Cường độ điện trường là gì? Các dạng bài tập cần nắm vững

Cường độ điện trường là một trong những phần kiến thức trọng tâm trong một Vật lý. Bài viết sau đây là tóm tắt kiến thức lý thuyết và các dạng bài tập về chủ đề này.

Contents

1 Cường độ điện trường là gì?
2 Vecto cường độ điện trường
3 Nguyên lý chồng chất điện trường
4 Đường sức điện
5 Các dạng bài tập cường độ điện trường cần nắm vững

Cường độ điện trường là gì?

Để hiểu rõ được cường độ điện trường là gì? Các bạn hãy cùng chúng tôi tìm hiểu các khái niệm và định nghĩa trong phần dưới đây.

Khái niệm: Đặt 1 điện tích điểm Q tại một điểm O. Q sẽ tạo ra một điện trường xung quanh nó. Khi nghiên cứu điện trường của Q tại một điểm M thì ta đặt tại đó 1 điện tích thử q, rồi xét lực điện tác dụng lên q. Căn cứ vào định luật Cu-lông, khi q nằm càng xa Q thì lực điện sẽ càng nhỏ. Vì vậy, ta có thể nói điện trường tại các điểm càng xa Q càng yếu đi. Vì thế, ta có khái niệm cường độ điện trường đặc trưng cho sự mạnh hay yếu của điện trường tại 1 điểm.
Định nghĩa: Cường độ điện trường tại 1 điểm là đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng tác dụng lực của điện trường tại chính điểm đó. Đại lượng này được tính bằng thương số giữa độ lớn lực điện F tác dụng lên 1 điện tích thử dương q đặt tại điểm đó với độ lớn của q. Cường độ điện trường công thức tính là:

$small E=frac{F}{q}$

Trong đó:

E là cường độ điện trường tại điểm đang xét, đơn vị V/m.
F là lực điện tác dụng lên điện tích thử, đơn vị N.
q là điện tích thử, đơn vị C.

Tham khảo:
Điện trường là gì? Năng lượng điện trường là gì?

Vecto cường độ điện trường

Cường độ điện trường được biểu diễn bằng 1 vecto, gọi là vecto cường độ điện trường. Vecto này đặc trưng cho hướng, độ lớn của điện trường về mặt tác dụng lực.

$small overrightarrow{E}=frac{overrightarrow{F}}{q}$

Vecto small overrightarrow{E} có:

Phương: Trùng với phương của lực điện tác dụng lên điện tích thử dương q.
Chiều: Trùng với chiều của lực điện tác dụng lên điện tích thử dương q.
Độ dài: Biểu diễn độ lớn của cường độ điện trường theo một tỷ lệ nào đó.

Lực và cường độ điện trường có mối quan hệ như thế nào?

$\displaystyle \vec{E}=\frac{{\vec{F}}}{q}\Rightarrow \vec{F}=q.\vec{E}$

q > 0: $\displaystyle \vec{F}$ cùng phương và cùng chiều với $\displaystyle \vec{E}$ .
q < 0: $\displaystyle \vec{F}$ cùng phương nhưng ngược chiều với $\displaystyle \vec{E}$ .

Xét cường độ điện trường tại 1 điện tích điểm:

Điểm đặt: Tại điểm đang xét.
Phương là đường nối giữa M và Q.
Chiều: nếu Q > 0 thì chiều hướng ra xa, còn Q < 0 thì chiều hướng vào.
Độ lớn: $\displaystyle E=k\frac{\left| Q \right|}{\varepsilon .{{r}^{2}}}$ , trong đó k = 9.10^9 $\displaystyle \left( \frac{N.{{m}^{2}}}{{{C}^{2}}} \right)$ .

Nguyên lý chồng chất điện trường

Giả sử: Có 2 điện tích điểm Q1, Q2 gây ra tại điểm M 2 vecto $\overrightarrow{{{E}_{1}}},\overrightarrow{{{E}_{2}}}$ . Khi đó ta có nguyên lý:

Các điện trường $\overrightarrow{{{E}_{1}}},\overrightarrow{{{E}_{2}}}$ đồng thời tác dụng lên điện tích q một cách độc lập với nhau. Điện tích q chịu tác động từ điện trường tổng hợp small overrightarrow{E} :

$small E=overrightarrow{E_{1}}+overrightarrow{E_{2}}$

Các vecto cường độ điện trường tại 1 điểm được tổng hợp theo quy tắc hình bình hành.

