Lực điện tổng hợp tác dụng lên một điện tích

Chuyên đề Vật lý lớp 11: Lực điện tổng hợp tác dụng lên một điện tích được VnDoc sưu tầm và giới thiệu tới các bạn học sinh cùng quý thầy cô tham khảo. Nội dung tài liệu sẽ giúp các bạn học sinh học tốt môn Vật lý lớp 11 hiệu quả hơn. Mời các bạn tham khảo.

A. Phương pháp & Ví dụ bài lực điện tổng hợp tác dụng lên một điện tích

- Khi một điện tích điểm q chịu tác dụng của nhiều lực tác dụng F→₁, F→₂, ... do các điện tích điểm q₁, q₂, ... gây ra thì hợp lực tác dụng lên q là: F→ = F→₁ + F→₂ + F→₃ + ... + F→_n

- Các bước tìm hợp lực F→ do các điện tích q₁; q₂; ... tác dụng lên điện tích q_o:

Bước 1: Xác định vị trí điểm đặt các điện tích (vẽ hình).

Bước 2: Tính độ lớn các lực F₁, F₂ lần lượt do q₁ và q₂ tác dụng lên q_o.

Bước 3: Vẽ hình các vectơ lực F→₁, F→₂

Bước 4: Từ hình vẽ xác định phương, chiều, độ lớn của hợp lực F→.

- Các trường hợp đặc biệt:

F→₁ và F→₂ cùng chiều thì: F = F₁ + F₂ (α = 0, cosα = 1).

F→₁ và F→₂ ngược chiều thì: F = |F₁ – F₂| (α = π, cosα = –1).

F→₁ và F→₂ vuông góc thì: (α = 90°, cosα = 0).

F→₁ và F→₂ cùng độ lớn (F₁ = F₂) thì:

Tổng quát: F² = F₁² + F₂² + 2F₁F₂cosα(α là góc hợp bởi F→₁ và F→₂ ).

Ví dụ 1: Hai điện tích q₁ = 8.10^-8 C, q₂ = - 8.10^-8 C đặt tại A, B trong không khí (AB = 6 cm). Xác định lực tác dụng lên q₃ = 8.10^-8 C, nếu:

a) CA = 4cm, CB = 2cm

b) CA = 4cm, CB = 10cm

c) CA = CB = 5cm

Hướng dẫn:

Điện tích q₃ sẽ chịu hai lực tác dụng của q₁ và q₂ là F→₁ và F→₂.

Lực tổng hợp tác dụng lên q₃ là: F→ = F→₁ + F→₂

a) Trường hợp 1: CA = 4cm, CB = 2cm

Vì AC + CB = AB nên C nằm trong đoạn AB.

q₁, q₃ cùng dấu nên F→₁ là lực đẩy

q₂, q₃ trái dấu nên F→₂ là lực hút.

Trên hình vẽ, ta thấy F→₁ và F→₂ cùng chiều.

Vậy: F→ cùng chiều F→₁, F→₂ (hướng từ C đến B).

Độ lớn:

b) Trường hợp 2: CA = 4cm, CB = 10cm

Vì CB – CA = AB nên C nằm trên đường AB, ngoài khoảng AB, về phía A.

Ta có:

Theo hình vẽ, ta thấy F→₁ và F→₂ ngược chiều, F→₁ > F→₂.

Vậy:

+ F→ cùng chiều F→₁ (hướng xảy ra A, B)

+ Độ lớn F = F₁ – F₂ = 30,24.10^-3N

c) Trường hợp 3: Vì C cách đều A, B nên C nằm trên đường trung trực của đoạn AB.

Ta có:

Vì F₁ = F₂ nên F→ nằm trên phân giác góc (F→₁; F→₂).

⇒ F→ ⊥ CH(phân giác của hai góc kề bù) ⇒ F→ // AB

Nên:

Vậy: F→ có phương song song với AB, chiều hướng từ A đến B, độ lớn F = 27,65.10^-3N.

Ví dụ 2: Ba điện tích điểm q₁ = -10^-7 C, q₂ = 5.10^-8 C, q₃ = 4.10^-8 C lần lượt tại A, B, C trong không khí. Biết AB = 5 cm, BC = 1 cm, AC = 4 cm. Tính lực tác dụng lên mỗi điện tích.

Hướng dẫn:

Trong một tam giác tổng hai cạnh bất kì luôn lớn hơn cạnh còn lại nên dễ thấy A, B, C phải thẳng hàng.

