Thuyết Electron Sự nhiễm điện, Công thức Định luật bảo toàn điện tích và Bài tập - Vật lý 11 bài 2

Thuyết Electron về sự nhiễm điện chính là lời giải đáp cho hiện tượng trên, vậy thuyết Electron được phát biểu như thế nào? Định luật Bảo toàn điện tích có công thức thế nào, phát biểu ra sao? chúng ta sẽ cùng tìm hiểu qua bài viết này nhé.

I. Thuyết Electron là gì?

1. Cấu tạo nguyên tử về phương diện điện. Điện tích nguyên tố

a) Nguyên tử có cấu tạo gồm một hạt nhân mang điện dương nằm ở trung tâm và các êlectron 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.

Êlectron có điện tích là -1,6.10^-19 C và khối lượng là 9,1.10-³¹ kg. Prôtôn có điện tích là +1,6.10-¹⁹ C và khối lượng là 1,67.10^-27 kg. Khối lượng của nơtron xấp xỉ bằng khối lượng của prôtôn.

Số prôtôn trong hạt nhân bằng số êlectron quay xung quanh hạt nhân nên độ lớn của điện tích dương của hạt nhân bằng độ lớn của điện tích âm của các êlectron và nguyên tử ở trạng thái trung hoà về điện.

b) Điện tích của êlectron và điện tích của prôtôn là điện tích nhỏ nhất mà ta có thể có đượcvà được gọi là những điện tích nguyên tố (âm hoặc dương).

2. Thuyết Electron

- Thuyết dựa vào sự cư trú và di chuyển của các êlectron để giải thích các hiện tượng điện và các tính chất điện của các vật gọi là thuyết êlectron.

a) Êlectron có thể rời khỏi nguyên tử để di chuyển từ nơi này đến nơi khác. Nguyên tử bị mất êlectron sẽ trở thành một hạt mang điện dương gọi là ion dương.

b) Một nguyên tử trung hoà có thể nhận thêm êlectron để trở thành một hạt mang điện âm và được gọi là ion âm.

c) Một vật nhiễm điện âm khi số êlectron mà nó chứa lớn hơn số điện tích nguyên tố dương (prôtôn). Nếu số êlectron ít hơn số prôtôn thì vật nhiễm điện dương.

II. Vận dụng thuyết Electron

1. Vật (chất) dẫn điện và vật (chất) cách điện

- Vật (chất) dẫn điện là vật (chất) có chứa nhiều điện tích tự do. Điện tích tự do là điện tích có thể di chuyển từ điểm này đến điểm khác trong phạm vi thể tích của vật dẫn.

- Các chất dẫn điện: Kim loại; các dung dịch axit, bazơ và muối.

- Vật (chất) cách điện là vật (chất) không chứa hoặc chứa rất ít điện tích tự do. Các chất cách điện như: Không khí khô, dầu, thuỷ tinh, sứ, cao su, một số nhựa,...

2. 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 dấu với vật đó. Đó là sự nhiễm điện do tiếp xúc.

3. Sự nhiễm điện do hưởng ứng

- Đưa một quả cầu A nhiễm điện dương lại gần đầu M của một thanh kim loại MN trung hoà về điện. Ta thấy đầu M nhiễm điện âm, còn đầu N nhiễm điện dương. Sự nhiễm điện của thanh kim loại MN là sự nhiễm điện do hưởng ứng (hay hiện tượng cảm ứng tĩnh điện).

III. Định luật bảo toàn điện tích

- Trong một hệ vật cô lập về điện, tổng đại số của các điện tích là không đổi.

- Hệ vật cô lập về điện là hệ vật không có trao đổi điện tích với các vật khác ngoài hệ.

IV. Bài tập vận dụng thuyết Electron và định luật bảo toàn điện tích

* Bài 1 trang 14 SGK Vật Lý 11: Trình bày nội dung của thuyết êlectron

° Lời giải bài 1 trang 14 SGK Vật Lý 11:

- Thuyết Electron là thuyết dựa vào sự cư trú và di chuyển của các electron để giải thích các hiện tượng điện và các tính chất điện của các vật.

- Trong một số điều kiện, nguyên tử có thể mất electron và trở thành ion dương. Nguyên tử cũng có thể nhận thêm electron và trở thành ion âm.

