Bài giải môn Vật lý 11

Chào các em học sinh!
Hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập về lực tương tác tĩnh điện giữa các điện tích. Đây là một kiến thức rất quan trọng trong chương trình Vật lý 11 của chúng ta.

Đề bài: Một phân tử DNA bao gồm hai nhánh xoắn kép được liên kết với nhau có chiều dài 0,459.10^-6 m. Phần đuôi của phân tử có thể bị ion hoá mang điện tích âm q₁ = -1,6.10^-19C đầu còn lại mang điện tích dương q₁ = 1,6.10^-19C. Tìm lực tương tác tĩnh điện của phân tử DNA theo đơn vị 10^-17C ( làm tròn 2 số thập phân).

Trước hết, chúng ta cùng phân tích các thông số đã cho và xác định yêu cầu của bài toán nhé!

1. Phân tích đề bài và tóm tắt:
Chúng ta có một phân tử DNA với hai điện tích tập trung ở hai đầu.

• Chiều dài của phân tử DNA, chính là khoảng cách giữa hai điện tích: \(r = 0,459 \cdot 10^{-6}\) m
• Điện tích tại một đầu (phần đuôi): \(q_1 = -1,6 \cdot 10^{-19}\) C
• Điện tích tại đầu còn lại: \(q_2 = 1,6 \cdot 10^{-19}\) C

Hằng số Coulomb trong không khí (hoặc chân không) là: \(k = 9 \cdot 10^9 \text{ N} \cdot \text{m}^2/\text{C}^2\)
Yêu cầu: Tìm lực tương tác tĩnh điện \(F\), làm tròn 2 chữ số thập phân và biểu diễn theo đơn vị \(10^{-17}\) N (Lưu ý: Thầy giả định đề bài có sự nhầm lẫn về đơn vị, lực phải có đơn vị là Newton (N) chứ không phải Coulomb (C) nhé các em!).

2. Công thức áp dụng:
Để tính lực tương tác tĩnh điện giữa hai điện tích điểm, chúng ta sử dụng định luật Coulomb:

\(F = k \frac{|q_1 \cdot q_2|}{r^2}\)

Trong đó:

• \(F\) là độ lớn lực tương tác tĩnh điện (N)
• \(k\) là hằng số Coulomb (\(9 \cdot 10^9 \text{ N} \cdot \text{m}^2/\text{C}^2\))
• \(q_1\), \(q_2\) là độ lớn các điện tích (C)
• \(r\) là khoảng cách giữa hai điện tích (m)

3. Tiến hành giải:
Bây giờ, chúng ta sẽ thay các giá trị đã biết vào công thức:

Đầu tiên, tính tích độ lớn của hai điện tích:

\(|q_1 \cdot q_2| = |(-1,6 \cdot 10^{-19} \text{ C}) \cdot (1,6 \cdot 10^{-19} \text{ C})|\)

\(|q_1 \cdot q_2| = |- (1,6)^2 \cdot 10^{-19-19} \text{ C}^2|\)

\(|q_1 \cdot q_2| = | – 2,56 \cdot 10^{-38} \text{ C}^2|\)

\(|q_1 \cdot q_2| = 2,56 \cdot 10^{-38} \text{ C}^2

Tiếp theo, tính bình phương khoảng cách giữa hai điện tích:

\(r^2 = (0,459 \cdot 10^{-6} \text{ m})^2\)

\(r^2 = (0,459)^2 \cdot (10^{-6})^2 \text{ m}^2\)

\(r^2 = 0,210681 \cdot 10^{-12} \text{ m}^2

Bây giờ, chúng ta thay tất cả vào công thức định luật Coulomb:

\(F = k \frac{|q_1 \cdot q_2|}{r^2}\)

\(F = 9 \cdot 10^9 \text{ N} \cdot \text{m}^2/\text{C}^2 \cdot \frac{2,56 \cdot 10^{-38} \text{ C}^2}{0,210681 \cdot 10^{-12} \text{ m}^2}\)

Gộp các hệ số và các lũy thừa của 10:

\(F = \frac{9 \cdot 2,56}{0,210681} \cdot \frac{10^9 \cdot 10^{-38}}{10^{-12}}\)

\(F = \frac{23,04}{0,210681} \cdot 10^{9 – 38 – (-12)}\)

\(F = 109,3559… \cdot 10^{9 – 38 + 12}\)

\(F = 109,3559… \cdot 10^{-17} \text{ N}

4. Làm tròn kết quả:
Theo yêu cầu đề bài, chúng ta làm tròn kết quả đến 2 chữ số thập phân:

\(F \approx 109,36 \cdot 10^{-17} \text{ N}

5. Nhận xét về lực tương tác:
Vì hai điện tích \(q_1\) và \(q_2\) trái dấu (\(-1,6 \cdot 10^{-19}\) C và \(1,6 \cdot 10^{-19}\) C) nên lực tương tác giữa chúng là lực hút.

Kết luận:
Vậy, lực tương tác tĩnh điện giữa hai đầu của phân tử DNA có độ lớn là \(109,36 \cdot 10^{-17}\) N.

Hy vọng qua bài giải chi tiết này, các em đã nắm rõ cách áp dụng định luật Coulomb. Hãy luyện tập thêm để thành thạo hơn nhé!