Giải SGK Vật lí 11 KNTT Bài 17. Khái niệm điện trường có đáp án

1. Không phải không khí đã truyền tương tác điện từ điện tích Q tới điện tích q. Mà do xung quanh điện tích Q có điện trường, khi điện tích q đặt trong điện trường đó sẽ chịu lực điện do điện trường của Q gây ra.

2. Để phát hiện điện trường ta dùng điện tích thử, đặt vào trong vùng nghi có điện trường, nếu có sự tương tác chứng tỏ xung quanh đó có điện trường.

Độ lớn cường độ điện trường tại 1 điểm: $E=k\frac{|Q|}{{r}^{2}}$

Lực điện tác dụng lên một đơn vị điện tích đặt tại điểm đó: $E=\frac{F}{q}=\frac{k\frac{|Q.q|}{{r}^{2}}}{q}=k\frac{|Q|}{{r}^{2}}$

Chứng tỏ: Độ lớn cường độ điện trường tại một điểm bằng độ lớn của lực điện tác dụng lên một đơn vị điện tích đặt tại điểm đó.

a) Phương của cường độ điện trường này trùng với đường nối của điện tích với điểm đang xét.

Chiều của cường độ điện trường hướng ra xa điện tích (do Q là điện tích dương).

Độ lớn cường độ điện trường do điện tích Q gây ra tại một điểm cách nó các khoảng

1 cm: $E=\frac{|Q|}{4π{ε}_{0}{r}^{2}}=\frac{|{6.10}^{-13}|}{4π{.8{,}85.10}^{-12}{.0{,}01}^{2}}\approx 54\ V/m$

2 cm: $E=\frac{|Q|}{4π{ε}_{0}{r}^{2}}=\frac{|{6.10}^{-13}|}{4π{.8{,}85.10}^{-12}{.0{,}02}^{2}}\approx 13{,}5\ V/m$

3 cm: $E=\frac{|Q|}{4π{ε}_{0}{r}^{2}}=\frac{|{6.10}^{-13}|}{4π{.8{,}85.10}^{-12}{.0{,}03}^{2}}\approx 6\ V/m$

b) Càng gần điện tích thì cường độ điện trường càng mạnh, càng xa điện tích thì cường độ điện trường càng yếu. Phù hợp với công thức thể hiện mối quan hệ giữa cường độ điện trường và khoảng cách từ điện tích đến điểm xét: độ lớn cường độ điện trường tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ điện tích đến điểm xét.

c) Cường độ điện trường do một điện tích điểm dương gây ra có:

- Phương: trùng với đường nối của điện tích với điểm đang xét.

- Chiều: hướng ra xa điện tích.

- Độ lớn: tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ điện tích điểm đó đến điểm xét.

Do điện tích Q1 và Q2 là trái dấu nên để cường độ điện trường tại M bằng 0 thì điểm M phải nằm ngoài đoạn nối AB.

Vì Q2 có điện tích nhỏ hơn Q1 nên M nằm gần B hơn.

Cường độ điện trường tại M bằng 0 nên

${E}_{A}={E}_{B}\Leftrightarrow \frac{|{Q}_{1}|}{4π{ε}_{0}A{M}^{2}}=\frac{|{Q}_{2}|}{4π{ε}_{0}M{B}^{2}}\Leftrightarrow \frac{|{6.10}^{-8}|}{{(AB+MB)}^{2}}=\frac{|-{2.10}^{-8}|}{M{B}^{2}}$

$\Leftrightarrow \frac{|{6.10}^{-8}|}{{(0{,}03+MB)}^{2}}=\frac{|-{2.10}^{-8}|}{M{B}^{2}}\Leftrightarrow [\begin{matrix}MB\approx 0{,}04\ m \\ MB\approx -0{,}01(loai)\end{matrix}$

Kết luận: Điểm M cần tìm nằm ngoài đoạn nối AB và cách B một khoảng 4 cm

Lực điện của Trái Đất tác dụng lên hạt bụi mịn có độ lớn:

F = q.E = 1,6.10-19 . 120 = 1,92.10-17 N

Hạt bụi mang điện tích dương chịu tác dụng của điện trường Trái Đất có phương thẳng đứng hướng xuống dưới (do ngay sát bề mặt Trái Đất luôn có một điện trường có phương thẳng đứng, hướng từ trên xuống dưới và cường độ cỡ 100 V/m đến 200 V/m), nên đó là lí do vì sao hạt bụi loại này thường lơ lửng trong không khí.

a) Ở những vùng có điện trường mạnh hơn tức là ở gần điện tích hơn – các đường sức điện sẽ mau hơn (dày hơn).

b) Ở những vùng có điện trường yếu hơn tức là ở xa điện tích hơn – các đường sức điện sẽ thưa hơn.

c)

- Ở điện trường có một điện tích:

+ Điện tích dương: Các đường sức điện đi từ điện tích dương ra vô cực.

+ Điện tích âm: Các đường sức điện đi từ vô cực đến điện tích âm.

- Ở điện trường có nhiều điện tích: Đường sức điện có hướng đi ra từ điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm.

Cách xác định phương, chiều, độ lớn của vectơ cường độ điện trường tại một điểm bất kì trong điện trường:

- Bước 1: Xác định phương, chiều, độ lớn của từng vectơ cường độ điện trường do từng điện tích gây ra.

- Bước 2: Vẽ vectơ cường độ điện trường tổng hợp (quy tắc hình bình hành).

- Bước 3: Xác định độ lớn của cường độ điện trường tổng hợp từ hình vẽ.${\overrightarrow{E}}_{M}={\overrightarrow{E}}_{1}+{\overrightarrow{E}}_{2}+....$

Ví dụ:

- Xét trường hợp tại điểm M trong vùng điện trường của 2 điện tích: ${\overrightarrow{E}}_{M}={\overrightarrow{E}}_{1}+{\overrightarrow{E}}_{2}$

Vì ${\overrightarrow{E}}_{1}\perp {\overrightarrow{E}}_{2}$nên $E=\sqrt{{E}_{1}^{2}+{E}_{2}^{2}}$

Độ lớn cường độ điện trường do một điện tích điểm gây ra tại một điểm trong không gian: $E=k.\frac{|{Q}^{2}|}{r}=\frac{|Q|}{4π{ε}_{0}{r}^{2}}$

Các đường sức điện trong trường hợp một điện tích hoặc hệ hai điện tích.

Hình ảnh minh họa cho ngay sát bề mặt của Trái Đất có điện trường theo phương thẳng đứng hướng từ trên xuống.