Vật lí 11 - Thuyết electron và định luật bảo toàn điện tích

Nội dung text: Vật lí 11 - Thuyết electron và định luật bảo toàn điện tích

1. Vật lí 11: BÀI TẬP HỌC KÌ 1 Chủ đề 03 DÀNH CHO HỌC SINH Ngày tháng năm Số điện thoại: Họ và tên: Lớp 11 . BÀI TẬP LẦN THỨ 03 – HK1 Thuyết electron và định luật bảo toàn điện tích ( tài liệu gồm 02 trang, từ trang 01 đến trang 02 ) LÍ THUYẾT 1/ Điện tích electron là 1,6.10 19 (C) ; điện tích proton là 1,6.10 19 (C) 2/ Vật mang điện có điện tích q n.1,6.10 19 (C) với n là số nguyên 3/ Trong một hệ vật cô lập về điện, tổng đại số của các điện tích là không đổi. 4/ Hai quả cầu kim loại nhỏ giống hệt nhau mang điện tích q1, q2 tiếp xúc nhau thì sau tiếp xúc mỗi q q quả cầu mang điện tích q 1 2 2 BÀI 1 ( HỌC SINH PHẢI LÀM ): a/ Một vật có số electron nhiều hơn số proton là 4.1021 hạt thì vật đó có điện tích bằng bao nhiêu ? b/ Một vật có số electron ít hơn số proton là 12.1021 hạt thì vật đó có điện tích bằng bao nhiêu ? c/ Một vật mang điện tích 6,4 (nC) thì có số hạt electron nhiều hơn hay ít hơn số hạt proton bao nhiêu hạt ? d/ Một vật mang điện tích -32 (pC) thì có số hạt electron nhiều hơn hay ít hơn số hạt proton bao nhiêu hạt ? BÀI 2 ( HỌC SINH PHẢI LÀM ): a/ Một hệ cô lập về điện gồm hai vật A, B lần lượt mang điện tích 4(nC) và -8(nC). Cho hai vật lần lượt tiếp xúc nhau và sau tiếp xúc thấy vật A mang điện tích 3(nC) thì vật B mang điện tích bằng bao nhiêu ? Hỏi electron đã di chuyển từ vật nào sang vật nào ? b/ Một hệ cô lập về điện gồm ba vật A, B, C lần lượt mang điện tích 4(nC), 6(nC) và -8(nC). Cho ba vật lần lượt tiếp xúc nhau và sau tiếp xúc thấy vật A, B lần lượt mang điện tích 2(nC) , 4(nC) thì vật C mang điện tích bằng bao nhiêu ? c/ Một hệ cô lập về điện gồm hai vật A và B trung hòa về điện cho cọ xát với nhau và sau cọ xát thấy vật A mang điện tích 32(nC) thì vật B mang điện tích bằng bao nhiêu ? Hỏi electron đã di chuyển từ vật nào sang vật nào ? BÀI 3 ( HỌC SINH PHẢI LÀM ): Trong chân không, cho hai quả cầu kim loại nhỏ A, B có cùng khối lượng m1 = m2 = 50(g) mang điện tích lần lượt 4(C) , 6(C) , ban đầu giữ 2 quả cầu nằm yên cách nhau một đoạn 30(cm) sau đó thả quả cầu B ra. Hỏi ngay khi thả quả cầu B thì quả cầu B có gia tốc tức thời có độ lớn bằng bao nhiêu ? Bỏ qua trọng lực tác dụng lên mỗi quả cầu BÀI 4 ( HỌC SINH PHẢI LÀM ): Trong chân không, cho hai quả cầu kim loại nhỏ A, B có cùng khối lượng m1 = m2 = 200(g) mang