Cường độ điện trường là gì? Công thức tính cường độ điện trường và bài tập

Cường độ điện trường là một khái niệm quan trọng trong chương trình môn Vật Lý ở trung học phổ thông. Hôm nay Palada.vn sẽ cùng các bạn và các em học sinh tổng hợp những kiến thức về điện trường và cường độ điện trường, công thức cũng như các ví dụ và bài tập cơ bản để củng cố về khái niệm này.

I. Điện trường là gì?

1. Thí nghiệm nhận biết điện trường

Giả sử ta đặt hai quả cầu được tích điện trái dấu trong một bình kín, sau đó hút hết không khí ra thì lực hút giữa hai quả cầu sẽ mạnh lên. Như vậy, ta nhận thấy vẫn phải có một môi trường nào đó để truyền tương tác điện giữa hai quả cầu. Môi trường đó chính là điện trường.

2. Khái niệm điện trường

Điện trường là một dạng vật chất (hay gọi là môi trường) bao quanh điện tích, gắn liền với điện tích. Điện trường tác dụng một lực đó là lực điện lên các điện tích khác được đặt trong nó.

II. Cường độ điện trường là gì?

1. Khái niệm cường độ điện trường

Giả sử có một điện tích điểm tên là Q nằm tại điểm O. Điện tích này sẽ tạo ra một điện trường xung quanh nó. Để nghiên cứu về điện trường của Q tại điểm M, ta đặt tại đó một điện tích điểm để thử tên q và xem xét lực điện tác dụng lên điểm q.

Theo định luật Cu-lông, khi q càng nằm xa Q thì lực điện lại càng nhỏ. Ta phát biểu rằng điện trường tại các điểm càng xa Q càng yếu. Từ đó sinh ra khái niệm cường độ điện trường: cường độ điện trường là đại lượng đặc trưng cho sự mạnh, yếu của điện trường tại 1 điểm.

2. Định nghĩa thế nào là cường độ điện trường

Cường độ điện trường tại một điểm chính là đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của điện trường tại điểm đó. Nó được xác định bằng thương của độ lớn lực điện F tác dụng lên 1 điện tích thử q (q lấy số dương) đặt tại điểm đó và độ lớn của q.

Công thức:

E được gọi là cường độ điện trường tại điểm mà ta xét.

3. Vectơ cường độ điện trường

Cường độ điện trường gây ra bởi điện tích được biểu diễn bằng một vectơ. Vecto này gọi là vectơ cường độ điện trường E.

Vectơ biểu diễn cường độ điện trường  có:

– Phương và chiều trùng với phương và chiều lực điện tác dụng lên điện tích thử q +;

– Chiều dài (hay còn gọi là môđun) biểu diễn độ lớn của cường độ điện trường theo một tỷ lệ nào đó.

4. Đơn vị cường độ điện trường

Đơn vị đo cường độ điện trường dựa theo khái niệm là vôn trên mét (được kí hiệu là V/m).

5. Cường độ điện trường của một điện tích điểm Q là gì

Cường độ điện trường công thức của một điện tích điểm Q trong trạng thái chân không:

6. Nguyên lí về chồng chất điện trường

Các điện trường đồng thời tác dụng một lực điện lên điện tích q theo cách độc lập với nhau và điện tích q sẽ chịu tác dụng của điện trường tổng hợp  ta có:

Các vectơ của cường độ điện trường tại một điểm sẽ được tổng hợp theo quy tắc hình bình hành.

Bảng đơn vị đo khối lượng với những cách quy đổi nhanh, dễ nhớ

III. Đường sức điện

1. Hình ảnh các đường sức điện

Thí nghiệm: đặt hai quả cầu kim loại trong một bể nhỏ có hình hộp chữ nhật, thành bằng thuỷ tinh trong suốt, bên trong đựng dầu cách điện. Cho một ít các hạt cách điện (ví dụ như mạt cưa) nằm lơ lửng bên trong dầu. Ta khuấy đều các hạt cách điện rồi tiến hành tích điện trái dấu cho hai quả cầu. Lúc này chúng ta sẽ thấy các hạt cách điện nằm dọc theo những đường nối hai quả cầu gọi là đường sức điện.

