Điện tích điểm là gì? Tương tác lực giữa các điện tích điểm

Buzz

Nội dung bài viết

1. Khái niệm về điện tích điểm

2. Lực tương tác giữa hai điện tích điểm

2.1. Khái niệm

2.2. Tính chất của hai điện tích điểm

2.3. Công thức tính lực tương tác giữa hai điện tích điểm

2.4. Biểu diễn lực tương tác giữa hai điện tích điểm đứng yên

3. So sánh định luật Culong với định luật vạn vật hấp dẫn

4. Một số bài tập áp dụng

Xem thêm

Điện tích điểm và tương tác lực giữa các điện tích điểm là các khái niệm cơ bản trong chương trình Vật Lí lớp 11. Hãy cùng Mytour khám phá chi tiết về chủ đề này trong bài viết dưới đây.

1. Khái niệm về điện tích điểm

Theo Sách giáo khoa Vật lý lớp 11, Điện tích điểm là một khái niệm mô tả điện tích được tập trung tại một điểm duy nhất.

Nếu kích thước của vật tích điện rất nhỏ so với khoảng cách tới điểm quan sát, ta có thể xem vật tích điện đó như một điện tích điểm.

2. Lực tương tác giữa hai điện tích điểm

2.1. Khái niệm

Theo định lý Culong, lực tương tác giữa hai điện tích điểm được mô tả như sau:

Lực hút hoặc đẩy giữa hai điện tích điểm trong chân không có hướng trùng với đường nối giữa chúng, với cường độ tỷ lệ thuận với tích của độ lớn hai điện tích và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

2.2. Tính chất của hai điện tích điểm

- Nếu hai điện tích có cùng độ lớn thì: |q1| = |q2|

- Nếu hai điện tích có cùng độ lớn nhưng trái dấu thì: q1 = -q2

- Nếu hai điện tích hoàn toàn giống nhau thì: q1 = q2

- Nếu hai điện tích cùng dấu: q1q2 > 0 → |q1q2| = q1q2

- Nếu hai điện tích trái dấu: q1q2 < 0 → |q1q2| = -q1q2

Việc áp dụng đặc điểm này rất quan trọng để tính toán và biểu diễn lực tương tác giữa hai điện tích điểm. Ví dụ, chúng ta sử dụng hệ thức của định luật Culong để xác định |q1.q2|, sau đó tùy vào yêu cầu của bài toán, có thể tìm giá trị của q1 và q2. Nếu chỉ cần tính độ lớn thì chỉ cần xác định |q1| và |q2|

2.3. Công thức tính lực tương tác giữa hai điện tích điểm

Áp dụng cho các trường hợp sau:

- Các điện tích là các điện tích điểm.

- Các quả cầu đồng chất và tích điện đều, trong trường hợp này khoảng cách r được coi là khoảng cách giữa hai tâm của các quả cầu.

Công thức tính lực tương tác giữa hai điện tích điểm được mô tả theo định luật Culong như sau:

$F=k.\frac{\left | q_{1}.q_{2} \right |}{\xi .r^{2}}$

Cụ thể như sau:

$k=9.10^{9}.\frac{N.m^{2}}{C^{2}}$

- q1 và q2 là các điện tích (C);

- r: là khoảng cách giữa hai điện tích (m).

- ε: hằng số điện môi của môi trường (ε ≥ 1)

Điện môi là môi trường cách điện. Hằng số điện môi cho biết lực tác dụng giữa các điện tích trong môi trường đó giảm bao nhiêu lần so với khi chúng ở trong chân không. Cụ thể, trong điện môi, lực tương tác giữa hai điện tích điểm giảm đi ε lần so với trong chân không.

Danh sách hằng số điện môi của một số chất:

Công thức tính lực tương tác giữa hai điện tích điểm

Chú ý:

- Trong môi trường chân không, ε = 1 hoặc trong không khí, ε xấp xỉ 1

- Các đơn vị phổ biến:

1pC = 10^(-12) C; 1nC = 10^(-9) C; 1μC = 10^(-6) C; 1mC = 10^(-3) C

Thông tin mở rộng

Khi biết độ lớn của hai điện tích và tổng độ lớn của chúng, có thể áp dụng hệ thức Vi-ét:

Nếu q1 + q2 = S và q1.q2 = P thì q1^2 – Sq1 + P = 0.

