Định luật Cu Lông là một trong những khái niệm nền tảng trong điện học, mô tả lực tương tác giữa các điện tích điểm. Việc hiểu rõ định luật này và cách áp dụng nó vào giải các bài tập vật lý là rất quan trọng để nắm vững kiến thức về điện trường và các hiện tượng liên quan.
Các Bài Tập Vật Lý Định Luật Cu Lông Cơ Bản
Để bắt đầu, chúng ta sẽ tìm hiểu cách áp dụng định luật Cu Lông vào các bài tập đơn giản, liên quan đến lực tương tác giữa hai điện tích điểm.
Ví dụ 1: Hai điện tích điểm q1 = +2 μC và q2 = -4 μC đặt cách nhau một khoảng r = 3 cm trong chân không. Tính lực tương tác giữa hai điện tích này.
Giải:
-
Xác định các đại lượng đã biết:
- q1 = +2 μC = 2.10^-6 C
- q2 = -4 μC = -4.10^-6 C
- r = 3 cm = 0.03 m
- k = 9.10^9 Nm^2/C^2 (hằng số điện môi trong chân không)
-
Áp dụng công thức định luật Cu Lông:
- F = k.|q1.q2|/r^2 = 9.10^9.|2.10^-6.(-4).10^-6|/(0.03)^2 = 80 N
-
Kết luận: Lực tương tác giữa hai điện tích là lực hút, có độ lớn 80 N.
Ví dụ 2: Một quả cầu nhỏ mang điện tích q1 = +5 μC được treo bằng một sợi dây mảnh, nhẹ. Đưa một quả cầu thứ hai mang điện tích q2 = -3 μC lại gần quả cầu thứ nhất, chúng đẩy nhau và dây treo quả cầu thứ nhất lệch đi một góc α = 30° so với phương thẳng đứng. Biết khối lượng quả cầu thứ nhất là m = 10 g. Tính khoảng cách giữa hai quả cầu khi đó.
Giải:
-
Phân tích lực tác dụng lên quả cầu thứ nhất:
- Trọng lực P = mg
- Lực điện F
- Lực căng dây T
-
Thiết lập phương trình cân bằng lực:
- Theo phương ngang: F = T.sinα
- Theo phương thẳng đứng: P = T.cosα
-
Áp dụng định luật Cu Lông:
- F = k.|q1.q2|/r^2
-
Giải hệ phương trình:
- Từ các phương trình trên, ta có: tanα = F/P = (k.|q1.q2|/r^2)/(mg)
- Suy ra: r = sqrt(k.|q1.q2|/(mg.tanα)) = sqrt(9.10^9.|5.10^-6.(-3).10^-6|/((10.10^-3).9.8.tan30°)) ≈ 0.04 m
-
Kết luận: Khoảng cách giữa hai quả cầu khi đó là khoảng 4 cm.
Bài Tập Vật Lý Định Luật Cu Lông Nâng Cao
Bên cạnh các bài tập cơ bản, chúng ta cũng có thể gặp các bài tập phức tạp hơn, đòi hỏi kết hợp định luật Cu Lông với các kiến thức khác trong chương trình vật lý 11.
Ví dụ 3: Ba điện tích điểm q1 = q2 = +q và q3 = -2q được đặt tại ba đỉnh A, B, C của một tam giác đều cạnh a. Xác định lực tác dụng lên điện tích q3.
Giải:
-
Phân tích lực tác dụng lên điện tích q3:
- Lực điện do q1 tác dụng lên q3: F13
- Lực điện do q2 tác dụng lên q3: F23
-
Tính độ lớn các lực:
- F13 = F23 = k.|q.(-2q)|/a^2 = 2kq^2/a^2
-
Xác định hướng của các lực:
- F13 hướng từ C đến A
- F23 hướng từ C đến B
-
Tổng hợp lực:
- Do tam giác ABC đều nên góc giữa F13 và F23 là 120°
- Áp dụng quy tắc hình bình hành, ta có: F = sqrt(F13^2 + F23^2 + 2.F13.F23.cos120°) = sqrt(3).kq^2/a^2
-
Kết luận: Lực tác dụng lên điện tích q3 có độ lớn sqrt(3).kq^2/a^2, hướng dọc theo đường phân giác của góc ACB, hướng ra xa tam giác ABC.
Kết Luận
Bài viết đã cung cấp một cái nhìn tổng quan về cách giải các Bài Tập Vật Lý định Luật Cu Lông, từ cơ bản đến nâng cao. Việc thường xuyên luyện tập giải các dạng bài tập này sẽ giúp bạn nắm vững kiến thức về định luật Cu Lông và nâng cao khả năng giải quyết các vấn đề liên quan đến điện trường.
Bạn cần hỗ trợ?
Liên hệ với chúng tôi:
- Số Điện Thoại: 0936238633
- Email: [email protected]
- Địa chỉ: 408 An Tiêm, Hà Khẩu, Hạ Long, Quảng Ninh, Việt Nam.
Chúng tôi có đội ngũ chăm sóc khách hàng 24/7.