(T¸i b¶n lÇn thø s¸u)
NHµ XUÊT B¶N GI¸O DôC VIÖT NAM
Ghi chó vÒ hai cét s¸ch
PhÇn lín c¸c trang s¸ch cã 2 cét : cét phô gåm mét sè h×nh vÏ vμ nh÷ng biÓu b¶ng, nh÷ng ghi chó vμ vÝ dô cô thÓ ®Ó lμm râ h¬n kiÕn thøc tr×nh bμy ë cét chÝnh. Häc sinh kh«ng cÇn nhí, chØ cÇn hiÓu sè liÖu trong c¸c biÓu b¶ng, nh÷ng vÝ dô vμ ghi chó ë cét phô. Trong cét phô cã nh÷ng c©u hái kÝ hiÖu C dïng ®Ó nªu vÊn ®Ò vμ gîi më trong giê häc.
ChÞu tr¸ch nhiÖm xuÊt b¶n : |
Chñ tÞch Héi ®ång Thμnh viªn kiªm Tæng Gi¸m ®èc NG¤ TRÇN ¸I |
|
Tæng biªn tËp kiªm Phã Tæng Gi¸m ®èc NGUYÔN QUý THAO |
Biªn tËp lÇn ®Çu : |
Vò thÞ thanh mai - Phïng Thanh HuyÒn |
Biªn tËp t¸i b¶n : |
Vò thÞ thanh mai |
Biªn tËp mÜ thuËt : |
T¹ thanh tïng |
Biªn tËp kÜ thuËt vμ tr×nh bμy : |
lðu chÝ ®ång |
Tr×nh bμy b×a : |
lð¬ng quèc hiÖp |
Söa b¶n in : |
Vò thÞ thanh mai |
ChÕ b¶n : |
c«ng ty cæ phÇn mÜ thuËt vμ truyÒn th«ng. |
B¶n quyÒn thuéc Nhμ xuÊt b¶n Gi¸o dôc ViÖt Nam - Bé Gi¸o dôc vμ §μo t¹o
Trong s¸ch cã sö dông mét sè tð liÖu ¶nh cña c¸c t¸c gi¶ kh¸c.
VËt lÝ 11 − N©ng cao
M· sè : NH105T3
Sè ®¨ng kÝ KHXB : 01-2013/CXB/541-1135/GD
In ............. |
cuèn, khæ 17 x 24 cm. In t¹i ................... |
|
In xong vμ nép lðu chiÓu th¸ng ..... |
n¨m 2013 |
|
PHÇN mét
®iÖn häc ®iÖn tõ häc
Nhμ b¸c häc V«n-ta tr×nh bμy chiÕc pin ®Çu tiªn cña m×nh víi B«-na-p¸c.
PhÇn §iÖn häc - §iÖn tõ häc ®Ò cËp ®Õn c¸c hiÖn tðîng liªn quan ®Õn tð¬ng t¸c gi÷a c¸c ®iÖn tÝch ®øng yªn vμ chuyÓn ®éng, gäi chung lμ hiÖn tðîng ®iÖn tõ vμ c¸c quy luËt chi phèi c¸c hiÖn tðîng nμy. C¸c hiÖn tðîng ®iÖn tõ rÊt phæ biÕn trong tù nhiªn, rÊt phong phó vμ ®a d¹ng. Chóng ®ðîc øng dông réng r·i trong khoa häc vμ kÜ thuËt, còng nhð trong cuéc sèng.
3
®iÖn häc - ®iÖn tõ häc
§iÖn tÝch - ®iÖn trðêng Dßng ®iÖn kh«ng ®æi
Dßng ®iÖn trong c¸c m«i trðêng
Tõ trðêng
c¶m øng ®iÖn tõ
4
CH¦¥NG I
§iÖn tÝch §iÖn trðêng
Chð¬ng nµy tr×nh bµy nh÷ng néi dung vÒ ®Þnh luËt tð¬ng t¸c gi÷a c¸c ®iÖn tÝch ®iÓm (®Þnh luËt Cu-l«ng), ®iÖn trðêng, cðêng ®é ®iÖn trðêng cña ®iÖn tÝch ®iÓm, hiÖu ®iÖn thÕ, ®iÖn thÕ vµ c«ng cña lùc ®iÖn, n¨ng lðîng ®iÖn trðêng, tô ®iÖn, ghÐp tô ®iÖn.