2.4. Biểu diễn lực tương tác giữa hai điện tích điểm đứng yên

Lực tương tác giữa hai điện tích điểm đứng yên được thể hiện dưới dạng hai vector với các đặc điểm sau:

- Điểm đặt của vector: Tại điện tích đang được xét.

- Phương của vector: Đặt trên đường thẳng nối hai điện tích điểm.

- Chiều của vector: Nếu hai điện tích cùng dấu thì chúng đẩy nhau, còn nếu khác dấu thì chúng hút nhau.

Điện tích điểm là gì? Lực tương tác giữa hai điện tích điểm

3. So sánh định luật Culong với định luật vạn vật hấp dẫn

Định luật

Culong

Vạn vật hấp dẫn

Giống nhau

- Lực Culông tỉ lệ với tích các giá trị tuyệt đối của hai điện tích, lực hấp dẫn tỉ lệ với tích hai khối lượng của hai vật tương tác với nhau;

- Lực Cu-lông tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa hai điện tích, lực hấp dẫn tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa hai vật mang khối lượng

Khác nhau

Lực Cu - lông có cả lực hút và lực đẩy

Lực hấp dần chỉ có lực hút

4. Một số bài tập áp dụng

Bài tập 1: Hai điện tích điểm q1 = 2.10^(-8) C và q2 = -10^(-8) C được đặt cách nhau 20 cm trong không khí. Tính lực tương tác giữa chúng.

Hướng dẫn giải:

Lực tương tác giữa hai điện tích điểm q1 và q2 được biểu diễn bằng hai vector là F→12 và F→21, có các đặc điểm:

- Phương của vector là đường thẳng nối hai điện tích điểm.

- Chiều của vector thể hiện lực hút giữa hai điện tích.

- Độ lớn lực:

= 4,5.10^(-5) N.

Bài tập 2: Trong trường hợp nào dưới đây có thể coi các vật nhiễm điện là điện tích điểm?

A. Hai thanh nhựa đặt gần nhau.

B. Một thanh nhựa và một quả cầu đặt gần nhau.

C. Hai quả cầu nhỏ đặt cách xa nhau.

D. Hai quả cầu lớn đặt gần nhau.

Hướng dẫn giải:

Đáp án đúng là: C.

Vì định luật Culong áp dụng cho các quả cầu có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng.

Bài tập 3: Hai điện tích điểm đứng yên trong không khí, cách nhau một khoảng r, tác dụng lực có độ lớn F. Nếu đưa chúng vào dầu hoả với hằng số điện môi ε = 2 và giảm khoảng cách giữa chúng còn r/3, thì độ lớn lực tương tác sẽ là: A. 18F B. 1,5F C. 6F D. 4,5F

Hướng dẫn giải:

- Trong không khí, ε = 1, nên theo công thức: F = k. |q1.q2|/(r^2)

- Khi đặt hai điện tích vào dầu với ε = 2 và r' = r/3

=> Đáp án chính xác là: D

Bài tập 4: Hai quả cầu nhỏ có điện tích 10^(-7) C và 4.10^(-7) C, tương tác với nhau bằng một lực 0,1 N trong chân không. Khoảng cách giữa chúng là: A. r = 0,6 cm B. r = 0,6 m C. r = 6 m D. r = 6 cm

Trong chân không: ⇒ ε = 1

Bài tập 5: Nếu đồng thời tăng gấp đôi độ lớn của hai điện tích điểm và khoảng cách giữa chúng, thì lực tương tác giữa chúng sẽ:

A. Tăng gấp đôi

B. Giảm một nửa

C. Giảm một phần mười

D. Không thay đổi.

Hướng dẫn giải:

Đáp án đúng là: D.

Bài tập 6: Không thể xác định hằng số điện môi của chất nào dưới đây?

A. Không khí khô

B. Nước tinh khiết

C. Thủy tinh

D. Đồng

Hướng dẫn giải:

Đáp án là D.

Hằng số điện môi chỉ áp dụng cho chất cách điện, vì vậy không thể xác định hằng số điện môi của chất dẫn điện.

Không khí khô, nước tinh khiết, và thủy tinh đều là chất cách điện, trong khi đồng là chất dẫn điện.

Do đó, không thể xác định hằng số điện môi của đồng.

Bài tập 7: Lực tương tác giữa hai điện tích điểm đứng yên trong không khí sẽ thay đổi như thế nào nếu đặt một tấm nhựa vào khoảng giữa chúng?