điện tích lần lượt 4(C) , 5(C) , ban đầu giữ 2 quả cầu nằm yên cách nhau một đoạn 30(cm) ( hai quả cầu nằm trên đường thẳng song song với mặt đất ) sau đó thả quả cầu B ra. Hỏi ngay khi thả quả cầu B thì quả cầu B có gia tốc tức thời có độ lớn bằng bao nhiêu ? Lấy g = 10(m/s2) BÀI 5 ( HỌC SINH PHẢI LÀM ): Trong không khí tại hai điểm A, B cách nhau 6(cm) lần lượt đặt hai điện tích q1 2(C) , q2 8(C) a/ Xác định vị trí điểm C để đặt điện tích q3 tại điểm C thì q3 nằm yên ? Học kì 1 – Vật lí 11: THUYẾT ELECTRON Năm 2021 - 2022 1
2. Vật lí 11: BÀI TẬP HỌC KÌ 1 Chủ đề 03 b/ Xác định điện tích q3 để khi điện tích q3 đặt vào điểm C ở câu a/ thì cả 3 điện tích q1, q2, q3 đều nằm yên ? BÀI 6 ( HỌC SINH PHẢI LÀM ): Trong không khí tại hai điểm A, B cách nhau 6(cm) lần lượt đặt hai điện tích q1 2(C) , q2 8(C) a/ Xác định vị trí điểm C để đặt điện tích q3 tại điểm C thì q3 nằm yên ? b/ Xác định điện tích q3 để khi điện tích q3 đặt vào điểm C ở câu a/ thì cả 3 điện tích q1, q2, q3 đều nằm yên ? BÀI 7 ( HỌC SINH PHẢI LÀM ): Trong chân không có hai điểm A, B cách nhau 30 (cm) và có hai quả cầu kim loại nhỏ giống hệt nhau mang điện tích q1, q2 với q1 > q2 > 0 được đặt tại hai điểm AB thì thấy chúng đẩy nhau với lực 2,4(N). Sau đó cho hai quả cầu tiếp xúc nhau xong lại đưa hai quả cầu về vị trí cũ thì thấy chúng đẩy nhau với lực 2,5(N). Tính điện tích q1, q2 ? BÀI 8 ( HỌC SINH PHẢI LÀM ): Trong chân không có hai điểm A, B cách nhau 30 (cm) và có hai quả cầu kim loại nhỏ giống hệt nhau mang điện tích q1, q2 với q1 > q2 được đặt tại hai điểm AB thì thấy chúng hút nhau với lực 1,6(N). Sau đó cho hai quả cầu tiếp xúc nhau xong lại đưa hai quả cầu về vị trí cũ thì thấy chúng đẩy nhau với lực 0,9(N). Tính điện tích q1, q2 ? BÀI 9 ( HỌC SINH PHẢI LÀM ): Trong chân không, lần lượt tại ba điểm A, B, C tạo thành tam giác đều cạnh a = 30(cm) đặt 3 điện tích q1, q2, q3 mà q1 q2 q3 6(C) . Tại điểm G ( G là trọng tâm của tam giác ABC ) đặt điện tích q0 5(C) a/ Tính hợp lực tác dụng lên q0 ? b/ Tính hợp lực tác dụng lên q1 ? c/ Tính hợp lực tác dụng lên q3 ? BÀI 10 ( HỌC SINH PHẢI LÀM ): Trong chân không, lần lượt tại ba điểm A, B, C tạo thành tam giác đều cạnh a = 30(cm) đặt 3 điện tích q1, q2, q3 mà q1 q2 q3 6(C) a/ Chứng tỏ rằng đặt mọi điện tích q0 tại điểm G ( G là trọng tâm của tam giác ABC ) thì q0 đều nằm yên. b/ Tìm điện tích q0 đặt vào điểm G ở câu a/ để hợp lực tác dụng vào điện tích q1 bằng không ? 003 - HỌC KÌ 1 Học kì 1 – Vật lí 11: THUYẾT ELECTRON Năm 2021 - 2022 2