Lực tác dụng lên điện tích q₁

+ Gọi lần lượt là lực do điện tích q₂ và q₃ tác dụng lên q₁

+ Ta có:

+ Lực F→₂, F→₃ được biểu diễn như hình

+ Gọi F→ là lực tổng hợp do q₂ và q₃ tác dụng lên q₁. Ta có: F→ = F→₂ + F→₃

+ Vì F→₂, F→₃ cùng phương cùng chiều nên ta có: F = F₂ + F₃ = 0,0405 N

Lực tác dụng lên điện tích q₂

+ Gọi F→₁, F→₃ lần lượt là lực do điện tích q₁ và q₃ tác dụng lên q₂

+ Ta có:

+ Lực F→₁, F→₃ được biểu diễn như hình

+ Gọi F→ là lực tổng hợp do q₂ và q₃ tác dụng lên q₁. Ta có: F→ = F→₁ + F→₃

+ Vì F→₁, F→₃ cùng phương, ngược chiều nên ta có: F = F₃ – F₁ = 0,162 N

Lực tác dụng lên điện tích q₃

+ Gọi F→₁, F→₂ lần lượt là lực do điện tích q₁ và q₂ tác dụng lên q₃

+ Ta có:

+ Lực F→₁, F→₂ được biểu diễn như hình

+ Gọi F→ là lực tổng hợp do q₁ và q₂ tác dụng lên q₃. Ta có: F→ = F→₁ + F→₂

+ Vì F→₁, F→₂ cùng phương cùng chiều nên ta có: F = F₁ + F₂ = 0,2025 N

Ví dụ 3: Ba điện tích điểm q₁ = 4.10^-8C, q₂ = –4.10^-8C, q₃ = 5.10^-8C đặt trong không khí tại ba đỉnh ABC của một tam giác đều, cạnh a = 2cm. Xác định vectơ lực tác dụng lên q₃.

Hướng dẫn:

Vậy: Vectơ lực tác dụng lên q₃ có:

+ điểm đặt: tại C.

+ phương: song song với AB.

+ chiều: từ A đến B.

+ độ lớn: F₃ = 45.10^-3N.

B. Bài tập lực điện tổng hợp tác dụng lên một điện tích

Bài 1: Đặt hai điện tích điểm q₁ = -q₂ = 8.10^-8 C tại A,B trong không khí cách nhau 6 cm. Xác định lực điện tác dụng lên q₃ = 8.10^-8 C đặt tại C trong hai trường hợp:

a) CA = 4 cm, CB = 2 cm

b) CA = 4 cm, CB = 10 cm.

Bài 2: Trong chân không, cho hai điện tích q₁ = -q₂ = 10^-7 C đặt tại hai điểm A và B cách nhau 8 cm. Xác định lực tổng hợp tác dụng lên điện tích q₀ = 10^-7 C trong các trường hợp sau:

a) Điện tích q₀ đặt tại H là trung điểm của AB.

b) Điện tích q₀ đặt tại M cách A đoạn 4 cm, cách B đoạn 12 cm.

Bài 3: Cho năm điện tích Q được đặt trên cùng một đường thẳng sao cho hai điện tích liền nhau cách nhau một đoạn a. Xác định lực tác dụng vào mỗi điện tích. Vẽ hình ký hiệu các điện tích bằng các chỉ số 1,2,3,4,5.

Bài 4: Đặt hai điện tích điểm q₁ = -q₂ = 2.10^-8 C tại A, B trong không khí cách nhau 12 cm. Xác định lực điện tác dụng lên q₃ = 4.10^-8 C tại C mà CA = CB = 10 cm.

Bài 5: Tại hai điểm A và B cách nhau 20 cm trong không khí, đặt hai điện tích q₁ = -3.10^-6C, q₂ = 8.10^-6C. Xác định lực điện trường tác dụng lên điện tích q₃ = 2.10^-6C đặt tại C. Biết AC = 12 cm, BC = 16 cm.

Bài 6: Ba điện tích q₁ = q₂ = q₃ = 1,6.10^-19 C đặt trong không khí, tại 3 đỉnh của tam giác đều ABC cạnh a = 16 cm. Xác định véctơ lực tác dụng lên q₃.

Bài 7: Tại ba đỉnh tam giác đều cạnh a = 6cm trong không khí có đặt ba điện tích q₁ = 6.10^-9C, q₂ = q₃ = – 8.10^-9C. Xác định lực tác dụng lên q₀ = 8.10^-9C tại tâm tam giác.