Giải bài tập vật lí lớp 11 chân trời sáng tạo Bài 11 Định luật Coulomb về tương tác tĩnh điện

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Vào những ngày thời tiết lạnh, đặc biệt là vào mùa đông, ta thường hay gặp một số hiện tượng như: bị điện giật khi chạm tay vào tay nắm cửa kim loại (Hình 11.1) hay nghe tiếng lách tách khi thay quần áo. Vậy nguyên nhân của hiện tượng này là gì?

1. SỰ TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC ĐIỆN TÍCH

Câu hỏi 1: Xét quả cầu kim loại nhỏ có điện tích $-3,2.10^{-7}$C. Qủa cầu này thừa hay thiếu bao nhiêu electron?

Câu hỏi 2: 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.

Luyện tập

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.

2. ĐỊNH LUẬT COULOMB

Câu hỏi 3: Các cặp lực $\vec{F_{12}}$ và $\vec{F_{21}}$ trong Hình 11.5 có phải là các cặp lực cân bằng không? Vì sao?

Câu hỏi 4: Một mẩu sắt nhỏ 6 g có thể chứa khoảng $10^{24}$ electron. Vậy vì sao các electron này không bay ra khỏi mẫu sắt, mặc dù giữa chúng luôn tồn tại lực đẩy?

Câu hỏi 5: 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.

Luyện tập: 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.

Vận dụng: Tại 3 điểm A, B, C cố định trong chân không, đặt 3 điện tích điểm có giá trị lần lượt là $q_{1} = 6.10 ^ {- 6} C ,q_{2} = - 6.10 ^ {- 6}C$ và $q_{3} = 3.10 ^ {- 6}C$. Biết AB = 3 cm, AC = 4cm và BC = 5cm Tính độ lớn lực tác dụng lên điện tích điểm đặt tại C.

BÀI TẬP

Bài 1: 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.

Bài 2: 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 $q_{1} = - 1,6.10 ^ {- 19}$ C đầu còn lại mang điện tích dương $q_{2} = 1,6.10 ^ {- 19}$ 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.

Bài 3: 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 $2,4.10^ {- 7 }$C

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.

Vận dụng: Ngày nay, công nghệ sơn tĩnh điện (Hình 11.4) được sử dụng rất phổ biến với các ưu điểm vượt trội so với công nghệ sơn thường. Từ các nguồn tư liệu sách, báo, internet,... em hãy viết một bài giới thiệu ngắn về công nghệ sơn tĩnh điện.