3. Vật lí 11: BÀI TẬP HỌC KÌ 1 Chủ đề 03 LỜI GIẢI DÀNH CHO GIÁO VIÊN BÀI TẬP LẦN THỨ 03 – HK1 Thuyết electron và định luật bảo toàn điện tích ( tài liệu gồm 05 trang, từ trang 03 đến trang 07 ) BÀI 1 ( HỌC SINH PHẢI LÀM ): a/ Một vật có số electron nhiều hơn số proton là 4.1021 hạt thì vật đó có điện tích bằng bao nhiêu ? b/ Một vật có số electron ít hơn số proton là 12.1021 hạt thì vật đó có điện tích bằng bao nhiêu ? c/ Một vật mang điện tích 6,4 (nC) thì có số hạt electron nhiều hơn hay ít hơn số hạt proton bao nhiêu hạt ? d/ Một vật mang điện tích -32 (pC) thì có số hạt electron nhiều hơn hay ít hơn số hạt proton bao nhiêu hạt ? LỜI GIẢI : a/ Thừa electron nên mang điện tích âm q 4.1021.( 1,6.10 19 ) 640(C) b/ Thiếu electron nên mang điện tích dương q 12.1021.1,6.10 19 1920(C) q 6,4.10 9 c/ Mang điện tích dương tức thiếu electron : n 4.1010 e 1,6.10 19 q 3,2.10 12 d/ Mang điện tích âm tức thừa electron : n 2.107 e 1,6.10 19 BÀI 2 ( HỌC SINH PHẢI LÀM ): a/ Một hệ cô lập về điện gồm hai vật A, B lần lượt mang điện tích 4(nC) và -8(nC). Cho hai vật lần lượt tiếp xúc nhau và sau tiếp xúc thấy vật A mang điện tích 3(nC) thì vật B mang điện tích bằng bao nhiêu ? Hỏi electron đã di chuyển từ vật nào sang vật nào ? b/ Một hệ cô lập về điện gồm ba vật A, B, C lần lượt mang điện tích 4(nC), 6(nC) và -8(nC). Cho ba vật lần lượt tiếp xúc nhau và sau tiếp xúc thấy vật A, B lần lượt mang điện tích 2(nC) , 4(nC) thì vật C mang điện tích bằng bao nhiêu ? c/ Một hệ cô lập về điện gồm hai vật A và B trung hòa về điện cho cọ xát với nhau và sau cọ xát thấy vật A mang điện tích 32(nC) thì vật B mang điện tích bằng bao nhiêu ? Hỏi electron đã di chuyển từ vật nào sang vật nào ? LỜI GIẢI : a/ q A qB q' A q'B q'B q A qB q' A 4 8 3 7(nC) Độ biến thiên điện tích trên vật A là q' A q A 3 4 1(nC) 0 vậy electron trên A tăng nên electron từ B chuyển sang A a/ q A qB qC q' A q'B q'C q'C q A qB qC q' A q'C 4 6 8 2 4 4(nC) c/ Ban đầu hai vật trung hòa về điện vậy tổng điện tích của hệ bằng 0, sau cọ sát thì q'B q' A 32(nC) , vậy electron đã di chuyển từ A sang B BÀI 3 ( HỌC SINH PHẢI LÀM ): Trong chân không, cho hai quả cầu kim loại nhỏ A, B có cùng khối lượng m1 = m2 = 50(g) mang điện tích lần lượt 4(C) , 6(C) , ban đầu giữ 2 quả cầu nằm yên cách nhau một đoạn 30(cm) sau đó thả quả cầu B ra. Hỏi ngay khi thả quả cầu B thì quả cầu B có gia tốc tức thời có độ lớn bằng bao nhiêu ? Bỏ qua trọng lực tác dụng lên mỗi quả cầu LỜI GIẢI : k q q 9.109 4.10 6.( 6.10 6 ) F 1 2 2,4(N) r 2 0,32 F 2,4 Gia tốc a 48(m / s 2 ) m 0,05 BÀI 4 ( HỌC SINH PHẢI LÀM ): Học kì 1 – Vật lí 11: THUYẾT ELECTRON Năm 2021 - 2022 3
