Giải SBT Vật lí 11 (Chân trời sáng tạo) Bài 11: Định luật Coulomb về tương tác tĩnh điện

Sách bài tập Vật lí 11 Bài 11: Định luật Coulomb về tương tác tĩnh điện

A. Trắc nghiệm

Câu 11.1 (B) trang 39 Sách bài tập Vật Lí 11: Điện tích của một electron có giá trị bằng bao nhiêu?

A. 1,6.10^-19 C.                

B. -1,6.10^-19 C.      

C. 3,2.10^-19 C.                 

D. -3,2.10^-19 C.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Điện tích của một electron có giá trị bằng -1,6.10^-19 C.

Câu 11.2 (B) trang 39 Sách bài tập Vật Lí 11: Thông thường sau khi sử dụng khăn lông để lau mắt kính ta thấy sẽ có một vài mảnh vụn của lông tơ còn bám lại trên kính, đó là hiện tượng nhiễm điện do

A. hưởng ứng.                

B. tiếp xúc.           

C. cọ xát.              

D. khác cấu tạo vật chất.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Hiện tượng nhiễm điện do cọ xát.

Câu 11.3 (B) trang 39 Sách bài tập Vật Lí 11: Công thức nào dưới đây xác định độ lớn lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm q₁, q₂ đặt cách nhau một khoảng r trong chân không, với $k={9.10}^9\frac{{\text{Nm}}^2}{{\text{C}}^2}$  là hằng số Coulomb?

A. $F=\frac{r^2}{k\left|q_1{q}_2\right|}$ .     

B. $F=r^2\frac{\left|q_1{q}_2\right|}{k}$ .     

C. $F=\frac{\left|q_1{q}_2\right|}{k{r}^2}$ .                  

D. $F=k\frac{\left|q_1{q}_2\right|}{r^2}$ .

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Công thức đúng $F=k\frac{\left|q_1{q}_2\right|}{r^2}$

Câu 11.4 (B) trang 39 Sách bài tập Vật Lí 11: Trong các hình biểu diễn lực tương tác tĩnh điện giữa các điện tích (có cùng độ lớn điện tích và đứng yên) dưới đây. Hình nào biểu diễn không chính xác?

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Hai điện tích cùng dấu thì đẩy nhau, trái dấu thì hút nhau.

Câu 11.5 (B) trang 40 Sách bài tập Vật Lí 11: Xét hai điện tích điểm q₁ và q₂ có tương tác đẩy. Khẳng định nào sau đây là đúng?

A. $q_1>0$ và $q_2<0$ .                                      

B. $q_1<0$  và $q_2>0$ .

C. $q_1{q}_2>0$ .                                        

D. $q_1{q}_2<0$ .

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Đối với hai điện tích điểm q₁ và q₂ có tương tác đẩy, nghĩa là chúng mang điện tích cùng dấu với nhau, do đó $q_1{q}_2>0$ .

Câu 11.6 (B) trang 40 Sách bài tập Vật Lí 11: Xét ba điện tích q₀, q₁ và q₂ đặt tại ba điểm khác nhau trong không gian. Biết lực do q₁ và q₂ tác dụng lên q₀ lần lượt là ${\overrightarrow{F}}_{10}$  và ${\overrightarrow{F}}_{20}$ . Biểu thức nào sau đây xác định lực tĩnh điện tổng hợp tác dụng lên điện tích q₀ ?

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Theo nguyên lí tổng hợp lực nên công thức đúng là ${\overrightarrow{F}}_0={\overrightarrow{F}}_{10}+{\overrightarrow{F}}_{20}$ .

Câu 11.7 (H) trang 40 Sách bài tập Vật Lí 11: Hai điện tích điểm có độ lớn không đổi được đặt trong cùng một môi trường có hằng số điện môi là $\epsilon$ , nếu tăng khoảng cách giữa hai điện tích lên 2 lần thì lực tương tác giữa chúng sẽ

A. tăng 2 lần.                  

B. giảm 2 lần.                 

C. tăng 4 lần.                  

D. giảm 4 lần.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Vì $F~\frac{1}{r^2}$  nên khi khoảng cách giữa chúng tăng 2 lần thì lực tương tác sẽ giảm 4 lần.

