

x=l=5.102my=2x2=50.104m=5mm

Công của lực điện trường: A=F.d.cosF,dy=F.yA=qEy=qUdy=7,28.1018