4. Vật lí 11: BÀI TẬP HỌC KÌ 1 Chủ đề 03 Trong chân không, cho hai quả cầu kim loại nhỏ A, B có cùng khối lượng m1 = m2 = 200(g) mang điện tích lần lượt 4(C) , 5(C) , ban đầu giữ 2 quả cầu nằm yên cách nhau một đoạn 30(cm) ( hai quả cầu nằm trên đường thẳng song song với mặt đất ) sau đó thả quả cầu B ra. Hỏi ngay khi thả quả cầu B thì quả cầu B có gia tốc tức thời có độ lớn bằng bao nhiêu ? Lấy g = 10(m/s2) LỜI GIẢI : k q q 9.109 4.10 6.5.10 6 F 1 2 2(N) P mg 0,2.10 2(N) r 2 0,32 2 2 Fhl P F Fhl P F 2 2(N) F 2 2 Gia tốc a 10 2(m / s 2 ) m 0,2 BÀI 5 ( HỌC SINH PHẢI LÀM ): Trong không khí tại hai điểm A, B cách nhau 6(cm) lần lượt đặt hai điện tích q1 2(C) , q2 8(C) a/ Xác định vị trí điểm C để đặt điện tích q3 tại điểm C thì q3 nằm yên ? b/ Xác định điện tích q3 để khi điện tích q3 đặt vào điểm C ở câu a/ thì cả 3 điện tích q1, q2, q3 đều nằm yên ? LỜI GIẢI : a/ q1, q2 cùng dấu nên điểm C phải nẳm trên đoạn AB và nằm giữa A, B mới thỏa mãn đề bài k q q k q q q q 2 8 F F 1 0 2 0 1 2 AC 2(cm) 10 20 AC 2 BC 2 AC 2 (AB AC) 2 AC 2 (6 AC) 2 Vậy BC = 4(cm) b/ q1, q2 cùng dương và để q1 nằm yên thì q0 phải âm k q q k q q q q q q F F 1 0 2 1 0 2 0 2 01 21 AC 2 AB 2 AC 2 AB 2 AC 2 AB 2 AC 2 22 8 q q 8 (C) 0 2 AB 2 62 9 BÀI 6 ( HỌC SINH PHẢI LÀM ): Trong không khí tại hai điểm A, B cách nhau 6(cm) lần lượt đặt hai điện tích q1 2(C) , q2 8(C) a/ Xác định vị trí điểm C để đặt điện tích q3 tại điểm C thì q3 nằm yên ? b/ Xác định điện tích q3 để khi điện tích q3 đặt vào điểm C ở câu a/ thì cả 3 điện tích q1, q2, q3 đều nằm yên ? LỜI GIẢI : a/ q1, q2 trái dấu nên điểm C phải nẳm trên đường thẳng AB và nằm ngoài đoạn AB về phía A do q1 q2 mới thỏa mãn đề bài k q q k q q q q 2 8 F F 1 0 2 0 1 2 AC 6(cm) 10 20 AC 2 BC 2 AC 2 (AB AC) 2 AC 2 (6 AC) 2 Vậy BC = 12 (cm) b/ q1, q2 trái dấuvà để q1 nằm yên thì hai điện tích nằm ngoài phải trái dấu với điện tích nằm giữa nên q0 trái dấu với q1 nên q0 âm k q q k q q q q q q F F 1 0 2 1 0 2 0 2 01 21 AC 2 AB 2 AC 2 AB 2 AC 2 AB 2 AC 2 62 q q 8 8(C) 0 2 AB 2 62 BÀI 7 ( HỌC SINH PHẢI LÀM ): Học kì 1 – Vật lí 11: THUYẾT ELECTRON Năm 2021 - 2022 4
