ĐIỆN TRƯỜNG VÀ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG Show ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN I. Điện trường 1. Môi trường truyền tương tác điện Giả sử ta đặt hai quả cầu điện tích trái dấu trong một bình kín rồi hút hết không khí ra. Ta đã biết, lực hút của hai quả cầu không những yếu đi mà lại mạnh lên. Như vậy phải có một môi trường nào đó truyền tương tác điện giữa hai quả cầu. Môi trường đó là điện trường. 2. Điện trường Điện trường là môi trường (dạng vật chất) bao quanh điện tích và gắn liền với điện tích. Điện trường tác dụng lực điện lên các điện tích khác đặt trong nó. Nơi nào có điện tích thì xung quanh điện tích đó có điện trường. Một điện tích Q nằm tại một điểm trong không gian sẽ gây ra xung quanh nó một điện trường. Một điện tích q nằm trong điện trường đó sẽ bị Q tác dụng một lực điện và ngược lại, q cũng tác dụng lên Q một lực đối (hình 3.1) II. Cường độ điện trường 1. Khái niệm cường độ điện trường Giả sử có một điện tích điểm Q nằm tại điểm O. Điện tích này tạo ra một điện trường xung quanh nó. Để nghiên cứu điện trường của Q tại điểm M, ta đặt tại đó một điện tích điểm q, gọi là điện tích thử và xét lực điện tác dụng lên q (Hình 3.2). Theo định luật Cu-lông, q càng nằm xa Q thì lực điện càng nhỏ. Ta nói điện trường tại các điểm càng xa Q càng yếu. Vì thế cần phải xây dựng một khái niệm đặc trưng cho sự mạnh, yếu của điện trường tại một điểm. Khái niệm đó là cường độ điện trường.  2. Định nghĩa. Thực nghiệm chứng tỏ rằng lần lượt các điện tích thử q1, q2,… khác nhau tại một điểm thì: \(\dfrac{F_{1}}{q_{1}}=\dfrac{F_{2}}{q_{2}}=...\) Ta có thể thấy độ lớn của lực điện tác dụng lên điện tích thử q = +1C để đặc trưng cho cường độ điện trường tại điểm mà ta xét. Tuy nhiên theo công thức (1.1), độ lớn F của lực điện tỉ lệ thuận với q, nên thương số \(\frac{F}{q}\) chính là độ lớn của lực điện tác dụng lên điện tích 1C. Do đó, ta sẽ lấy thương số này làm số đo của cường độ điện trường. Vậy ta có định nghĩa sau: Cường độ điện trường tại một điểm là đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của điện trường tại điểm đó. Nó được xác định bằng thương số của độ lớn lực điện F tác dụng lên một điện tích thử q (dương) đặt tại điểm đó và độ lớn của q. \(E=\dfrac{F}{q}\) (3.1) 3. Vectơ cường độ điện trường Vì lực F là đại lượng vectơ, còn điện tích q là đại lượng vô hướng, nên cường độ điện trường E cũng là một đại lượng vectơ. Cường độ điện trường được biểu diễn bằng một vectơ gọi là vectơ cường độ điện trường. Từ công thức (3.1), ta có: Vectơ cường độ điện trường \(\overrightarrow{E}\) có: + Phương và chiều trùng với phương và chiều của lực điện tác dụng lên điện tích thử q dương. + Chiều dài (môđun) biểu diễn độ lớn của cường độ điện trường theo một tỉ lệ xích nào đó. 4. Đơn vị đo cường độ điện trường. Đơn vị đo cường độ điện trường là Vôn trên mét (kí hiệu là V/m). 5. Công thức tính cường độ điện trường tại một điện tích điểm Công thức tính cường độ điện trường tại một điện tích điểm Q: \(E= \dfrac{F}{q}=k.