Giải bài tập Vật lý 11 Bài 2: Thuyết electron. Định luật bảo toàn điện tích
§2. THUYẾT ELECTRON - ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH A/ KIỂN THỨC Cơ BẢN Câu tạo của nguyên tử: Nguyên tử có cấu tạo gồm một hạt nhân mang điện dương, nằm ở trưng tâm, và các electron mang điện âm chuyến động xung quanh. Hạt nhân có câu tạo gồm hai loại hạt là nơtron không mang điện và prôtôn mang điện dương (H.2.1 SGK). Electron có điện tích là -1,6.10 IHC và khối lượng là 9,1.10“31kg. Prôtôn có điện tích là +1,6.10 19c và khôi lượng là l,6.10"'"kg. Khôi lượng của nơtron xấp xỉ bằng khôi lượng của prôtôn. Bình thường nguyên tử ở trạng thái trung hòa về điện vì độ lớn điện tích dương cưa hạt nhân bằng độ lớn của điện tích ám của các electron. Điện tích nguyên tô' là điện tích nhỏ nhất mà ta có thể có được. Điện tích của electron và điện tích của prôton là điện tích nguyên tố. Nội dung thuyết electron: Electron có thể rời khỏi nguyên tử để di chuyển từ nơi này đến nơi khác. Nguyên tử bị mat electron sẽ trở thành một hạt mang điện dương gọi là ion dương. Một nguyên tử trung hòa có thế’ nhận thêm một electron đế’ trở thành một hạt mang điện âm và gọi là ion âm. Sự cư trú và di chuyển của các electron tạo nên các hiện tượng điện. Vật (chât) dẫn điện và vật (chát) cách điện: Vật (chất) dần điện là vật (châ't) có chứa các điện tích tự do. Điện tích tự do là điện tích có thể di chuyến từ nơi này đến nơi khác trong phạm vi thế tích của vật dẫn. Kim loại, các dung dịch axit, bazơ, muôi là các chất dẫn điện. Vật (châ't) cách điện là vật (chất) không chứa các điện tích tự do. Không khí khô, dầu, thủy tinh, sứ, cao su, một số nhựa... là các châ't cách điện Sự nhiễm điện do tiếp xúc: Nếu cho một vật chưa nhiễm điện tiếp xúc với một vật nhiễm điện thì nó sẽ bị nhiễm điện cùng dấu với vật đó. Đó là sự nhiễm điện do tiếp xúc. Sự nhiễm diện do hưởng ứng: 4?) Đưa một quả cầu A nhiêm điện AM N dương lại gần đầu M cùa một thanh kim loại MN trung hòa về điện (hình 2.1). Ta thây đầu M nhiễm điện âm (trái với A), còn đầu N nhiễm điện dương (cùng dấu với A). Sự nhiễm điện của thanh MN là sự nhiễm điện do hưởng ứng. Hiện tượng tương tự cũng xảy ra khi quả cầu A nhiễm điện âm. Định luật bảo toàn điện tích: Trong một hệ cô lập về điện, tống đại số các điện tích là không đổi. B/ CÂU HỎI TRONG BÀI HỌC Cp Hãy vận dụng thuyết electron đế’ giãi thích hiện tượng nhiễm điện của thanh thủy tinh khi cọ sát vào dạ, cho rằng trong hiện tượng này, chỉ có các electron có thể di chuyến từ vật nọ sang vật kia. C2. Hãy nêu một định nghĩa khác về vật dẫn điện và vật cách điện? C3. Chân không dẫn điện hay cách điện? Tại sao? C4. Hãy giải thích sự nhiễm điện của một quả cầu kim loại khi cho nó tiếp xúc với một vật nhiễm điện dương? C5. Hãy vận dụng thuyết electron để giải thích hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng. Biết rằng trong kim loại có electron tự do? Hướng dẫn giải Cp Khi cọ xát thanh thủy tinh vào dạ, thì electron từ thủy tinh di chuyển sang dạ, thủy tinh bị thiếu electron nên mang điện dương. c2. - Vật dẫn điện là vật mà điện tích có thể tự do di chuyển từ điểm này đến điểm khác bên trong vật. - Vật cách điện là vật mà điện tích không thể tự do di chuyển từ điểm này đến điểm khác bên trong một vật. c3. Chân không là môi trường cách điện vì trong môi trường chân không, không chứa các điện tích tự do. c4. Khi cho một quả cầu kim loại tiếp xúc với vật nhiễm điện dương, thì các electron tự do di chuyển từ quả cầu kim loại sang vật, quả cầu kim loại thiếu electron nên mang điện dương cùng dấu với vật, do đó quả cầu kim loại và vật đẩy nhau. c5. - Đưa một quả cầu A nhiễm điện dương lại gần đầu M của một thanh kim loại MN trung hòa về điện, thì các electron tự do trong Hình 2.2 thanh kim loại bị hút về phía A, kết quả: đầu M dư electron nên nhiễm điện âm, đầu N thiếu electron nên nhiễm điện dương (hình 2.2) nhiễm điện dương, đầu N dư electron nên nhiễm điện âm. Hình 2.3 — Tương tự, khi đưa quả cầu A nhiễm điện âm lại gần đầu M của thanh kim loại MN trung hòa về điện, thì các electron trong thanh kim loại bị đẩy ra xa A. Kết quả đầu M thiếu electron nên c/ CÂU HỎI VÀ BÀI TẬF SAU BÀI HỌC Trình bày nội dung cùa thuyết electron. Giải thích hiện tượng nhiễm điện dương cúa một quă cầu kim loại do tiếp xúc bằng thuyết electron. Trình bày hiện tượng nhiễm diện do hướng ứng và giãi thích hiện tượng đó băng thuyết electron. Phát biểu định luật bão toàn điện tích và vận dụng đế' giải thích hiện tượng xảy ra khi cho một quả cầu tích điện dương tiếp xúc với một quả cầu tích điện ám. Chọn câu đúng. Đưa một quả cầu tích điện Q lại gần một quá cầu M nhỏ, nhẹ, bằng bấc, treo à đầu một sợi chi thẳng đứng. Quá cầu bâ’c M bị hút dính vào quả cầu Q. Sau đó thì M tiếp xúc bị hút dính vào Q. M rời Q và vẫn bị hút lệch về phía Q. c. M rời Q về vị trí thăng dứng. D. M bị đẩy lệch về phía bên kia. Đưa một quả cầu Q tích điện dương lại gần đầu M của một khôi trụ kim loại MN (Hình 2.4). Tại M và N sẽ xuất hiện các điện tích trá.i dấu. Hiện tượng gì xảy ra nếu chạm tay vào điểm I, trung điểm của MN. Điện tích ờ M và N không thay đối. Điện tích ở M và N mất hết. c. Điện tích ờ M còn. ớ N mất. D. Điện tích ở M mất, á N còn. Hình 2.4 Hãy giải thích hiện tượng bụi bám chặt vào các cánh quạt trần, mặc dù khi hoạt động cánh quạt thường quay rất nhanh. Hướng dẫn giải Xem sách giáo khoa Xem phần trả lời ở c4 Xem câu c5 Định luật bảo toàn điện tích: “Trong một hệ vật cô lập về điện, tổng đại số của các điện tích là không đổi” Khi cho quả cầu tích điện dương q[ tiếp xúc với quả cầu tích điện âm q2 thì chúng sẽ trao đổi điện tích cho nhau, cuối cùng điện tích của hai quả cầu bằng nhau và bằng . Nghĩa là tổng dại sô' điện tích của hai 2 quả cầu trước và sau khi tiếp xúc là (qi + q2) D Quả cầu bấc M bị hút dính vào quả cầu Q, sau một thời gian thì có sự trung hòa điện nên quả cầu M bị đẩy lệch về phía bên kia A. T,ại M và N xuất hiện các điện tích trái dấu do hiện tượng hưởng ứng điện. Tại điểm I là trung điểm của MN thì trung hòa về điện nên khi chạm tay vào điểm I thì điện tích ở M và N không đổi. 7. Khi cánh quạt quay thì có sự cọ xát giữa cánh quạt và không khí nên cánh quạt nhiễm điện, do đó các hạt bụi bị hút bám chặt vào cánh quạt.