Lực tổng hợp tác dụng lên một điện tích

VnHocTap.com giới thiệu đến các em học sinh lớp 11 bài viết Lực tổng hợp tác dụng lên một điện tích, nhằm giúp các em học tốt chương trình Vật lí 11.

Nội dung bài viết Lực tổng hợp tác dụng lên một điện tích:
Dạng 2: Lực tổng hợp tác dụng lên một điện tích A. Phương pháp giải – Khi một điện tích điểm q chịu tác dụng của nhiều lực tác dụng F1, F2,… do các điện tích điểm q1, q2,… gây ra thì hợp lực tác dụng lên q là: F = F1 + F2 +… + Để xác định độ lớn của hợp lực F ta có thể dựa vào: + định lí hàm cosin (a là góc hợp bởi F1 và F2). Nếu: F và F cùng chiều thì: F = F1 + F2 (a = 0 cosa = 1). F1 và F2 ngược chiều thì: F = F1 – F2 (a cosa = -1). F1 và F2 vuông góc thì: F = F1 + F2 (a = 90°, cosa = 0). F1 và F2 cùng độ lớn (F1 = F2) thì: F = 2F1cosa/2. Cùng chiều Ngược chiều Vuông góc Cùng độ lớn + Phương pháp hình chiếu: F = F1 + F2.
B. VÍ DỤ MẪU: Ví dụ 1: Hai điện tích q1 = 8.10-8C, q2 = – 8.10-8C đặt tại A, B trong không khí (AB 6cm). Xác định lực tác dụng lên q3 = 8.10-8C nếu: a) CA = 4cm, CB = 2cm b) CA = 4cm, CB = 10cm c) CA = CB = 5cm. Hướng dẫn giải: Điện tích q3 sẽ chịu hai lực tác dụng của q1 và q2 là F1 và F2. Lực tổng hợp tác dụng lên q là: F = F1 + F2 a) Trường hợp 1: CA = 4cm, CB = 2cm. Vì AC + CB = AB nên C nằm trong đoạn AB. q1, q3 cùng dấu nên F là lực đẩy; q2, q3 trái dấu nên F là lực hút. Trên hình vẽ, ta thấy F1 và F2 cùng chiều. Vậy: F cùng chiều F1 F2 (hướng từ C đến B). Độ lớn: F = F1 + F2 = k. b) Trường hợp 2: CA = 4cm, CB = 10cm. Vì CB – CA = AB nên C nằm trên đường AB ngoài khoảng AB về phía A.
Theo hình vẽ, ta thấy F1 và F2 ngược chiều, F1 > F2. Vậy: + F cùng chiều F (hướng xảy ra A, B) + Độ lớn F = F1 – F2 = 30,24.10 N c) Trường hợp 3: Vì C cách đều A, B nên C nằm trên đường trung trực của đoạn AB. Vì F1 = F2 nên F nằm trên phân giác góc (F1F2) (phân giác của hai góc kề bù). Độ lớn của lực tổng hợp: F = 2Fcosa = 27,65.10-2N. Vậy: F có phương song song với AB chiều hướng từ A đến B độ lớn F = 27,65.10-3N. Ví dụ 2: Ba điện tích điểm q1 = -10C, q2 = 5.10C, q3 = 4.10C lần lượt tại A, B, C trong không khí. Biết AB = 5 cm, BC = 1 cm, AC = 4 cm. Tính lực tác dụng lên mỗi điện tích. Hướng dẫn giải: Trong một tam giác tổng hai cạnh bất kì luôn lớn hơn cạnh còn lại nên dễ thấy A, B, C phải thẳng hàng. *Lực tác dụng lên điện tích điểm + Gọi F1, F2 lần lượt là lực do điện tích q1 và q2 tác dụng lên F. Lực F1, F2 được biểu diễn như hình + Gọi F là lực tổng hợp do q2 và tác dụng lên q. Ta có: F = F2 + F3 + Vì F2, F3 cùng phương cùng chiều nên ta có: F = F2 F3 = 0,0405(N) * Lực tác dụng lên điện tích q + Gọi E, F lần lượt là lực do điện tích q1 và q2 tác dụng lên q2.