5. Vật lí 11: BÀI TẬP HỌC KÌ 1 Chủ đề 03 Trong chân không có hai điểm A, B cách nhau 30 (cm) và có hai quả cầu kim loại nhỏ giống hệt nhau mang điện tích q1, q2 với q1 > q2 > 0 được đặt tại hai điểm AB thì thấy chúng đẩy nhau với lực 2,4(N). Sau đó cho hai quả cầu tiếp xúc nhau xong lại đưa hai quả cầu về vị trí cũ thì thấy chúng đẩy nhau với lực 2,5(N). Tính điện tích q1, q2 ? LỜI GIẢI : q1q2 11 F1 k q1q2 2,4.10 r 2 2 q q 1 2 q' q' 2 F k 1 2 k q q 10 5 1 r 2 r 2 1 2 2 5 11 6 6 X 10 X 2,4.10 0 X 1 6.10 ; X 2 4.10 6 6 Vậy q1 6.10 (C) ; q2 4.10 (C) BÀI 8 ( HỌC SINH PHẢI LÀM ): Trong chân không có hai điểm A, B cách nhau 30 (cm) và có hai quả cầu kim loại nhỏ giống hệt nhau mang điện tích q1, q2 với q1 > q2 được đặt tại hai điểm AB thì thấy chúng hút nhau với lực 1,6(N). Sau đó cho hai quả cầu tiếp xúc nhau xong lại đưa hai quả cầu về vị trí cũ thì thấy chúng đẩy nhau với lực 0,9(N). Tính điện tích q1, q2 ? LỜI GIẢI : q1q2 11 F1 k q1q2 1,6.10 r 2 2 q q 1 2 q' q' 2 F k 1 2 k q q 6.10 6 1 r 2 r 2 1 2 2 6 11 6 6 Trường hợp 1 : X 6.10 X 1,6.10 0 X 1 8.10 ; X 2 2.10 6 6 Vậy q1 8.10 (C) ; q2 2.10 (C) 2 6 11 6 6 Trường hợp 2 : X 6.10 X 1,6.10 0 X 1 8.10 ; X 2 2.10 6 6 Vậy q1 8.10 (C) ; q2 2.10 (C) BÀI 9 ( HỌC SINH PHẢI LÀM ): Trong chân không, lần lượt tại ba điểm A, B, C tạo thành tam giác đều cạnh a = 30(cm) đặt 3 điện tích q1, q2, q3 mà q1 q2 q3 6(C) . Tại điểm G ( G là trọng tâm của tam giác ABC ) đặt điện tích q0 5(C) a/ Tính hợp lực tác dụng lên q0 ? b/ Tính hợp lực tác dụng lên q1 ? c/ Tính hợp lực tác dụng lên q3 ? LỜI GIẢI : 3 a/ GA a 10 3(cm) 3 k q q Do tính chất đối xứng F F F 1 0 9(N) 10 20 30 GA2 HS tự vẽ vecto F10 là lực hút hướng từ q0 vào q1 HS tự vẽ vecto F20 là lực hút hướng từ q0 vào q2 HS tự vẽ vecto F30 là lực đẩy hướng từ q0 ra xa q3 0 Fx F10 F20 , F10 và F20 tạo với nhau một góc 120 nên 2 2 Fx F10 F20 2F10 F20 cos 9(N) Học kì 1 – Vật lí 11: THUYẾT ELECTRON Năm 2021 - 2022 5
6. Vật lí 11: BÀI TẬP HỌC KÌ 1 Chủ đề 03 k q q Hướng của vecto F tuân theo quy tắc hình bình hành mà F F 1 0 9(N) nên F có x 10 20 GA2 x hướng từ q0 ra xa điểm C và nằm trên đường thẳng CG F0 F10 F20 F30 Fx F30 , do Fx và F30 cùng hướng nên F0 = Fx + F0 = 9 + 9 = 18(N) F0 có hướng từ q0 ra xa q3 k q q b/ Do tính chất đối xứng F F F F 1 2 3,6(N) 21 31 13 23 AB 2 k q q Do tính chất đối xứng F F 1 0 9(N) 01 03 GA2 HS tự vẽ vecto F21 là lực đẩy hướng từ q1 ra xa q2 HS tự vẽ vecto F31 là lực hút hướng từ q1 vào q3 HS tự vẽ vecto F01 là