Câu 11.8 (H) trang 40 Sách bài tập Vật Lí 11: Đưa một thanh kim loại tích điện dương lại gần một chiếc đĩa chưa tích điện và cô lập về điện thì

A. điện tích của đĩa sẽ thay đổi hoặc bằng 0 , phụ thuộc vào khoảng cách giữa thanh kim loại và đĩa.

B. điện tích của đĩa vẫn bằng 0 .

C. đĩa tích điện dương.

D. đĩa tích điện âm.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Khi đưa một thanh kim loại tích điện dương lại gần một vị trí trên đĩa thì đĩa sẽ bị nhiễm điện do hưởng ứng ở hai đầu, tuy nhiên xét cả đĩa thì điện tích của đĩa không thay đổi.

Câu 11.9 (H) trang 40 Sách bài tập Vật Lí 11: Hai điện tích điểm cùng độ lớn 10^-9 C đặt trong chân không. Khoảng cách giữa chúng bằng bao nhiêu để lực tĩnh điện giữa chúng có độ lớn 2,5.10^-6 N ?

A. 0,06 cm.           

B. 6 cm.                

C. 36 cm.              

D. 6m.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Ta có: $F=k\frac{q^2}{r^2}$ , suy ra: $r=\sqrt{\frac{k}{F}}\left|q\right|=\sqrt{\frac{9\cdot {10}^9}{2,5\cdot {10}^{-6}}}{10}^{-9}=0,06\text{ m}$

Câu 11.10 (VD) trang 41 Sách bài tập Vật Lí 11: Mỗi hại bụi li ti trong không khí mang điện tích $q=-9,6\cdot {10}^{-13}\text{C}$ . Hỏi mỗi hại bụi ấy thừa hay thiếu bao nhiêu electron? Biết điện tích electron có độ lớn là 1,6.10^-19 C.

A. Thừa 6,10⁶ hạt.

B. Thừa 6.10⁵ hạt. 

C. Thiếu 6,10⁶  hạt.         

D. Thiếu 6.10⁵  hạt.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Số electron là: $N_e=\left|\frac{q}{e}\right|=\left|\frac{-9,6\cdot {10}^{-13}}{-1,{6.10}^{-19}}\right|={6.10}^6$  hạt. Vì q < 0  nên hạt bụi thừa 6.10⁶ hạt electron.

Câu 11.11 (VD) trang 41 Sách bài tập Vật Lí 11: Hai điện tích điểm +2Q và -Q được đặt cố định tại hai điểm như Hình 11.1. Phải đặt điện tích q₀ ở trị trí nào thì lực điện do +2Q và -Q tác dụng lên điện tích q₀ có thể cân bằng nhau?

A. Vị trí (1).         

B. Vị trí (2).          

C. Vị trí (3).          

D. Vị trí (4)

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Vì hai điện tích trái dấu, nên lực do mỗi điện tích tác dụng lên điện tích q₀ chỉ ngược chiều khi đặt q₀ trên đường thẳng nối hai điện tích và nằm ngoài khoảng giữa hai điện tích và gần điện tích có độ lớn yếu hơn (gần điện tích -Q hơn). Gọi r₁, r₂ là khoảng cách từ điện tích $q_1=2Q,q_2=-Q$  đến điện tích q₀ và r là khoảng cách giữa hai điện tích ấy.

Vì lực do q₁ và q₂ tác dụng lên q₀ cân bằng nhau nên:

$F_{10}=F_{20}\Rightarrow \frac{\left|q_1\right|}{r_1^2}=\frac{\left|q_2\right|}{r_2^2}\Rightarrow r_1=\sqrt{2}{r}_2$

Mà $r_1=r_2+r$ , nên ta được $r_2=\frac{r}{\sqrt{2}-1}>r$ .

