Giải SGK Vật lí 11 KNTT Bài 16. Lực tương tác giữa hai điện tích có đáp án

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.

a) Trường hợp cả thanh nhựa A và B đều được cọ xát bằng len thì thanh A và B đều nhiễm điện cùng dấu, khi đó đưa thanh B lại gần thanh A sẽ có hiện tượng thanh A bị đẩy ra xa.

b) Thanh thuỷ tinh C và thanh nhựa A nhiễm điện trái dấu, khi đó thanh C sẽ hút thanh A lại gần.

Vẽ hình cho hai trường hợp

- 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.

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.

Biểu thức 16.2: $F=\frac{\left|q_1{q}_2\right|}{4\pi {\epsilon }_0{r}^2}$

Biểu thức 16.3: $F=\frac{k\left|q_1{q}_2\right|}{r^2}$

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)

+ ${\epsilon }_0$: hằng số điện môi – đơn vị C2/N.m2.

Độ lớn lực tương tác tĩnh điện ban đầu: $F=\frac{k\left|q_1{q}_2\right|}{r^2}$

Khi khoảng cách giữa hai điện tích điểm tăng lên 2 lần, giá trị của mỗi điện tích điểm tăng 3 lần thì có $F\text{'}=\frac{k\left|3.q_1\mathrm{.3.}{q}_2\right|}{{\left(2r\right)}^2}=\mathrm{2,25.}\frac{k\left|q_1{q}_2\right|}{r^2}=\mathrm{2,25}F$.

Chứng tỏ lực điện tăng lên 2,25 lần.

Cách làm đơn giản như sau:

- Dùng mảnh len chà nhẹ nhiều lần lên trang giấy. Trang giấy được tích điện dương.

- Sau đó dùng mảnh vải cọ xát vào 2 thanh nhựa giống nhau. Khi đó 2 thanh nhựa được tích điện âm. Sau đó đưa 2 thanh nhựa lại gần 2 mặt của các trang sách bị dính chặt, mỗi thanh nhựa sẽ hút mỗi tờ giấy về hai phía khác nhau.

Có thể dùng định luật Coulomb để xác định độ lớn của lực tương tác giữa các điện tích trong các thí nghiệm ở Hình 16.1 vì các điện tích trong thanh có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách giữa hai thanh.

Lực điện: $F=\frac{k\left|q_1{q}_2\right|}{r^2}=\frac{{9.10}^9.\left|{\mathrm{1,6.10}}^{-19}.\left(-{\mathrm{1,6.10}}^{-19}\right)\right|}{{\left({5.10}^{-11}\right)}^2}={\mathrm{9,216.10}}^{-8}N$