2. Định nghĩa

Đường sức điện là đường mà có tiếp tuyến tại mỗi điểm của nó là giá của một vectơ cường độ điện trường tại một điểm đó. Hay nói cách khác đường sức điện là đường mà lực điện tác dụng dọc theo nó.

3. Hình ảnh minh họa đường sức điện của một số điện trường

–  Ta chỉ có thể vẽ được những đường sức điện trong các trường hợp đơn giản như: đường sức điện trong điện trường của 1 điện tích điểm như hình sau:

–  Trong những trường hợp khác thì phải chụp lại ảnh và vẽ theo ảnh chụp được, ví dụ như hình sau:

4. Các đặc điểm đường sức điện

1. a) Đi qua mỗi điểm bên trong điện trường chỉ có duy nhất 1 đường sức điện.
2. b) Đường sức điện là những đường thẳng có hướng. Hướng của đường sức điện chính là hướng của vectơ cường độ điện trường tại một điểm đó.
3. c) Đường sức điện của điện trường tĩnh điện là một đường không khép kín. Nó đi ra từ một điện tích dương và kết thúc ở một điện tích âm. Nếu chỉ có một điện tích điểm thì các đường sức sẽ đi từ điện tích dương ra vô cực hoặc là đi từ vô cực đến điện tích âm.
4. d) Tuy các đường sức điện khá dày đặc, nhưng ta chỉ vẽ một số đường theo quy ước: Số đường sức điện đi qua một diện tích nhất định đặt vuông góc với đường sức điện tại điểm mà ta xét thì theo tỉ lệ với cường độ điện trường tại điểm đó.

Số nguyên tố là gì? Cách tìm số nguyên tố? Ví dụ

5. Điện trường đều

Khái niệm điện trường đều: là điện trường mà vectơ cường độ điện trường tại mọi điểm đều có cùng phương, chiều và độ lớn; đường sức điện là những đường thẳng song song cách đều.

Bài tập củng cố lý thuyết

Bài 1 (trang 20 Sách giáo khoa môn Vật Lý lớp 11)

Điện trường là gì?

Đáp án:

Điện trường là một môi trường (một dạng vật chất) bao quanh điện tích, do điện tích sinh ra và nó gắn liền với điện tích. Điện trường truyền tương tác điện đến điện tích khác đặt trong nó.

Bài 2 (trang 20 Sách giáo khoa môn Vật Lý lớp 11)

Cường độ điện trường là gì? Đại lượng này có thể xác định như thế nào? Đơn vị của nó là gì?

Đáp án:

– Cường độ điện trường gây ra bởi điện tích là đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của điện trường ở điểm đó.

– Cường độ điện trường tại một điểm được xác định bằng thương giữa cường độ lực điện F tác dụng lên một điện tích thử gọi là q (với q>0) đặt tại điểm đó và độ lớn của q được tính theo công thức:

– Đơn vị tính của cường độ điện trường là v/m.

Bài 8 (trang 20 Sách giáo khoa môn Vật Lý lớp 11)

Điện trường đều là gì?

Đáp án:

Điện trường đều là điện trường mà có cường độ tại mọi điểm như nhau; vectơ cường độ điện trường tại mọi điểm trong điện trường đó đều có cùng phương, chiều và độ lớn; đường sức điện có hình dáng là những đường thẳng song song và cách đều.

Bài 3 (trang 20 Sách giáo khoa môn Vật Lý lớp 11)

Thế nào là vectơ cường độ điện trường? Nêu đặc điểm của vectơ điện trường?

