Định luật Cu Lông là một trong những kiến thức nền tảng của vật lý lớp 11, đặc biệt là trong lĩnh vực điện tích và trường tĩnh điện. Việc nắm vững định luật này không chỉ giúp bạn đạt điểm cao trong các bài kiểm tra mà còn tạo tiền đề vững chắc cho việc học tập các kiến thức nâng cao ở bậc học cao hơn. Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn những bài tập về định luật Cu Lông lớp 11 từ cơ bản đến nâng cao, giúp bạn tự tin chinh phục kiến thức vật lý.
Lực Tương Tác Giữa Hai Điện Tích Điểm
Định luật Cu Lông là gì?
Định luật Cu Lông, được phát biểu bởi nhà vật lý người Pháp Charles-Augustin de Coulomb vào năm 1785, là một định luật vật lý cơ bản mô tả lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm. Nội dung định luật như sau:
“Lực tương tác giữa hai điện tích điểm có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm đó, có chiều là lực hút nếu hai điện tích trái dấu và lực đẩy nếu hai điện tích cùng dấu, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.”
Công thức biểu diễn định luật Cu Lông:
F = k.|q1.q2|/r^2
Trong đó:
- F là độ lớn của lực tương tác tĩnh điện (N)
- k là hằng số tỉ lệ, trong chân không có giá trị là 9.10^9 (N.m^2/C^2)
- q1, q2 là độ lớn của hai điện tích điểm (C)
- r là khoảng cách giữa hai điện tích điểm (m)
Bài tập cơ bản
Bài tập 1: Hai điện tích điểm q1 = +2.10^-6 C và q2 = -4.10^-6 C đặt cách nhau một khoảng r = 10 cm trong chân không.
a) Tính độ lớn lực tương tác giữa hai điện tích.
b) Xác định phương, chiều và điểm đặt của lực tác dụng lên điện tích q1.
Lời giải:
a) Áp dụng công thức định luật Cu Lông, ta có:
F = k.|q1.q2|/r^2 = 9.10^9.|2.10^-6.(-4.10^-6)|/(0.1)^2 = 7.2 N
b) Lực tương tác giữa hai điện tích là lực hút vì q1 và q2 trái dấu. Phương của lực trùng với đường thẳng nối hai điện tích, chiều hướng từ q1 đến q2. Điểm đặt của lực tác dụng lên điện tích q1 là tại vị trí của điện tích q1.
Bài tập 2: Hai quả cầu nhỏ giống nhau, mỗi quả cầu mang điện tích q, được treo bằng hai sợi dây mảnh, cách điện có cùng chiều dài l. Khi cân bằng, hai sợi dây hợp với nhau một góc α.
a) Biểu diễn lực căng dây T theo q, l, α và các hằng số đã biết.
b) Tính α nếu q = 5.10^-8 C, l = 10 cm, khối lượng mỗi quả cầu là m = 10 g.
Lời giải:
a) Phân tích lực tác dụng lên một quả cầu, ta có:
- Trọng lực P = mg
- Lực căng dây T
- Lực tương tác tĩnh điện F = k.q^2/(2lsin(α/2))^2
Lực tương tác tĩnh điện
Khi quả cầu cân bằng, ta có:
Tsin(α/2) = F
Tcos(α/2) = P
Chia hai vế của hai phương trình trên, ta được:
tan(α/2) = F/P = (k.q^2/(2lsin(α/2))^2)/(mg)
Từ đó suy ra:
T = mg/cos(α/2)
b) Thay số vào biểu thức trên, ta tính được α ≈ 2.9 độ.
Bài tập nâng cao
Bài tập 3: Ba điện tích điểm q1 = q2 = q3 = 10^-8 C được đặt tại ba đỉnh của một tam giác đều cạnh a = 20 cm. Xác định cường độ điện trường tại:
a) Trọng tâm G của tam giác.
b) Trung điểm M của cạnh BC.
Lời giải:
Cường độ điện trường
a) Cường độ điện trường tại trọng tâm G là tổng hợp véc-tơ cường độ điện trường do ba điện tích q1, q2, q3 gây ra. Vì G là trọng tâm tam giác đều nên cường độ điện trường do ba điện tích này gây ra tại G sẽ triệt tiêu nhau.
Vậy, cường độ điện trường tại trọng tâm G bằng 0.
b) Cường độ điện trường tại M là tổng hợp véc-tơ cường độ điện trường do ba điện tích q1, q2, q3 gây ra.
Ta có:
EM = E1 + E2 + E3
Với:
- E1 = E2 = k.q/((a√3)/2)^2 = 4kq/(3a^2)
- E3 = k.q/(a/2)^2 = 4kq/a^2
Do tính chất đối xứng, ta có E1 và E2 hợp với nhau một góc 120 độ, và E12 = E1 = E2.
Vậy,
EM = √(E12^2 + E3^2 + 2.E12.E3.cos(60)) = √(3.E1^2 + E3^2 + 2.E1.E3)
Thay số, ta tính được EM ≈ 5.8.10^3 V/m.
Kết luận
Bài viết đã cung cấp cho bạn những bài tập về định luật Cu Lông lớp 11 từ cơ bản đến nâng cao, giúp bạn luyện tập và củng cố kiến thức về lực tương tác tĩnh điện giữa các điện tích điểm. Hãy nhớ rằng, việc làm bài tập thường xuyên là cách tốt nhất để nắm vững kiến thức và đạt điểm cao trong các bài kiểm tra. Chúc bạn học tập hiệu quả!
FAQ
Câu hỏi 1: Ngoài chân không, định luật Cu Lông còn áp dụng cho môi trường nào khác?
Trả lời: Định luật Cu Lông áp dụng cho lực tương tác giữa các điện tích điểm trong chân không và trong môi trường điện môi đồng tính, đẳng hướng.
Câu hỏi 2: Làm thế nào để xác định dấu của lực tương tác giữa hai điện tích điểm?
Trả lời: Nếu hai điện tích cùng dấu thì lực tương tác là lực đẩy, nếu hai điện tích trái dấu thì lực tương tác là lực hút.
Câu hỏi 3: Hằng số k trong định luật Cu Lông có ý nghĩa gì?
Trả lời: Hằng số k là hằng số tỉ lệ, thể hiện độ mạnh yếu của lực tương tác tĩnh điện, phụ thuộc vào môi trường xung quanh hai điện tích.
Bạn cần hỗ trợ?
Liên hệ ngay 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.