A. Phương, chiều không thay đổi, độ lớn giữ nguyên

B. Phương, chiều không đổi, độ lớn giảm đi

C. Phương thay đổi theo hướng của tấm nhựa, chiều, độ lớn không thay đổi

D. Phương, chiều không thay đổi, độ lớn tăng lên.

Hướng dẫn giải: Chọn đáp án B

Bài tập 8: Độ lớn của lực tương tác giữa hai điện tích điểm trong không khí

A. Tỉ lệ thuận với bình phương khoảng cách giữa hai điện tích.

B. Tỉ lệ thuận với khoảng cách giữa hai điện tích.

C. Tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa hai điện tích.

D. Tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa hai điện tích.

Hướng dẫn giải: Chọn đáp án C

Bài tập 9: Có bốn vật nhỏ A, B, C, D, đều nhiễm điện. Biết rằng vật A hút vật B nhưng đẩy vật C, và vật C hút vật D. Khẳng định nào dưới đây là không đúng?

A. Điện tích của vật A và D có dấu trái ngược. B. Điện tích của vật A và D có dấu giống nhau.

C. Điện tích của vật B và D có dấu giống nhau. D. Điện tích của vật A và C có dấu giống nhau.

Hướng dẫn giải: Chọn đáp án B

Vì vật A hút vật B, giả sử vật A có điện tích (+) và vật B có điện tích (-)

Vì vật A đẩy vật C, nên vật C có điện tích (+)

Vì vật C hút vật D, nên vật D có điện tích (-)

Do đó, điện tích của vật A và D trái dấu, không cùng dấu, vì vậy đáp án B là sai

Bài tập 10: Hai điện tích điểm đặt trong không khí cách nhau 30cm có lực tương tác tĩnh là F. Nếu đặt chúng vào dầu có hằng số điện môi là 2,25, để lực tương tác vẫn là F thì khoảng cách giữa các điện tích sẽ là:

A. 20cm B. 10cm C. 25cm D. 15cm

Hướng dẫn giải:

Áp dụng định luật Culong:

Điện tích điểm là gì? Lực tương tác giữa hai điện tích điểm là như thế nào?

Vậy đáp án đúng là A. 20 cm

Bài tập 11: Có hai điện tích dương q1 và q2 cùng mang một độ lớn được đặt tại hai điểm A và B. Hệ ba điện tích này đang ở trạng thái cân bằng trong môi trường chân không. Xem nhẹ trọng lượng của các điện tích. Hãy chọn kết luận đúng.

A. qo là điện tích dương

B. qo là điện tích âm

C. qo có thể là điện tích âm hoặc điện tích dương

D. qo phải bằng 0

Giải thích: Bỏ qua trọng lượng của ba điện tích. Vì hai điện tích dương có cùng độ lớn được đặt tại hai điểm A và B, và qo đặt tại trung điểm của AB nên qo luôn cân bằng do chịu tác dụng của hai lực cùng hướng, nhưng ngược chiều từ hai điện tích q1 và q2. Để điện tích q1 tại A được cân bằng, lực tác dụng của qo lên q1 phải đối trọng với lực tác dụng của q2 lên q1, tức là ngược chiều với lực từ q2 lên q1. Do đó, qo phải là điện tích âm.

Do đó, chúng ta chọn đáp án B.

Bài tập 12: Hai điện tích q1 và q2 đặt gần nhau trong chân không với lực tương tác là F. Nếu đặt một điện tích q3 trên đường nối q1 và q2, và ở ngoài q2, thì lực tương tác giữa q1 và q2 sẽ có đặc điểm là:

A. F’ > F nếu

B. F’ < F nếu

Đáp án đúng là D

$F=k.\frac{\left | q_{1}.q_{2} \right |}{\xi .r^{2}}$

Bài tập 13: Hai điện tích điểm đặt gần nhau trong không khí có lực tương tác là F. Nếu giảm khoảng cách giữa chúng còn một nửa và chuyển vào môi trường điện môi với hằng số điện môi ɛ = 3, lực tương tác sẽ là:

A. 2F/3

B. 4F/3

C. 3F/2

D. 3F/4

Hướng dẫn giải bài toán:

Lựa chọn đáp án B

$F=k.\frac{\left | q_{1}.q_{2} \right |}{\xi .r^{2}}$

Bài tập 14: Hai điện tích điểm q1 = +3 (μC) và q2 = -3 (μC), đặt trong dầu với hằng số điện môi ɛ = 2, cách nhau một khoảng r = 3 (cm). Lực tương tác giữa hai điện tích này là:

A. lực hút với độ lớn F = 45 (N). B. lực đẩy với độ lớn F = 45 (N).

C. lực hút với độ lớn F = 90 (N). D. lực đẩy với độ lớn F = 90 (N).

Hướng dẫn giải bài toán:

$F=k.\frac{\left | q_{1}.q_{2} \right |}{\xi .r^{2}}$

Chúng ta chọn đáp án A.