* Bài 2 trang 14 SGK Vật Lý 11: Giải thích hiện tượng nhiễm điện âm của một quả cầu kim loại do tiếp xúc bằng thuyết êlectron

° Lời giải bài 2 trang 14 SGK Vật Lý 11:

- Khi cho quả cầu kim loại tiếp xúc với một vật nhiễm điện âm thì một phần trong số electron ở kim loại truyền sang quả cầu cho đến khi điện tích hai vật cân bằng. Do đó sau khi tiếp xúc với vật nhiễm điện âm thì quả cầu kim loại cũng sẽ nhiễm điện âm vì bị thừa electron.

* Bài 3 trang 14 SGK Vật Lý 11: Trình bày hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng và giải thích hiện tượng đó bằng thuyết êlectron.

° Lời giải bài 3 trang 14 SGK Vật Lý 11:

◊ Hiện tượng nhiễm điện do hưởng ứng:

- Đưa quả cầu A nhiễm điện dương lại gần đầu M của thanh kim loại MN trung hòa về điện. Đầu M nhiễm điện âm, đầu N nhiễm điện dương. Nếu đưa quả cầu A ra xa thì thanh kim loại MN trở lại trạng thái trung hòa về điện .

◊ Giải thích:

- Điện tích dương ở quả cầu A sẽ hút các êlectron tự do trong thanh kim loại MN về phía nó. Vì vậy, ở đầu M gần quả cầu A sẽ thừa êlectron nên nhiếm điện âm, còn đầu N thiếu êlectron nên nhiễm điện dương.

- Khi đưa quả cầu A ra xa thì không có lực tương tác tĩnh điện nên các điện tích sắp xếp một cách mất trật tự và thanh MN trở về trạng thái trung hòa về điện.

* Bài 4 trang 14 SGK Vật Lý 11: Phát biểu định luật bảo toàn điện tích và vận dụng để giải thích hiện tượng xảy ra khi cho một quả cầu nhiễm điện dương tiếp xúc với một quả cầu tích điện âm.

° Lời giải bài 4 trang 14 SGK Vật Lý 11:

◊ Định luật bảo toàn điện tích:

- Trong một hệ cô lập về điện, tổng đại số các điện tích là không đổi.

◊  Khi cho quả cầu nhiễm điện dương tiếp xúc với một quả cầu tích điện âm thì sau khi tiếp xúc hai quả cầu sẽ có thể cùng nhiễm điện dương hoặc cùng nhiễm điện âm,hoặc sẽ trung hòa về điện.

◊ Giải thích: Có thể xem hai quả cầu là hệ cô lập về điện và sau khi tiếp xúc các quả cầu sẽ nhiễm điện giống nhau, nên nếu tổng đại số của hai quả cầu:

- Là một số dương thì sau khi tiếp xúc hai quả cầu sẽ nhiễm điện dương

- Là một số âm thì sau khi tiếp xúc hai quả cầu sẽ nhiễm điện âm

- Bằng 0 thì sau khi tiếp xúc hai quả cầu sẽ trung hòa về điện

* Bài 5 trang 14 SGK Vật Lý 11: Chọn câu đúng.

Đưa một quả cầu tích điện Q lại gần một quả cầu M nhỏ, nhẹ, bằng bấc, treo ở đầu một sợi chỉ thẳng đứng. Quả cầu bấc M bị hút dính vào quả cầu Q .Sau đó thì

A. M tiếp tục bị hút vào Q

B. M rời Q và vẫn bị hút lệch về phía Q

C. M rời Q về vị trí thẳng đứng

D. M bị đẩy lệch về phía bên kia

° Lời giải bài 5 trang 14 SGK Vật Lý 11:

◊ Chọn đáp án: D.M bị đẩy lệch về phía bên kia

- Đầu tiên M bị hút dính vào Q do hiện tượng nhiễm điện hưởng ứng. Khi dính vào Q nó lại bị nhiễm điện tiếp xúc với Q nên M và Q bị nhiễm điện giống nhau và bị đẩy ra xa.

* Bài 6 trang 14 SGK Vật Lý 11: Đưa một quả cầu Q tích điện dương lại gần đầu M của một khối trụ kim loại MN

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?

 A. Điện tích ở M và N không thay đổi

 B. Điện tích ở M và N mất hết

 C. Điện tích ở M còn, ở N mất

 D. Điện tích ở M mất, ở N còn

° Lời giải bài 6 trang 14 SGK Vật Lý 11:

◊ Chọn đáp án: A. Điện tích ở M và N không thay đổi

- Vì các điện tích tập trung ở hai đầu M và N, ở I hầu như không có điện tích