Điện trường · Cường độ điện trường · Điện phổ
Nêu được khái niệm điện trường; cường độ điện trường; điện trường do điện tích điểm; nhận biết điện phổ, đường sức điện và quy ước chiều đường sức.
Tính E, F, q, r; vẽ vectơ \(\vec E\), \(\vec F\); tổng hợp điện trường theo trục Ox và hai phương vuông góc; phân biệt điện phổ với đường sức quy ước.
Điện trường được tạo bởi điện tích, là một dạng vật chất tồn tại xung quanh điện tích và truyền tương tác điện giữa các điện tích. Tính chất cơ bản: tác dụng lực điện lên điện tích đặt trong điện trường. Bài này xét điện trường tĩnh do các điện tích đứng yên.
Đặc trưng cho điện trường mạnh hay yếu tại một điểm là vectơ cường độ điện trường. Theo quy ước, \(\vec E\) cùng chiều lực điện tác dụng lên điện tích thử dương. Với điện tích thử âm, lực điện ngược chiều \(\vec E\).
Từ lực điện lên điện tích thử suy ra E; xét điện tích thử đủ nhỏ để không làm thay đổi đáng kể điện trường.
| Kí hiệu | Ý nghĩa – đơn vị |
|---|---|
| \(\vec E\) | Cường độ điện trường, V/m hoặc N/C |
| \(\vec F\) | Lực điện lên điện tích thử, N |
| q | Điện tích thử có dấu, C |
Điều kiện: q ≠ 0; với q âm, vectơ lực và vectơ E ngược chiều.
Dấu điện tích thử quyết định chiều của lực, không quyết định chiều của điện trường tại điểm xét.
| Kí hiệu | Ý nghĩa – đơn vị |
|---|---|
| q | Điện tích thử, C |
| F | Độ lớn lực điện, N |
| E | Độ lớn cường độ điện trường, V/m |
Điều kiện: q khác 0; E được cho tại vị trí điện tích thử.
Độ lớn E giảm khi r tăng; điện trường hướng ra xa Q dương và hướng về Q âm.
| Kí hiệu | Ý nghĩa – đơn vị |
|---|---|
| Q | Điện tích nguồn, C |
| r | Khoảng cách tới Q, m |
| k | 9×10⁹ N·m²/C² |
Điều kiện: Điện tích điểm đứng yên, môi trường chân không hoặc không khí coi gần đúng chân không; r>0.
Vectơ đơn vị \(\hat{\mathbf r}\) hướng từ Q đến điểm M; dấu của Q tự quyết định chiều E.
| Kí hiệu | Ý nghĩa – đơn vị |
|---|---|
| \(\hat{\mathbf r}\) | Vectơ đơn vị hướng Q → M |
| Q | Điện tích nguồn có dấu, C |
Điều kiện: Điện tích điểm trong chân không, r>0.
Tại một điểm, điện trường tổng hợp bằng tổng vectơ các điện trường thành phần. Không được mặc định cộng độ lớn.
| Kí hiệu | Ý nghĩa – đơn vị |
|---|---|
| \(\vec E_i\) | Điện trường do từng điện tích gây ra |
| \(\vec E\) | Điện trường tổng hợp |
Điều kiện: Áp dụng cho hệ điện tích tĩnh trong môi trường đang xét.
Chọn Ox sang phải, Oy lên trên; cộng có dấu các thành phần, sau đó tính độ lớn.
| Kí hiệu | Ý nghĩa – đơn vị |
|---|---|
| Eₓ, Eᵧ | Các thành phần có dấu của E theo Ox, Oy, V/m |
| E | Độ lớn của vectơ tổng hợp, V/m |
Điều kiện: Hai trục tọa độ vuông góc; các giá trị Eₓ, Eᵧ được xác định từ hình học và dấu điện tích.
Giữ Q và môi trường không đổi: r tăng 2 lần thì E giảm 4 lần.
| Kí hiệu | Ý nghĩa – đơn vị |
|---|---|
| E₁, E₂ | Cường độ điện trường tại hai vị trí |
| r₁, r₂ | Khoảng cách từ các vị trí tới cùng Q |
Điều kiện: Cùng nguồn điện tích điểm, môi trường không đổi, r₁,r₂ >0.
Để tính bằng SI, đổi tất cả điện tích, khoảng cách sang C và m trước khi thế số.
| Kí hiệu | Ý nghĩa – đơn vị |
|---|---|
| μC | Micrôculông, 10⁻⁶ C |
| nC | Nanôculông, 10⁻⁹ C |
| kV/m | Kilôvôn trên mét, 10³ V/m |
Điều kiện: Giá trị k=9×10⁹ được sử dụng với SI.