Bài tập 15: Xem xét các yếu tố sau:

I. Độ lớn của các điện tích

II. Dấu của các điện tích

III. Tính chất của điện môi

IV. Khoảng cách giữa hai điện tích

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ lớn của lực tương tác giữa hai điện tích điểm khi đứng yên trong môi trường điện môi đồng chất là gì?

A. II và III B. I, II và III

C. III và IV D. Tất cả bốn yếu tố

Hướng dẫn giải bài toán:

Lựa chọn đáp án C

Trên đây là cái nhìn tổng quan của Mytour về Điện tích điểm và lực tương tác giữa hai điện tích điểm. Hy vọng kiến thức này sẽ hỗ trợ bạn đọc và các bạn học sinh trong việc ôn tập và ứng dụng vào thực tiễn. Cảm ơn bạn đã theo dõi. Mong nhận được sự ủng hộ cho các bài viết học thuật tiếp theo của Mytour.

Nội dung được phát triển bởi đội ngũ Mytour với mục đích chăm sóc khách hàng và chỉ dành cho khích lệ tinh thần trải nghiệm du lịch, chúng tôi không chịu trách nhiệm và không đưa ra lời khuyên cho mục đích khác.

Nếu bạn thấy bài viết này không phù hợp hoặc sai sót xin vui lòng liên hệ với chúng tôi qua email [email protected]

Các câu hỏi thường gặp

Điện tích điểm là gì và có ý nghĩa như thế nào trong vật lý?

Điện tích điểm là khái niệm mô tả một điện tích tập trung tại một điểm duy nhất, có thể xem như rất nhỏ so với khoảng cách tới điểm quan sát. Khái niệm này giúp đơn giản hóa việc phân tích lực tương tác giữa các điện tích trong các bài toán vật lý.

Lực tương tác giữa hai điện tích điểm được xác định như thế nào theo định luật Culong?

Theo định luật Culong, lực tương tác giữa hai điện tích điểm tỉ lệ thuận với tích của độ lớn hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Công thức này cho phép tính toán lực hút hoặc đẩy giữa các điện tích trong chân không.

Có những tính chất nào của hai điện tích điểm cần lưu ý khi tính toán lực tương tác?

Các tính chất quan trọng của hai điện tích bao gồm độ lớn và dấu của chúng. Nếu hai điện tích có cùng dấu, chúng sẽ đẩy nhau, còn nếu khác dấu, chúng sẽ hút nhau. Điều này rất quan trọng để xác định đúng phương và chiều của lực tương tác.

Cách tính lực tương tác giữa hai điện tích điểm trong môi trường điện môi như thế nào?

Khi tính lực tương tác giữa hai điện tích điểm trong môi trường điện môi, cần áp dụng hằng số điện môi vào công thức lực. Lực sẽ giảm đi theo tỷ lệ với hằng số điện môi so với trường hợp trong chân không, giúp điều chỉnh độ lớn lực tương tác.

So sánh định luật Culong với định luật vạn vật hấp dẫn có điểm gì tương đồng và khác biệt?

Cả hai định luật đều tỉ lệ với tích của các giá trị (điện tích và khối lượng) và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. Tuy nhiên, lực Culong có cả lực hút và lực đẩy, trong khi lực hấp dẫn chỉ có lực hút.

Khi nào có thể coi các vật nhiễm điện như điện tích điểm trong bài toán?

Có thể coi các vật nhiễm điện như điện tích điểm khi kích thước của chúng rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng. Điều này thường áp dụng cho các quả cầu nhỏ cách xa nhau, giúp đơn giản hóa tính toán trong vật lý.

Các yếu tố nào ảnh hưởng đến độ lớn của lực tương tác giữa hai điện tích điểm?

Độ lớn của lực tương tác giữa hai điện tích điểm phụ thuộc vào độ lớn và dấu của các điện tích, khoảng cách giữa chúng, và tính chất của môi trường xung quanh, đặc biệt là hằng số điện môi của chất đó.