Chào các em học sinh yêu quý của thầy! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập nhỏ liên quan đến cường độ điện trường và lực điện do điện tích điểm gây ra. Đây là kiến thức rất quan trọng trong chương trình Vật lý 11 của chúng ta.

Chúng ta cùng đọc đề bài nhé:

Câu 7: Trong chân không đặt cố định một điện tích điểm. Tại một điểm cách nó một khoảng 2cm có điện tích \(q = 10^{-6} C\).

Ở đây, đề bài bị thiếu giá trị của điện tích điểm cố định. Dựa vào các lựa chọn, ta có thể suy đoán điện tích điểm cố định đó là \(Q = -2.1 \times 10^{-13} C\). Thầy sẽ dùng giá trị này để giải bài. (Lưu ý: “m mũ -13C” có thể là lỗi đánh máy và nên hiểu là “\(\times 10^{-13} C\)”).

Hãy phân tích từng phát biểu A, B, C, D để xem phát biểu nào là đúng.

Dữ kiện đã cho:

• Điện tích điểm gây trường: \(Q = -2.1 \times 10^{-13} C\)
• Khoảng cách từ Q đến điểm M (nơi đặt q): \(r = 2 \text{ cm} = 0.02 \text{ m}\)
• Điện tích đặt tại M: \(q = 10^{-6} C\)
• Hằng số điện môi trong chân không: \(k = 9 \times 10^9 \text{ Nm}^2/C^2\)

Nhắc lại các công thức cần thiết:

• Cường độ điện trường do điện tích điểm Q gây ra tại điểm M cách Q một khoảng r có độ lớn: \(E = k \frac{|Q|}{r^2}\)
• Chiều của véc tơ cường độ điện trường \(\vec{E}\):
  • Hướng ra xa điện tích nguồn nếu Q dương.
  • Hướng vào điện tích nguồn nếu Q âm.
• Độ lớn của lực điện tác dụng lên điện tích q đặt trong điện trường E: \(F = |q|E\)

Bây giờ chúng ta sẽ đi vào phân tích từng phát biểu:

a) Cường độ điện trường do Q gây ra tại M hướng về phía Q.

Điện tích nguồn \(Q = -2.1 \times 10^{-13} C\) là một điện tích âm.
Theo quy ước, đường sức điện trường xuất phát từ điện tích dương và kết thúc ở điện tích âm. Do đó, cường độ điện trường \(\vec{E}\) do một điện tích âm gây ra tại một điểm bất kỳ sẽ luôn có chiều hướng về phía điện tích âm đó.

Vậy, phát biểu (a) là Đúng.

b) Cường độ điện trường do Q gây ra tại M phụ thuộc vào q.

Cường độ điện trường là đại lượng đặc trưng cho tính chất của điện trường về phương diện tác dụng lực. Nó được tạo ra bởi điện tích nguồn Q và phụ thuộc vào độ lớn của Q và khoảng cách từ Q đến điểm khảo sát (r).
Công thức tính độ lớn cường độ điện trường là \(E = k \frac{|Q|}{r^2}\).
Ta thấy rõ ràng, công thức này không chứa đại lượng q (điện tích thử). Điện tích q chỉ được dùng để “thử” xem điện trường mạnh hay yếu, và nó chịu tác dụng lực trong điện trường đó, chứ nó không làm thay đổi bản thân điện trường do Q gây ra.

Vậy, phát biểu (b) là Sai.

c) Cường độ điện trường do Q gây ra tại M có độ lớn 4,5 V/m.

Chúng ta sẽ tính toán độ lớn của cường độ điện trường E bằng công thức: \(E = k \frac{|Q|}{r^2}\)

\(E = (9 \times 10^9) \frac{|-2.1 \times 10^{-13}|}{(0.02)^2}\)

\(E = (9 \times 10^9) \frac{2.1 \times 10^{-13}}{0.0004}\)

\(E = (9 \times 10^9) \times (5.25 \times 10^{-10})\)

\(E = 47.25 \times 10^{-1}\)

\(E = 4.725 \text{ V/m}\)

Giá trị tính được là 4.725 V/m, không phải 4.5 V/m như trong phát biểu.

Vậy, phát biểu (c) là Sai.

d) Lực điện do điện trường của Q tác dụng lên q có độ lớn 4,5.10-6.

Chúng ta sẽ tính độ lớn của lực điện F tác dụng lên q bằng công thức: \(F = |q|E\)

Sử dụng giá trị E mà chúng ta vừa tính được ở trên (\(E = 4.725 \text{ V/m}\)) và \(q = 10^{-6} C\).

\(F = (10^{-6}) \times (4.725)\)

\(F = 4.725 \times 10^{-6} \text{ N}\)

Giá trị tính được là \(4.725 \times 10^{-6} \text{ N}\), không phải \(4.5 \times 10^{-6} \text{ N}\) như trong phát biểu.

Vậy, phát biểu (d) là Sai.

Kết luận:

Qua phân tích chi tiết từng phát biểu, ta thấy rằng chỉ có phát biểu (a) là đúng.

Chúc các em học tốt và nắm vững kiến thức này nhé!