Đáp án:

– Cường độ điện trường là đại lượng có cùng hướng với lực điện tác dụng lên điện tích thử dương được biểu diễn bằng vectơ được gọi là vectơ cường độ điện trường.

– Vectơ cường độ điện trường E có đặc điểm:

+ Phương và chiều của lực tác dụng lên điện tích thử q dương đặt tại điểm đó.

+ Chiều dài biểu diễn độ lớn của cường độ điện trường theo tỉ lệ xích nào đó.

– Không bị phụ thuộc vào độ lớn điện tích thử q.

Bài 4 (trang 20 Sách giáo khoa môn Vật Lý lớp 11)

Viết công thức và nêu đặc điểm cường độ điện trường của 1 điện tích điểm.

Đáp án:

Công thức: 

Đặc điểm: Cường độ điện trường của điện tích Q gây ra tại một điểm M nào đó chỉ phụ thuộc vào bản thân điện tích Q đó (về dấu và độ lớn) và vị trí của điểm M chứ không phụ thuộc vào điện tích thử đặt tại điểm M.

Bài 5 (trang 20 Sách giáo khoa môn Vật Lý lớp 11)

Cường độ điện trường 1 hệ điện tích điểm được xác định như thế nào?

Đáp án:

Cường độ điện trường 1 hệ điện tích điểm được xác định như sau:

– Vẽ các vectơ cường độ điện trường do từng điện tích đã gây ra tại điểm khảo sát (thường gọi là các vectơ cường độ điện trường thành phần).

– Dùng quy tắc hình bình hành, chúng ta lần lượt cộng tổng các vectơ cường độ điện trường thành phần để tìm ra vectơ tổng. Vectơ tổng đó là cường độ điện trường tổng hợp do hệ điện tích đã gây ra tại điểm khảo sát.

Bài 6 (trang 20 Sách giáo khoa môn Vật Lý lớp 11)

Hãy phát biểu nguyên lí chồng chất điện trường.

Đáp án:

Vectơ cường độ điện trường tổng hợp do hệ điện tích điểm gây ra tại một điểm bằng tổng các vectơ cường độ điện trường do từng điện tích điểm gây ra tại điểm đó.

Bài 7 (trang 20 Sách giáo khoa môn Vật Lý lớp 11)

Nêu định nghĩa cùng đặc điểm của đường sức điện.

Đáp án:

– Định nghĩa về đường sức điện: Đường sức điện là đường mà có tiếp tuyến tại mỗi điểm của nó là giá của một vectơ điện trường, chiều của đường sức điện là chiều của vectơ điện trường tại điểm đó.

– Đặc điểm đường sức điện:

+ Đi qua mỗi điểm trong điện trường chỉ có duy nhất một đường sức điện.

+ Đường sức điện là những đường có hướng, là hướng của vectơ điện trường tại điểm đó.

+ Đường sức điện của điện trường tĩnh điện là không đường khép kín. Nó đi ra từ điện tích dương rồi kết thúc ở điện tích âm, hoặc là nó đi từ một điện tích ra vô cùng.

+ Ở nơi cường độ điện trường lớn thì các đường sức điện sẽ khít, còn ở chỗ có cường độ điện trường nhỏ thì các đường sức điện nhìn sẽ thưa.

Bài 9 (trang 20 Sách giáo khoa môn Vật Lý lớp 11)

Đại lượng nào cho dưới đây không ảnh hưởng đến cường độ điện trường điện tích điểm Q tại một điểm?

1. Điện tích Q. C. Điện tích thử q.
2. Khoảng cách r từ Q đến q. D. Hằng số về điện môi của môi trường.

Đáp án:

Chọn C.

Trên đây là tổng hợp những kiến thức cơ bản nhất về điện trường và cường độ điện trường gây ra bởi điện tích. Đây là một kiến thức quan trọng và cũng khá là thú vị trong thực tế, hi vọng rằng bài viết sẽ giúp các em dễ dàng hơn trong việc ôn tập môn Vật lý của mình.