5
1 §iÖn tÝch
§Þnh luËt Cu-l«ng
Cu-l«ng (Charles Coulomb,
1736-1806, nhµ vËt lÝ ngðêi Ph¸p)
H×nh 1.1 §iÖn nghiÖm.
1. B×nh thuû tinh ; 2. Nót c¸ch ®iÖn ;
3. Nóm kim lo¹i ; 4. Thanh kim lo¹i ;
5. Hai l¸ kim lo¹i nhÑ.
§iÖn nghiÖm dïng ®Ó ph¸t hiÖn ®iÖn tÝch ë mét vËt. Khi mét vËt nhiÔm ®iÖn ch¹m vµo nóm kim lo¹i, th× ®iÖn tÝch truyÒn ®Õn hai l¸ kim lo¹i (nhiÔm ®iÖn do tiÕp xóc). Do ®ã, hai l¸ kim lo¹i ®Èy nhau vµ xoÌ ra.
Bµi nµy sÏ tr×nh bµy mét sè kh¸i niÖm më ®Çu vÒ ®iÖn (®iÖn tÝch dð¬ng, ®iÖn tÝch ©m, sù nhiÔm ®iÖn cña c¸c vËt) vµ vÒ ®Þnh luËt tð¬ng t¸c gi÷a hai ®iÖn tÝch.
1.Hai lo¹i ®iÖn tÝch. Sù nhiÔm ®iÖn cña c¸c vËt
a) Hai lo¹i ®iÖn tÝch
Cã hai lo¹i ®iÖn tÝch : ®iÖn tÝch dð¬ng, ®iÖn tÝch ©m. C¸c ®iÖn tÝch cïng dÊu th× ®Èy nhau, c¸c ®iÖn tÝch kh¸c dÊu th× hót nhau.
§¬n vÞ ®iÖn tÝch lµ cul«ng, kÝ hiÖu lµ C.
§iÖn tÝch cña ªlectron lµ ®iÖn tÝch ©m vµ cã ®é lín e = 1,6.10−19 C. Mét ®iÖn tÝch b»ng e = 1,6.10−19 C ®ðîc gäi lµ ®iÖn tÝch nguyªn tè. ThÝ nghiÖm ®· chøng tá r»ng, trong tù nhiªn kh«ng cã h¹t nµo cã ®iÖn tÝch nhá h¬n ®iÖn tÝch nguyªn tè. §é lín cña ®iÖn tÝch mét h¹t bao giê còng b»ng mét sè nguyªn lÇn ®iÖn tÝch nguyªn tè.
Dùa vµo sù tð¬ng t¸c gi÷a c¸c ®iÖn tÝch cïng dÊu ngðêi ta chÕ t¹o ra ®iÖn nghiÖm (H×nh 1.1).
b) Sù nhiÔm ®iÖn cña c¸c vËt
NhiÔm ®iÖn do cä x¸t
Sau khi cä x¸t vµo lôa, thanh thuû tinh cã thÓ hót ®ðîc c¸c mÈu giÊy vôn (H×nh 1.2). Ngðêi ta nãi thanh thuû tinh ®ðîc nhiÔm ®iÖn do cä x¸t.
H×nh 1.2 Thanh thuû tinh nhiÔm ®iÖn hót c¸c mÈu giÊy.
6
NhiÔm ®iÖn do tiÕp xóc
Cho thanh kim lo¹i kh«ng nhiÔm ®iÖn ch¹m vµo qu¶ cÇu ®· nhiÔm ®iÖn th× thanh kim lo¹i nhiÔm ®iÖn cïng dÊu víi ®iÖn tÝch cña qu¶ cÇu (H×nh 1.3). Ngðêi ta nãi thanh kim lo¹i ®ðîc nhiÔm ®iÖn do tiÕp xóc. §ða thanh kim lo¹i ra xa qu¶ cÇu th× thanh kim lo¹i vÉn nhiÔm ®iÖn.