B. Tự luận

Bài 11.1 (B) trang 41 Sách bài tập Vật Lí 11: Hãy nêu các cách làm một vật bị nhiễm điện và đưa ra ví dụ minh hoạ cho từng cách.

Lời giải:

Có ba cách làm vật bị nhiễm điện:

- Nhiễm điện do cọ xát: Chà xát thước nhựa lên bàn thì thấy sau đó thước nhựa có thể hút các vụn giấy.

- Nhiễm điện do tiếp xúc: Cho quả cầu nhiễm điện tiếp xúc với quả cầu trung hoà về điện thì quả cầu lúc sau cũng nhiễm điện.

- Nhiễm điện do hưởng ứng: Đưa một đầu của thanh nhiễm điện lại gần một thanh trung hoà về điện thì thấy một đầu của thanh cũng nhiễm điện.

Bài 11.2 (B) trang 41 Sách bài tập Vật Lí 11: Lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm đặt trong chân không phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Lời giải:

Lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm đặt trong chân không phụ thuộc vào giá trị của hai điện tích điểm, khoảng cách giữa chúng và môi trường mà chúng được đặt vào.

Bài 11.3 (B) trang 41 Sách bài tập Vật Lí 11: Hãy so sánh định tính độ lớn lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm trong trường hợp hai điện tích được đặt trong một chất điện môi và đặt trong chân không.

Lời giải:

Độ lớn lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm trong trường hợp hai điện tích được đặt trong chất điện môi sẽ nhỏ hơn trường hợp hai điện tích được đặt trong chân không vì độ lớn lực tĩnh điện tỉ lệ nghịch với hằng số điện môi.

Bài 11.4 (H) trang 41 Sách bài tập Vật Lí 11: Khi đưa một đầu của thanh nhiễm điện âm lại gần một quả cầu không tích điện thì thanh và quả cầu có tương tác hút hoặc đẩy nhau hay không? Vì sao?

Lời giải:

Khi đưa một đầu của thanh nhiễm điện âm lại gần một quả cầu không tích điện thì thanh và quả cầu sẽ hút nhau vì quả cầu bị nhiễm điện do hưởng ứng với phần quả cầu nằm gần thanh bị nhiễm điện dương.

Bài 11.5 (H) trang 41 Sách bài tập Vật Lí 11: Trong giờ học Vật lí, một bạn học sinh phát biểu rằng: "Khi đưa một vật A nhiễm điện lại gần một vật B không nhiễm điện thì vật B bị nhiễm điện do hưởng ứng và tổng điện tích của vật B khác 0". Hãy nhận xét về phát biểu trên của bạn học sinh này.

Lời giải:

Phát biểu trên của bạn học sinh không hợp lí vì vật B bị nhiễm điện do hưởng ứng nhưng tổng điện tích của vật B vẫn bằng 0 do vật B không có trao đổi điện tích với vật A.

Bài 11.6 (H) trang 41 Sách bài tập Vật Lí 11: Các xe bồn chở xăng/dầu thường được treo một sợi dây xích dài làm bằng sắt dưới gầm xe. Trong quá trình di chuyển sẽ có những lúc dây xích được chạm nhẹ xuống mặt đường. Hãy giải thích vì sao người ta phải làm như vậy.

Lời giải:

Vì khi di chuyển, thân xe chở xăng/dầu có thể cọ xát với không khí và thành của bồn chứa nên dễ bị nhiễm điện gây ra cháy nổ. Do vậy các xe chở xăng dầu thường có một đoạn dây xích thả xuống mặt đường để truyền điện tích dư từ xe xuống mặt đường.

Bài 11.7 (H) trang 42 Sách bài tập Vật Lí 11: Xét ba quả cầu nhỏ A, B, C được đặt trên một mặt bàn nằm ngang, trơn nhẵn và cách điện trong không khí. Biết rằng quả cầu A mang điện tích dương, quả cầu B và quả cầu C mang điện tích âm. Cho quả cầu B di chuyển trên đoạn thẳng nối tâm quả cầu A và quả cầu C. Trong quá trình di chuyển đó, có bao nhiêu vị trí để quả cầu B nằm cân bằng dưới tác dụng của lực tĩnh điện.

Lời giải:

Không có vị trí nào trên đoạn thẳng nối giữa quả cầu A và quả cầu C để quả cầu B nằm cân bằng dưới tác dụng của lực tĩnh điện. Vì lực tĩnh điện do quả cầu A tác dụng lên quả cầu B và do quả cầu C tác dụng lên quả cầu B luôn cùng phương, cùng chiều nên không thể cân bằng.

Bài 11.8 (H) trang 42 Sách bài tập Vật Lí 11: Độ lớn lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm q₁ và q₂ sẽ thay đổi như thế nào nếu ta tăng khoảng cách giữa hai điện tích lên gấp đôi và giảm độ lớn q₁ xuống một nửa.

Lời giải:

Giảm 8 lần vì lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Bài 11.9 (H) trang 42 Sách bài tập Vật Lí 11: Ban đầu, khi hai điện tích điểm được đặt trong chân không thì độ lớn lực tĩnh điện giữa chúng là F. Sau đó, hai điện tích điểm được đặt trong môi trường điện môi A sao cho giá trị hai điện tích và khoảng cách giữa chúng được giữ không đổi. Khi đó, độ lớn lực tĩnh điện giữa chúng là $\frac{F}{4,5}$ . Hãy xác định giá trị hằng số điện môi của môi trường A.

Lời giải:

Lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm trong môi trường A giảm 4,5 lần so với trường hợp hai điện tích điểm trong chân không, suy ra hằng số điện môi của môi trường A bằng 4,5 .

Bài 11.10 (VD) trang 42 Sách bài tập Vật Lí 11: Hai điện tích điểm $q_1=8\cdot {10}^{-8}\text{C}$  và $q_2=-3\cdot {10}^{-8}\text{C}$  đặt trong không khí tại hai điểm A và B cách nhau 3 cm. Đặt điện tích điểm $q_0={10}^{-8}\text{C}$  tại điểm M là trung điểm của AB. Biết $k={9.10}^9\frac{{\text{Nm}}^2}{{\text{C}}^2}$ , tính lực tĩnh điện tổng hợp do q₁ và q₂ tác dụng lên q₀.

Lời giải:

Lực tĩnh điện  do q₁ và q₂ gây ra tại M cùng hướng với nhau nên:

$F_0=F_{10}+F_{20}=k\frac{\left|q_0\right|\left(\left|q_1\right|+\left|q_2\right|\right)}{{\left(\frac{AB}{2}\right)}^2}=9\cdot {10}^9\cdot \frac{{10}^{-8}\left(8\cdot {10}^{-8}+3\cdot {10}^{-8}\right)}{{\left(\frac{0,03}{2}\right)}^2}=0,044\text{ N}$

Bài 11.11 (VD) trang 42 Sách bài tập Vật Lí 11: Cho hai điện tích điểm $q_1=6\mu \text{C}$  và $q_2=54\mu \text{C}$  đặt tại hai điểm A, B trong không khí cách nhau 6 cm. Sau đó người ta đặt một điện tích q₃ tại điểm C.

a) Xác định vị trí điểm C để điện tích q₃ nằm cân bằng.

b) Xác định dấu và độ lớn của q₃ để cả hệ cân bằng.

Lời giải:

a) Do $q_1{q}_2>0$ , nên để q₃ cân bằng thì q₃ phải nằm trong đoạn AB.

Ta có: ${\overrightarrow{F}}_3={\overrightarrow{F}}_{13}+{\overrightarrow{F}}_{23}=\overrightarrow{0}$ .