\dfrac{|Q|}{\varepsilon .r^{2}}\) (3.2) 6. Nguyên lí chồng chất điện trường Giả sử có hai điện tích điểm Q1 và Q2 gây ra tại điểm M hai vec tơ cường độ điện trường \(\overrightarrow{E_{1}}\) và \(\overrightarrow{E_{2}}\). Nguyên lí chồng chất điện trường: Các điện trường E1 và E2 đồng thời tác dụng lực điện lên điện tích q một cách độc lập với nhau. Cường độ điện trường tại một điểm bằng tổng hợp của \(\overrightarrow{E_{1}}\) và \(\overrightarrow{E_{2}}\). \(\overrightarrow{E}=\overrightarrow{E_{1}}+\overrightarrow{E_{2}}\) (3.3) Các vectơ cường độ điện trường tại một điểm được tổng hợp theo quy tắc hình bình hành. III. Đường sức điện 1. Hình ảnh các đường sức điện Người ta chứng minh được rằng, các hạt nhỏ đã bị nhiễm điện và nằm dọc theo phương của lực điện. Tập hợp các hạt nhỏ sẽ nằm dọc theo những đường mà tiếp tuyến tại mỗi điểm nằm theo phương của vectơ cường độ điện trường tại đó. Mỗi đường đó gọi là một đường sức điện. 2. Định nghĩa Đường sức điện là đường mà tiếp tuyến tại mỗi điểm của nó là giá của vectơ cường độ điện trường tại điểm đó. Nói cách khác, đường sức điện là đường mà lực điện tác dụng dọc theo nó. 3. Các đặc điểm của đường sức điện + Qua mỗi điểm trong điện trường có một và chỉ một đường sức điện mà thôi. + Đường sức điện là những đường có hướng. Hướng của đường sức điện tại một điểm là hướng của vectơ cường độ điện trường tại điểm đó. + Đường sức điện của điện trường tĩnh điện là đường không khép kín. Nó đi ra điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm. + Tuy các đường sức từ là dày đặc nhưng người ta chỉ vẽ một số ít đường theo quy tắc sau : Số đường sức đi qua một điện tích nhất định đặt vuông góc với đường sức điện tại điểm mà ta xét thì tỉ lệ với cường độ điện trường tại điểm đó. 4. Điện trường đều Điện trường đều là điện trường mà vectơ cường độ điện trường tại mọi điểm đều có cùng phương, cùng chiều, và cùng độ lớn; đường sức điện là những đường thẳng song song cách đều. Điện trường trong một điện môi đồng chất nằm ở giữa hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và điện tích bằng nhau, trái dấu là một điện trường đều. Sơ đồ tư duy về điện trường và cường độ điện trường. Đường sức điện
Công của lực điện sẽ làm dịch chuyển điện tích q trong điện trường E với độ dài d. Nó được xác định bằng công thức A = qEd. Ở đây d được hiểu là độ dài của đoạn từ hình chiếu điểm đầu đến hình chiếu điểm cuối lên một đường sức từ. d được tính theo chiều của đường sức từ. Và để tìm hiểu kỹ hơn về lý thuyết công của lực điện và có bài tập áp dụng, chúng ta hãy cùng theo dõi bài viết dưới đây nhé! Đối với trường hợp này, đặc điểm của lực điện tác dụng lên điện tích sẽ có dạng dưới đây: Mô tả: Đặt điện tích dương q trong điện trường đều, nó sẽ chịu tác dụng của lực điện F: Kết luận: Lực F là lực không bị biến đổi Trường hợp này được mô tả qua hình ảnh dưới đây: Khi di chuyển điện tích trong điện trường đều, công của lực điện sẽ đi từ M đến N. Thể hiện qua công thức A = q.E.d Trong đó: Chiều của điện trường sẽ cùng chiều với chiều dương của MH-. Do đó, công của lực điện không bị ảnh hưởng bởi hình dạng đường đi. Nó phụ thuộc trực tiếp vào vị trí của điểm đầu và điểm cuối. Thế năng của một điện tích trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt điện tích lên chính điểm đó. Điện trường đều: Chọn mốc thế năng là chiều âm thì thế năng WM = A = qEd. Trong đó d là khoảng cách từ M đến thanh âm. Với trường hợp điện trường do nhiều điện tích gây ra, bạn cần chọn mốc thế năng ở vô cùng: Ta có: WM = AM = VM.q Đây là thế năng của một điện tích điểm q đặt tại điểm M trong điện trường. Trong đó: VM là hệ số tỉ lệ không phụ thuộc vào q mà chỉ phụ thuộc vào vị trí đặt điểm M trong điện trường. Khi một điện tích q di chuyển từ điểm M đến điểm N trong một điện trường. Công lực điện trường tác dụng lên điện tích sẽ bằng độ giảm thế năng của điện tích q trong điện trường. Ta có công thức sau: AMN = WM – WN Kỹ năng giải bài tập cần thiếtBài tập cần áp dụng công thức tính công: A = q.E.d Việc xác định d cần phải được thực hiện chính xác
