Giải Vật Lý 11 Bài 2. Thuyết electron - Định luật bảo toàn điện tích
§2. THUYẾT ELECTRON - ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH A. KIẾN THỨC CẨN NẮM VỮNG Cấu tạo của nguyên tử Nguyên tử có cấu tạo gồm một hạt nhân mang điện dương, nằm ở trung tâm và các electron mang điện âm chuyển động xung quanh. Hạt nhân có cấu tạo gồm hai loại hạt là nơtron không mang điện và prôtôn mang điện dương (H.2.1 SGK). Electron có điện tích là -1,6.1CF19C và khối lượng là 9,l.l(T31kg. Khôi lượng của nơtrôn xấp xỉ bằng khôi lượng của prôtôn. Bình thường nguyên tử ở trạng thái trung hòa về điện vì có độ lớn điện tích dương của hạt nhân bằng độ lớn của điện tích âm 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 prôtôn là điện tích nguyên tô'. Nội dung thuyết electron Electron có thể rời khỏi nguyên tử đế di chuýển từ nơi này đến nơi khác. Nguyên tử bị mất electron sẽ trở thành một hạt mang điện dương gọi là ion dương. Một nguyên tử trung hòa có thể nhận thêm một electron để trở thành một hạt mang điện âm gọi là ion âm. Sự cư trú và di chuyển của các electron tạo nên các hiện tượng điện. Vật (chất) dẫn điện và vật (chất) cách điện Vật (chất) dẫn điện là vật (chất) có chứa các điện tích tự do. Điện tích tự do là điện tích có thể di chuyển từ nơi này đêh nơi khác trong phạm vi thể tích của vật dẫn. Kim loại, các dung dịch axit, bazơ, muôi là các chất dẫn điện. Vật (chất) cách điện là vật (chất) không chứa các điện tích tự do. Không khí khô, dầu, thủy tinh, sứ, cao su, một sô' nhựa... là các chất 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 dâ'u với vật đó. Đó là sự nhiễm điện do tiếp xúc. 8 GBT VẬT LÝ 11 — CB Sự nhiễm điện do hưởng ứng Đưa một quả cầu A nhiễm điện dương (7) + ) lại gần đầu M của một thanh kim loại MN AM N trung hòa về điện (Hình 2.1). Ta thấy đầu Hmh 2.1 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, tổng đại số các điện tích là không đổi. B. CÂU HỎI VẬN DỤNG Cl. Hãy vận dụng thuyết electron đế giải thích hiện tượng nhiễm điện dương của thanh thủy tinh khi cọ xát vào dạ, cho rằng trong hiện tượng này chỉ có electron có thể di chuyển từ vật nọ sang vật kia. Hướng dẫn Khi đưa thanh thủy tinh cọ xát vào tấm dạ thì có những điểm tiếp xúc giữa thủy tinh và dạ. Ớ những điểm đó có một số electron từ thủy tinh di chuyển sang dạ. Kết quả là thanh thủy tinh nhiễm điện dương, mảnh dạ nhiễm điện âm. C2. Hãy nêu một định nghĩa khác về vật dẫn điện và vật cách điện. Hướng dẫn Vật dẫn điện là vật cho dòng điện chạy qua, còn vật cách điện là vật không cho dòng điện chạy qua. C3. Chân không dẫn điện hay cách điện? Tại sao? Hướng dẫn Chân không cách điện vì trong chân không không có hạt mang điện. C4. Hãy giải thích sự nhiễm điện của một quả cầu kim loại khi cho nó tiếp xúc với một vật nhiễm điện dương. Hưởng dần Khi quả cầu A (trung hòa điện) tiếp xúc với vật B (nhiễm điện dương), thì một số electron tự do từ quả cầu A sẽ truyền sang vật B. Kết quả là quả cầu A trở thành thiếu electron và 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. Hưởng dẫn Thanh kim loại A đặt gần quả cầu B nhiễm điện (âm chẳng hạn), thì các electron tự do trong thanh kim loại bị đẩy ra xa quả cầu. Do đó đầu thanh kim loại xa quả cầu hơn thừa electron, đầu đó nhiễm điện âm. Đầu thanh kim loại gần quả cầu hơn thiếu electron, đầu đó nhiễm điện dương. Thanh kim loại đặt gần quả cầu nhiễm điện dương thì electron tự do trong thanh kim loại bị hút lại gần quả cầu. Do đó đầu thanh ở gần quả cầu nhiễm điện âm, đầu kia nhiễm điện dương. c. CÂU HỎI - BÀI TẬP Trình bày nội dung của thuyết electron