$\Rightarrow F_{13}=F_{23}\iff k\frac{\left|q_1{q}_3\right|}{\epsilon A{C}^2}=k\frac{\left|q_2{q}_3\right|}{\epsilon B{C}^2}\iff \frac{6}{A{C}^2}=\frac{54}{B{C}^2}\iff 3AC-BC=0.$

Mà AC + BC = AB = 6 cm => AC = 1,5 cm và BC = 4,5 cm .

Vậy điểm C cách điểm A và B lần lượt là 1,5 cm và 4,5 cm.

b) Vì $q_1{q}_2>0$ , nên lực tác dụng lên q₂ là lực đẩy. Vậy để hệ cân bằng thì $q_3<0$ .

$F_{12}=F_{32}\iff k\frac{\left|q_1{q}_2\right|}{\epsilon A{B}^2}=k\frac{\left|q_2{q}_3\right|}{\epsilon B{C}^2}\iff \frac{\left|q_1\right|}{A{B}^2}=\frac{\left|q_3\right|}{B{C}^2}$

$\Rightarrow \left|q_3\right|=\left|q_1\right|\frac{B{C}^2}{A{B}^2}=6\cdot {\left(\frac{4,5}{6}\right)}^2=3,375\mu \text{C}$

Vậy điện tích của q₃ là $-3,375\mu \text{C}$ .

Lực tĩnh điện tổng hợp tác dụng lên q₀ có phương trùng với đường nối AB và hướng về phía q₂.

Bài 11.12 (VD) trang 42 Sách bài tập Vật Lí 11: Xét hai quả cầu kim loại nhỏ giống nhau mang các điện tích q₁ và q₂ đặt trong không khí cách nhau 2 cm, đẩy nhau bằng một lực có độ lớn 2,7.10^-4 N. Cho hai quả cầu tiếp xúc với nhau rồi lại đưa về vị trí ban đầu thì lực đẩy giữa chúng có độ lớn 3,6.10^-4 N. Tính q₁ và q₂.

Lời giải:

Ban đầu: $F=k\frac{\left|q_1{q}_2\right|}{R^2}\Rightarrow \left|q_1{q}_2\right|=\frac{F{R}^2}{k}\Rightarrow q_1{q}_2=1,2\cdot {10}^{-17}{\text{C}}^2$ .

Vì hai quả cầu như nhau và hệ cô lập về điện, nên sau khi tiếp xúc điện tích trên mỗi quả cầu là $q_1^{\text{'}}=q_2^{\text{'}}=\frac{q_1+q_2}{2}$ .

Khi đó: $F^{\text{'}}=\frac{k}{R^2}{\left(\frac{q_1+q_2}{2}\right)}^2\iff {\left(q_1+q_2\right)}^2=\frac{4F^{\text{'}}{R}^2}{k}\iff q_1+q_2=\pm \sqrt{\frac{4F^{\text{'}}{R}^2}{k}}=\pm {8.10}^{-9}\text{C. }$

Trường hợp 1: $q^2-{8.10}^{-9}q+1,{2.10}^{-17}=0$ .

Suy ra: $\left\{\begin{array}{l}{q}_1={2.10}^{-9}\text{C}\\ q_2={6.10}^{-9}\text{C}\end{array}\right.$  hoặc $\left\{\begin{array}{l}{q}_1={6.10}^{-9}\text{C}\\ q_2={2.10}^{-9}\text{C}\end{array}\right.$

Trường hợp 2: $q^2+{8.10}^{-9}q+1,{2.10}^{-17}=0$ .

Suy ra: $\left\{\begin{array}{l}{q}_1=-{2.10}^{-9}\text{C}\\ q_2=-{6.10}^{-9}\text{C}\end{array}\right.$  hoặc $\left\{\begin{array}{l}{q}_1=-{6.10}^{-9}\text{C}\\ q_2=-{2.10}^{-9}\text{C}\end{array}\right.$

Xem thêm các bài giải SBT Vật lí lớp 11 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 8: Giao thoa sóng

Bài 9: Sóng dừng