NhiÔm ®iÖn do hðëng øng
§ða thanh kim lo¹i kh«ng nhiÔm ®iÖn ®Õn gÇn qu¶ cÇu ®· nhiÔm ®iÖn nhðng kh«ng ch¹m vµo qu¶ cÇu, th× hai ®Çu thanh kim lo¹i ®ðîc nhiÔm ®iÖn. §Çu gÇn qu¶ cÇu h¬n nhiÔm ®iÖn tr¸i dÊu víi ®iÖn tÝch cña qu¶ cÇu, ®Çu xa h¬n nhiÔm ®iÖn cïng dÊu (H×nh 1.4). HiÖn tðîng ®ã ®ðîc gäi lµ hiÖn tðîng hðëng øng tÜnh ®iÖn, cßn gäi t¾t lµ hiÖn tðîng ®iÖn hðëng. Ngðêi ta nãi thanh kim lo¹i ®ðîc nhiÔm ®iÖn do hðëng øng.
§ða thanh kim lo¹i ra xa qu¶ cÇu th× thanh kim lo¹i l¹i trë vÒ tr¹ng th¸i kh«ng nhiÔm ®iÖn nhð lóc ®Çu.
2. §Þnh luËt Cu-l«ng
Cu-l«ng ®· dïng chiÕc c©n xo¾n (H×nh 1.5) ®Ó kh¶o s¸t lùc tð¬ng t¸c gi÷a hai qu¶ cÇu nhiÔm ®iÖn cã kÝch thðíc nhá so víi kho¶ng c¸ch gi÷a chóng. C¸c vËt nhiÔm ®iÖn cã kÝch thðíc nhá nhð vËy gäi lµ c¸c ®iÖn tÝch ®iÓm.
N¨m 1785, Cu-l«ng tæng kÕt c¸c kÕt qu¶ thÝ nghiÖm cña m×nh vµ nªu thµnh ®Þnh luËt sau ®©y gäi lµ ®Þnh luËt Cu-l«ng :
§é lín cña lùc tð¬ng t¸c gi÷a hai ®iÖn tÝch ®iÓm tØ lÖ thuËn víi tÝch c¸c ®é lín cña hai ®iÖn tÝch ®ã vµ tØ lÖ nghÞch víi b×nh phð¬ng kho¶ng c¸ch gi÷a chóng.
Phð¬ng cña lùc tð¬ng t¸c gi÷a hai ®iÖn tÝch ®iÓm lµ ®ðêng th¼ng nèi hai ®iÖn tÝch ®iÓm ®ã. Hai ®iÖn tÝch cïng dÊu th× ®Èy nhau, hai ®iÖn tÝch tr¸i dÊu th× hót nhau (H×nh 1.6).
H×nh 1.3 NhiÔm ®iÖn do tiÕp xóc.
H×nh 1.4 NhiÔm ®iÖn do hðëng øng.
C1 V× sao thanh kim lo¹i nhiÔm ®iÖn do hðëng øng ë thÝ nghiÖm H×nh 1.4 khi ®ðîc ®ða ra xa qu¶ cÇu th× ®iÖn tÝch ë hai ®Çu thanh kim lo¹i l¹i “biÕn mÊt” ?
Mét vËt ®ðîc nhiÔm ®iÖn còng gäi lµ vËt ®ðîc tÝch ®iÖn.
H×nh 1.5 C©n xo¾n Cu-l«ng.
Kho¶ng c¸ch gi÷a hai qu¶ cÇu A, B ®ðîc ®iÒu chØnh nhê chiÕc nóm xoay C cña c©n. §é xo¾n cña sîi d©y treo cho phÐp ta x¸c ®Þnh lùc tð¬ng t¸c gi÷a hai qu¶ cÇu.
H×nh 1.6 Phð¬ng vµ chiÒu cña lùc tð¬ng t¸c gi÷a hai ®iÖn tÝch ®iÓm.