cổ điển. Hướng dẫn Electron có thể rời khỏi nguyên tử để di chuyển từ nơi này đến nơi khác. Nguyên tử bị mất electron sẽ trở thành một hạt mang điện dương gọi là ion dương. Ngược lại, một nguyên tử trung hòa có thể nhận thêm một electron để trở thành một hạt mang điện âm và được gọi là ion âm. Sự cư trú hay di chuyển của các electron tạo nên các hiện tượng điện và tính chất điện muôn màu muôn vẻ của tự nhiên. Giải thích hiện tượng nhiễm điện dương của một quả cầu kim loại do tiếp xúc bằng thuyết electron. Hướng dẫn Khi quả cầu kim loại trung hòa điện tiếp xúc với quả cầu nhiễm điện dương thì một phần trong số electron ở quả cầu truyền sang thanh kim loại. Vì thế quả cầu kim loại cũng thiếu electron nên nó nhiễm điện dương. Trình bày hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng và giải thích hiện tượng đó bằng thuyết electron. Hướng dẫn M N I- +) Hình 2.2 Hiện tượng nhiễm diện do hưởng ứng: Đưa A một quả cầu A nhiễm điện dương lại gần đầu M của một thanh kim loại MN trung hòa về điện (hình 2.2). Ta sẽ thấy đầu M sẽ nhiễm điện âm còn đầu N sẽ nhiễm điện dương. Sự nhiễm điện của thanh kim loại MN là sự nhiễm điện do hưởng ứng. Nếu đưa quả cầu A ra xa, thanh kim loại MN lại trở lại trạng thái trung hòa điện. Giải thích: Thanh kim loại đặt gần quả cầu nhiễm điện dương thì electron tự do trong thanh kim loại bị hút lại gần quả cầu. Do đó đầu thanh ở gần quả cầu nhiễm điện âm, đầu kia nhiễm điện dương. Phát biểu định luật bảo toàn điện tích và vận dụng để giải thích hiện tượng xảy ra khi cho một quả cầu tích điện dương tiếp xúc với một quả cầu tích điện âm. Hướng dần Định luật bảo toàn diện tích: Trong một hệ vật cô lập về điện thì tổng đại số của các điện tích dương và âm là không đổi. Khi cho một quả cầu tích điện dương tiếp xúc với một quả cẩu tích điện âm thì sau khi tách ra, hai quả cầu sẽ nhiễm diện cùng dâu (cùng dấu với quả cầu có điện tích lớn hơn). Giải thích: Giả sử trước khi tiếp xúc, quả cầu A tích điện dương (qi) và quả cầu B tích điện âm (-q2) với qi > i q2 Ị. Tổng dại sô các điện tích là qi q -2 = q > 0- Trong quá trình tiêp xúc, có sự dịch chuyen electron từ quả cầu N sang quả cầu A. Sau khi tách chúng ra, các quả cầu mang diện tích dương q' và q.', với q'+q', = q. Chọn câu đúng. Đưa một quả cầu tích điện Q lại gần một quã cầu M nhó, nhẹ, bằng bấc, treo ở đầu một sợi chi thẳng dứng. Qua cầu bấc M bị hút dính vào quả cầu Q. Sau đó thì: M tiếp tục bị hút dính vào Q. M rời Q và vần bị hút lệch về phía Q. c. M rời Q về vị trí thẳng đứng. D. M bị đẩy lệch về phía bên kia. Hướng dẫn Chọn D. M bị đẩy lệch về phía bên kia. Do sau khi tiếp xúc, hai quả cầu nhiễm điện cùng dấu. Q M I N Dưa một quả cầu Q tích diện dương lại (+) [- + ] gần đầu M của một khôi trụ kim loại MN (hình 2.3). Hình 9 3 Tại M và N sẽ xuất hiện các điện tích trái dấu. Hiện tượng gì sẽ xảy ra nếu chạm tay vào điểm I, trung điểm của MN. Diện tích ở M và N không thay đổi. Diện tích ở M và N mất hết. c. Diện tích ở M còn, ở N mất. D. Diện tích ở M mất, ở N còn. Hướng dẫn Chọn A. Điện tích ở M và N không thay đổi. Diện tích ở M và N không thay đổi vì khi chạm tay vào trung điểm của MN, thanh MN vẫn trung hòa, hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng vẫn xảy ra. Hãy giải thích hiện tượng bụi bám chặt vào các cánh quạt trần, mặc dù cánh quạt thường xuyên quay rất nhanh. Hướng dẫn Cánh quạt thường xuyên quay rất nhanh nên chúng cọ xát với không khí và bị nhiễm điện. Khi cánh quạt bị nhiễm điện, nó có thể hút các vật nhẹ như bụi chẳng hạn, do đó có hiện tượng bụi bám nhiều trên cánh quạt.