lực hút hướng từ q1 vào q0 0 Fx F21 F31 , F21 và F31 tạo với nhau một góc 120 nên 2 2 Fx F21 F31 2F21F31 cos 3,6(N) Hướng của vecto Fx tuân theo quy tắc hình bình hành mà F21 F31 3,6(N) nên Fx nằm trên đường phân giác ngoài góc A F1 F21 F31 F01 Fx F01 , do Fx và F01 vuông góc nên 2 2 2 2 F1 Fx F01 3,6 9 9,69(N) , F1 có hướng tuân theo quy tắc hình bình hành c/ HS tự vẽ vecto F13 là lực hút hướng từ q3 vào q1 HS tự vẽ vecto F23 là lực hút hướng từ q3 vào q1 HS tự vẽ vecto F03 là lực đẩy hướng từ q3 ra xa q0 0 Fx F13 F23 , F21 và F31 tạo với nhau một góc 60 nên 2 2 Fx F13 F23 2F13 F23 cos 3,6 3(N) Hướng của vecto Fx tuân theo quy tắc hình bình hành mà F21 F31 3,6(N) nên Fx nằm trên đường phân giác trong góc A F3 F13 F23 F03 Fx F03 , do Fx và F03 ngược hướng nên F3 = F03 - Fx = 9 – 6,24 = 2,76(N) F1 có hướng từ q3 ra xa q0 BÀI 10 ( HỌC SINH PHẢI LÀM ): Trong chân không, lần lượt tại ba điểm A, B, C tạo thành tam giác đều cạnh a = 30(cm) đặt 3 điện tích q1, q2, q3 mà q1 q2 q3 6(C) a/ Chứng tỏ rằng đặt mọi điện tích q0 tại điểm G ( G là trọng tâm của tam giác ABC ) thì q0 đều nằm yên. b/ Tìm điện tích q0 đặt vào điểm G ở câu a/ để hợp lực tác dụng vào điện tích q1 bằng không ? LỜI GIẢI : 3 a/ GA a 10 3(cm) 3 k q q Do tính chất đối xứng F F F 1 0 1,8.106 q (N) 10 20 30 GA2 0 Học kì 1 – Vật lí 11: THUYẾT ELECTRON Năm 2021 - 2022 6
7. Vật lí 11: BÀI TẬP HỌC KÌ 1 Chủ đề 03 0 Fx F10 F20 , F10 và F20 tạo với nhau một góc 120 nên 2 2 6 Fx F10 F20 2F10 F20 cos 1,8.10 q0 (N) Hướng của vecto Fx tuân theo quy tắc hình bình hành mà k q1q0 6 F10 F20 1,8.10 q0 (N) nên F có nằm trên đường thẳng CG và ngược hướng GA2 x với F30 F0 F10 F20 F30 Fx F30 , do Fx và F30 ngược hướng nên 6 6 F0 F10 F30 1,8.10 q0 1,8.10 q0 0, vậy q0 nằm yên. k q q b/ Do tính chất đối xứng F F 1 2 3,6(N) 21 31 AB 2 6 F01 1,8.10 q0 (N) HS tự vẽ vecto F21 là lực đẩy hướng từ q1 ra xa q2 HS tự vẽ vecto F31 là lực đẩy hướng từ q1 ra xa q3 0 Fx F21 F31 , F21 và F31 tạo với nhau một góc 60 nên 2 2 Fx F21 F31 2F21F31 cos 3,6 3(N) Hướng của vecto Fx tuân theo quy tắc hình bình hành mà F21 F31 3,6(N) nên Fx nằm trên đường phân giác trong góc A, để q1 nằm yên thì F01 phải cân bằng với Fx nên hướng của F01 từ q1 vào q0, suy ra F01 là lực hút nên q0 trái dấu q1, vậy q0 < 0 F1 F21 F31 F01 0 F01 Fx 0 F01 Fx F01 Fx 6 6 6 F01 Fx 1,8.10 q0 3,6 3 q0 2 3.10 (C) q0 2 3.10 (C) 003 - HỌC KÌ 1 Học kì 1 – Vật lí 11: THUYẾT ELECTRON Năm 2021 - 2022 7