Lùc tð¬ng t¸c gi÷a hai ®iÖn tÝch gäi lµ lùc ®iÖn, hay còng gäi lµ lùc Cu-l«ng.
7
C2 Tõ c¸c c«ng thøc x¸c ®Þnh lùc hÊp dÉn vµ lùc Cu-l«ng cho thÊy gi÷a hai lùc ®ã cã g× gièng nhau, cã g× kh¸c nhau ?
B¶ng 1.1
H»ng sè ®iÖn m«i cña mét sè chÊt
ChÊt |
H»ng sè ®iÖn m«i |
Thuû tinh |
5 10 |
|
|
Sø |
5,5 |
|
|
£b«nit |
2,7 |
|
|
Cao su |
2,3 |
|
|
Nðíc nguyªn chÊt |
81,0 |
|
|
DÇu ho¶ |
2,1 |
|
|
Kh«ng khÝ |
1,000594 |
|
|
C«ng thøc tÝnh ®é lín cña lùc tð¬ng t¸c gi÷a hai ®iÖn tÝch ®iÓm :
F = k |
q1q2 |
(1.1) |
|
r2 |
|||
|
|
r lµ kho¶ng c¸ch gi÷a hai ®iÖn tÝch ®iÓm q1, q2 ; k lµ hÖ sè tØ lÖ phô thuéc vµo hÖ ®¬n vÞ.
Trong hÖ SI, k = 9.109 |
N.m2 |
. |
|
C2 |
|||
|
|
3. Lùc tð¬ng t¸c cña c¸c ®iÖn tÝch trong ®iÖn m«i (chÊt c¸ch ®iÖn)
ThÝ nghiÖm chøng tá r»ng, lùc tð¬ng t¸c gi÷a c¸c ®iÖn tÝch ®iÓm ®Æt trong ®iÖn m«i ®ång tÝnh, chiÕm ®Çy kh«ng gian xung quanh ®iÖn tÝch, gi¶m ®i ε lÇn so víi khi chóng ®ðîc ®Æt trong ch©n kh«ng.
F = k |
|
|
q1q2 |
|
|
(1.2) |
|
|
|||||
|
|
εr2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
§¹i lðîng ε chØ phô thuéc vµo tÝnh chÊt cña ®iÖn m«i mµ kh«ng phô thuéc vµo ®é lín c¸c ®iÖn tÝch vµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ®iÖn tÝch. ε ®ðîc gäi lµ h»ng sè ®iÖn m«i.
Ngðêi ta quy ðíc h»ng sè ®iÖn m«i cña ch©n kh«ng b»ng 1. Trong b¶ng 1.1, ta chó ý h»ng sè ®iÖn m«i cña kh«ng khÝ gÇn b»ng 1.
ThÝ nghiÖm Cu-l«ng ®ðîc tiÕn hµnh trong kh«ng khÝ, nhðng v× h»ng sè ®iÖn m«i cña kh«ng khÝ gÇn b»ng 1 nªn kÕt qu¶ cña thÝ nghiÖm còng ®ðîc coi lµ ®óng c¶ trong ch©n kh«ng.
c©u hái
1.Cã hai vËt kÝch thðíc nhá, nhiÔm ®iÖn ®Èy nhau. C¸c ®iÖn tÝch trªn mçi vËt cã dÊu nhð thÕ nµo ?
2.Cã bèn vËt A, B, C, D kÝch thðíc nhá, nhiÔm ®iÖn. BiÕt r»ng vËt A hót vËt B nhðng ®Èy vËt C. VËt C hót vËt D. Hái vËt D hót hay ®Èy vËt B ?
3.H·y nªu sù kh¸c nhau gi÷a nhiÔm ®iÖn do tiÕp xóc vµ do hðëng øng.
bµi tËp
1. H·y chän ph¸t biÓu ®óng.
§é lín cña lùc tð¬ng t¸c gi÷a hai ®iÖn tÝch ®iÓm trong kh«ng khÝ
A.tØ lÖ thuËn víi b×nh phð¬ng kho¶ng c¸ch gi÷a hai ®iÖn tÝch.