Điện phổ là hình ảnh quan sát được từ sự sắp xếp các hạt nhỏ trong môi trường thí nghiệm điện trường. Đường sức điện là đường mô tả quy ước, có tiếp tuyến cùng hướng \(\vec E\) tại mỗi điểm; mật độ đường sức được vẽ tỉ lệ với độ mạnh yếu của điện trường. Đường sức không cắt nhau; bắt đầu từ điện tích dương, kết thúc ở điện tích âm hoặc kéo dài ra vô cực.
Đề: Q=+2 μC đặt tại O, M trên Ox dương, OM=30 cm, chân không.
Lời giải: E=9×10⁹·2×10⁻⁶/(0,30)²=2×10⁵ V/m. \(\vec E\) hướng theo +Ox (ra xa Q).
Đề: Tại M có E=200 kV/m theo +Ox. Đặt q=−3 nC tại M.
Lời giải: F=|q|E=3×10⁻⁹·2×10⁵=6×10⁻⁴ N; vì q âm nên \(\vec F\) theo −Ox.
Đề: Giữ Q không đổi, tại A cách Q 10 cm có E=900 kV/m. Tại B cách Q 30 cm?
Lời giải: E_B/E_A=(10/30)²=1/9 ⇒ E_B=100 kV/m.
Đề: Q=+4 μC, E=900 kV/m tại M. Tìm QM trong chân không.
Lời giải: r=√(k|Q|/E)=√(9×10⁹·4×10⁻⁶/9×10⁵)=0,20 m=20 cm.
Đề: A tại x=0, B tại x=30 cm, Q_A=Q_B=+1 μC. Tại trung điểm M, E=?
Lời giải: E_A=E_B và ngược chiều nhau (M nằm giữa hai nguồn dương) nên \(\vec E=\vec0\).
Đề: A tại x=0, B tại x=30 cm, Q_A=+1 μC, Q_B=−1 μC. Tại trung điểm M, E=?
Lời giải: Hai vectơ cùng hướng từ A sang B, mỗi vectơ 400 kV/m; E=800 kV/m theo +Ox.
Đề: Nguồn +1 μC đặt ở B(3 cm,0), nguồn +2 μC đặt ở C(0,4 cm), cần E tại O(0,0); trục Ox sang phải và Oy lên trên.
Lời giải: E_B hướng −Ox, E_B=10000 kV/m; E_C hướng −Oy, E_C=11250 kV/m; E=√(10000²+11250²)≈15052,0 kV/m.
Đề: Có một điện tích điểm âm cô lập. Tại sao đường sức chỉ vào điện tích và nơi gần điện tích đường sức dày hơn?
Lời giải: Theo định nghĩa, hướng đường sức là hướng lực lên điện tích thử dương; điện tích âm hút thử dương. E∼1/r² nên mạnh hơn khi r giảm; mật độ đường sức vẽ lớn hơn.
Mô hình tính toán dựa trên điện tích điểm, đứng yên trong chân không. Các mũi tên minh họa chiều và hướng; độ dài có điều tiết để dễ quan sát, không cùng thang tuyệt đối.
Đường sức là mô hình quy ước, không phải đường chuyển động của hạt mang điện. Đồ thị dùng riêng cho điện tích điểm cô lập.
Nhập chỉ giá trị số (đơn vị nêu trong đề). Hệ thống chấp nhận dấu phẩy hoặc dấu chấm thập phân, kiểm tra ngay và lưu tiến độ trên trình duyệt.
8 câu ABCD (2 điểm); 4 câu Đúng/Sai bốn ý (4 điểm; 0–0,1–0,25–0,5–1 điểm cho mỗi câu); 8 câu trả lời ngắn (2 điểm); 2 câu tự luận (2 điểm, theo rubric). Tổng tối đa 10 điểm.
Chuỗi nhận thức: điện tích nguồn → điện trường → cường độ điện trường → vectơ lực → điện phổ và đường sức.
Sự phân bố điện tích trong đám mây dông có thể tạo điện trường rất mạnh. Khi điều kiện phóng điện được thỏa mãn có thể xuất hiện tia sét; tuyệt đối không thực hành gần nguồn điện áp cao.
Hạt cách điện nhỏ lơ lửng trong dầu có thể sắp xếp theo hình ảnh điện phổ dưới tác dụng của điện trường. Hình ảnh đó giúp hình dung điện trường, nhưng không phải bản thân đường sức.
Trong điều kiện thời tiết quang đãng, gần bề mặt Trái Đất có thể tồn tại điện trường hướng xuống dưới, độ lớn cỡ 100–200 V/m. Những tương tác thực tế của bụi còn phụ thuộc lực hấp dẫn, lực cản không khí, điện tích và điều kiện môi trường; không thể chỉ dựa vào điện trường để kết luận chuyển động.
Nội dung kiến thức: SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức, Bài 17 (trang 65–70). Ví dụ, câu hỏi, số liệu và mô phỏng do HAT biên soạn; sử dụng mô hình điện tích điểm trong chân không khi tính toán.