Ví dụ 3. Ba điện tích điểm q1 = 4.10-8C, q2 = 4.10-8C, q3 = 5.10-8C đặt trong không khí tại ba đỉnh ABC của một tam giác đều cạnh a = 2cm. Xác định vectơ lực tác dụng lên q3. Hướng dẫn giải: Vectơ lực tác dụng lên q3 có: + điểm đặt tại C. + phương song song với AB. + chiều từ A đến B. + độ lớn F3 = 45.10-3N. Ví dụ 4: Người ta đặt 3 điện tích q1 = 8.10-9C, q2 = q3 = -8.10-9C tại 3 đỉnh của tam giác đều ABC cạnh a = 6 cm trong không khí. Xác định lực tác dụng lên q0 = 6.10-9C đặt tại tâm O của tam giác. Hướng dẫn giải: Gọi F1, F2, F3 lần lượt là lực do điện tích q1, q2 và q3 tác dụng lên q0 + Khoảng cách từ các điện tích đến tâm O. Lực tác dụng F1, F2, F3 được biểu diễn như hình + Gọi F là lực tổng hợp tác dụng lên điện tích q0. Vì tam giác ABC đều nên F3 // F1. Vậy lực tổng hợp F có phương AO có chiều từ A đến O độ lớn 7,2.10-4(N).
Ví dụ 5: Hai điện tích điểm q1 = 3.10-8C, q2 = 2.10-8C đặt tại hai điểm A và B trong chân không, AB = 5 cm. Điện tích q0 = -2.10-8C đặt tại M, MA = 4 cm, MB = 3 cm. Xác định lực điện tổng hợp tác dụng lên q0. Hướng dẫn giải: + Nhận thấy AB = AM2 + MB2 = tam giác AMB vuông tại M + Gọi E, F lần lượt là lực do điện tích q1 và q2 tác dụng lên q0. Lực tác dụng F1, F2 được biểu diễn như hình. Gọi F là lực tổng hợp tác dụng lên điện tích q0. Vậy lực tổng hợp F tác dụng lên q0 có điểm đặt tại C, phương tạo với F một góc p = 40° và độ lớn F = 5,234.10-3 N.
C. BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài 1. Đặt hai điện tích điểm q1 = -q2 = 8.10-8C tại A, B trong không khí cách nhau 6 cm. Xác định lực điện tác dụng lên q1 = 8.10-8C đặt tại C trong hai trường hợp: a. CA = 4cm; CB = 2cm b. CA = 4cm; CB = 10cm. Bài 2. Trong chân không, cho hai điện tích q = -q = 10C đặt tại hai điểm A và B cách nhau 8 cm. Xác định lực tổng hợp tác dụng lên điện tích q1 = 10-8C trong các trường hợp sau: a) Điện tích q0 đặt tại H là trung điểm của AB. b) Điện tích q0 đặt tại M cách A đoạn 4 cm, cách B đoạn 12 cm. Bài 3. Cho năm điện tích Q được đặt trên cùng một đường thẳng sao cho hai điện tích liền nhau cách nhau một đoạn a. Xác định lực tác dụng vào mỗi điện tích. Vẽ hình ký hiệu các điện tích bằng các chỉ số 1, 2, 3, 4, 5.
Bài 4. Đặt hai điện tích điểm q1 = -q2 = 2.10C tại A, B trong không khí cách nhau 12 cm. Xác định lực điện tác dụng lên q0 = 4.10-8C tại C mà CA = CB = 10cm. Bài 5. Tại hai điểm A và B cách nhau 20 cm trong không khí, đặt hai điện tích q1 = -3.10-8C, q2 = 8.10-8C. Xác định lực điện trường tác dụng lên điện tích q3 = 2.10-6C đặt tại C. Biết AC = 12 cm, BC = 16 cm. Bài 6. Ba điện tích q1 = q2 = q3 = 1,6.10-19 C đặt trong không khí tại 3 đỉnh của tam giác đều ABC cạnh a = 16 cm. Xác định véctơ lực tác dụng lên q0. Bài 7. Tại ba đỉnh tam giác đều cạnh a = 6cm trong không khí có đặt ba điện tích q = 6.10-9C, q2 = q3 > 8.10-9C. Xác định lực tác dụng lên q0 = 8.10C tại tâm tam giác. Bài 8. Có 6 điện tích q bằng nhau đặt trong không khí tại 6 đỉnh lục giác đều cạnh a. Tìm lực tác dụng lên mỗi điện tích. D. HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP VẬN DỤNG.