B.tØ lÖ thuËn víi kho¶ng c¸ch gi÷a hai ®iÖn tÝch.
C.tØ lÖ nghÞch víi b×nh phð¬ng kho¶ng c¸ch gi÷a hai ®iÖn tÝch.
D.tØ lÖ nghÞch víi kho¶ng c¸ch gi÷a hai ®iÖn tÝch.
8
2. H·y chän phð¬ng ¸n ®óng. |
|
DÊu cña c¸c ®iÖn tÝch q1, q2 trªn h×nh 1.7 lµ : |
|
A. q1 > 0 ; q2 < 0. |
|
B. q1 < 0 ; q2 > 0. |
H×nh 1.7 |
C.q1 < 0 ; q2 < 0.
D.Chða biÕt ch¾c ch¾n v× chða biÕt ®é lín cña q1, q2.
3.Cho biÕt trong 22,4 l khÝ hi®r« ë 0oC vµ dðíi ¸p suÊt 1 atm th× cã 2.6,02.1023 nguyªn tö hi®r«. Mçi nguyªn tö hi®r« gåm hai h¹t mang ®iÖn lµ pr«t«n vµ ªlectron. H·y tÝnh tæng c¸c ®iÖn tÝch dð¬ng vµ tæng c¸c ®iÖn tÝch ©m trong 1 cm3 khÝ hi®r«.
4.TÝnh lùc tð¬ng t¸c tÜnh ®iÖn gi÷a mét ªlectron vµ mét pr«t«n nÕu kho¶ng c¸ch gi÷a chóng b»ng 5.10-9 cm. Coi ªlectron vµ pr«t«n nhð nh÷ng ®iÖn tÝch ®iÓm.
Em cã biÕt ?
M¸y läc bôi
S¬ ®å cña m¸y läc bôi ®ðîc tr×nh bµy trªn H×nh 1.8. Kh«ng khÝ cã nhiÒu bôi ®ðîc qu¹t vµo m¸y qua líp läc bôi th«ng thðêng. T¹i ®©y, c¸c h¹t bôi cã kÝch thðíc lín bÞ g¹t l¹i. Dßng kh«ng khÝ cã lÉn c¸c h¹t bôi kÝch thðíc nhá vÉn bay lªn. Hai lðíi 1 vµ 2 thùc chÊt lµ hai ®iÖn cùc : lðíi 1 lµ ®iÖn cùc dð¬ng, lðíi 2 lµ ®iÖn cùc ©m. Khi bay qua lðíi 1 c¸c h¹t bôi nhiÔm ®iÖn dð¬ng. Do ®ã, khi gÆp lðíi 2 nhiÔm ®iÖn ©m, c¸c h¹t bôi bÞ hót vµo lðíi. V× vËy, khi qua lðíi 2, kh«ng khÝ ®· ®ðîc läc s¹ch bôi. Sau ®ã cã thÓ cho kh«ng khÝ ®i qua líp läc b»ng than ®Ó khö mïi. B»ng c¸ch nµy cã thÓ läc ®Õn 95% bôi trong kh«ng khÝ.
M¸y läc bôi lµ mét øng dông cña lùc tð¬ng t¸c gi÷a c¸c ®iÖn tÝch. Ngoµi ra, lùc tð¬ng t¸c gi÷a c¸c ®iÖn tÝch cßn cã nhiÒu øng dông kh¸c trong c«ng nghiÖp còng nhð trong ®êi sèng. Ch¼ng h¹n, kÜ thuËt s¬n tÜnh ®iÖn lµ mét trong nh÷ng øng dông ®ã. Muèn s¬n vá xe « t«, ngðêi ta lµm cho s¬n vµ vá xe nhiÔm ®iÖn tr¸i dÊu nhau. Khi s¬n ®ðîc phun vµo vá xe, th× c¸c h¹t s¬n nhá li ti sÏ bÞ hót vµ b¸m chÆt vµo mÆt vá xe.
9