Bài tập lý thuyếtCâu 1: Công thức xác định công của lực điện trường làm dịch chuyển điện tích q trong điện trường đều E là A = qEd. d ở đây có nghĩa là gì? A. khoảng cách giữa điểm đầu và điểm cuối.B. khoảng cách giữa hình chiếu điểm đầu và hình chiếu điểm cuối lên một đường sức.C. độ dài đại số của đoạn từ hình chiếu điểm đầu đến hình chiếu điểm cuối lên một đường sức, tính theo chiều đường sức điện. D. độ dài đại số của đoạn từ hình chiếu điểm đầu đến hình chiếu điểm cuối lên một đường sức. Đáp án: C Câu 2: Một điện tích q chuyển động trong điện trường theo một đường cong khép kín. Gọi A là công của lực điện trong chuyển động. Kết luận nào sau đây đúng về A? A. A > 0 nếu q > 0B. A > 0 nếu q < 0C. A ≠ 0 nếu điện trường không đổi D. A = 0 Đáp án: D. Giải thích: q nằm trong một đường cong khép kín thì điểm đầu và điểm cuối trùng nhau ⇒ A = 0. Câu 3: Công của lực điện tác dụng lên một điện tích điểm q khi nó di chuyển từ M đến N trong điện trường sẽ? A. tỉ lệ thuận với chiều dài đường đi MN.B. tỉ lệ thuận với độ lớn của điện tích q.C. tỉ lệ thuận với thời gian chuyển động D. tỉ lệ nghịch với chiều dài đường đi. Đáp án: B Câu 4: Công của lực điện tác dụng lên một điện tích điểm q khi di chuyển từ điểm M đến điểm N trong một điện trường, thì không phụ thuộc vào A. vị trí của các điểm M, N.B. hình dạng của đường đi.C. độ lớn của điện tích q. D. độ lớn của cường độ điện trường tại các điểm trên đường đi. Đáp án: B Bài tập vận dụngCâu 5: Một điện tích điểm q di chuyển trong điện trường đều E có quỹ đạo là một đường cong khép kín. Gọi chiều dài quỹ đạo là s thì công lực điện trường là? A. A = 2qEs B. A = 0C. A = qEs D. A = qE/s Đáp án: B Câu 6: Khi điện tích dịch chuyển dọc theo một đường sức trong một điện trường đều. Khi quãng đường dịch chuyển tăng 2 lần thì công của lực điện trường sẽ? A. tăng 4 lần. B. tăng 2 lần.C. không đổi. D. giảm 2 lần Đáp án: B Bài tập tính toánCâu 7: Công của lực điện trường dịch chuyển một điện tích -2μC ngược chiều một đường sức trong một điện trường đều 1000 V/m trên quãng đường dài 1m. Xác định công lực điện trong trường hợp trên? A. 2000 J. B. – 2000 J.C. 2 mJ. D. – 2 mJ. Đáp án: C. Giải thích: Áp dụng công thức ta có: A = qEd = -2.10-6.1000.(-1) = 2.10-3J = 2 mJ. Câu 8: Một electron di chuyển được một đoạn đường 1cm, dọc theo đường sức. Lực điện trong một điện trường đều có cường độ điện trường là 1000 V/m. Xác định công của lực điện? A. -1,6.1010-18 J B. 1,6.10-16 JC. 1,6.1010-18 J D. -1,6.10-16 J Đáp án: C. Giải thích: A = qEd = (-1,6.10-19).1000.(-0,01) = 1,6.10-18 J Câu 9: Trong một điện trường đều bằng 60000V/m. Điện tích q0 = 4.10-9C trên đoạn thẳng dài 5 cm. Biết góc giữa phương dịch chuyển và đường sức điện trường là α = 60 độ. Xác định công của điện trường trong trường hợp trên? A. 10-6 J B. 6.106 JC. 6.10-6 J D. -6.10-6 J Đáp án: C. Giải thích: A = qEd = qEs.cosα = 6.10-6 (J) Như vậy, bài viết trên đã cung cấp cho các bạn những kiến thức lý thuyết đến thực hành công của lực điện. Hy vọng những chia sẻ của chúng tôi sẽ đem đến cho các bạn những kiến thức bổ ích. |