Tính cường độ điện trường tại 1 điểm theo quy tắc hình bình hành

Giả sử: Tại điểm đang xét chỉ có 2 cường độ điện trường, ta có:

$\displaystyle \vec{E}={{\vec{E}}_{1}}+{{\vec{E}}_{2}}$
$\displaystyle {{\vec{E}}_{1}}\uparrow \uparrow {{\vec{E}}_{2}}\Rightarrow E={{E}_{1}}+{{E}_{2}}$
$\displaystyle {{\vec{E}}_{1}}\uparrow \downarrow {{\vec{E}}_{2}}\Rightarrow E=\left| {{E}_{1}}-{{E}_{2}} \right|$
$\displaystyle {{\vec{E}}_{1}}\bot {{\vec{E}}_{2}}\Rightarrow E=\sqrt{E_{1}^{2}+E_{2}^{2}}$
$\displaystyle \left( {{{\vec{E}}}_{1}},{{{\vec{E}}}_{2}} \right)=\alpha \Rightarrow E=\sqrt{E_{1}^{2}+E_{2}^{2}+2{{E}_{1}}{{E}_{2}}\cos \alpha }$
$\displaystyle {{E}_{1}}={{E}_{2}}\Rightarrow E=2{{E}_{1}}\cos \frac{\alpha }{2}$

Đường sức điện

Hỉnh ảnh những hạt cách điện nằm dọc theo các đường nối hai quả cầu kim loại được gọi là đường sức điện. Vì vậy, hãy cùng tìm hiểu chi tiết đường sức điện là gì nhé!

Định nghĩa

Đường sức điện là đường mà tiếp tuyến tại mỗi điểm là giá của vecto cường độ điện trường tại chính điểm đó. Bạn cũng có thể hiểu, đường sức điện là đường mà lực điện trường tác dụng dọc theo nó.

Đường sức điện trong trường của một điện tích điểm có thể vẽ được một số trường hợp như sau:

Hình dạng đường sức của một số điện trường

Đặc điểm của đường sức điện

Chỉ có 1 đường sức điện đi qua 1 điểm nằm trong điện trường.
Đường sức điện có hướng và đó chính là hướng của vecto cường độ điện trường tại điểm đó.
Các đường sức của trường tĩnh điện là đường cong không khép kín đi ra từ điện tích dương và kết thúc ở vô cùng hoặc điện tích âm.
Mật độ các đường sức điện dày đặc hơn ở nơi có điện trường mạnh và ngược lại. Tuy nhiên, ta chỉ vẽ một vài đường theo quy ước: Số đường sức đi qua một điện tích nhất định đặt vuông góc với đường sức điện tại điểm xét thì sẽ tỉ lệ với cường độ điện trường tại điểm đó.

Điện trường đều

Điện trường đều có vecto cường độ điện trường tại mọi điểm đều cùng phương, cùng chiều, cùng độ lớn và là các đường thẳng song song cách đều.

Các dạng bài tập cường độ điện trường cần nắm vững

Dạng 1: Cường độ điện trường do 1 điện tích điểm gây ra

Phương pháp:

Cường độ điện trường tạo ra bởi 1 điện tích điểm gọi là Q tại điểm M có khoảng cách r sẽ có những đặc điểm:

Điểm đặt: Tại điểm đang xét
Phương: Nằm trên đường thẳng nối giữa Q và M
Chiều: Q > 0 thì hướng ra xa và ngược lại.
Độ lớn: $\displaystyle E=k\frac{\left| Q \right|}{\varepsilon .{{r}^{2}}}$

Dạng 2: Điện trường do nhiều điện tích điểm gây ra

Bài toán 1: Xác định hợp lực điện tác dụng lên 1 điện tích

Phương pháp: Tìm hợp lực sinh ra tại điểm O do những điện tích q1, q2,…:

Bước 1: Xác định vị trí đặt các điện tích (hình vẽ).
Bước 2: Tính lần lượt độ lớn của các lực E01, E02,…, En do q1, q2,… tác dụng lên q0.
Bước 3: Vẽ hình các vecto lực E01, E02,…, En.

Bài toán 2: Biết cường độ điện trường, tính lực điện tác dụng lên 1 điện tích

Bài toán 3: Bài toán về điều kiện để tổng cường độ điện trường bằng 0

Bài toán 4: Biện luận: Xác định điều kiện để có giá trị Emax hoặc Emin

Bước 1: Lập biểu thức của E theo đại lượng cần tìm điều kiện.
Bước 2: Sử dụng toán học để khảo sát bằng cách: Lập luận tử mẫu, sử dụng các bất đẳng thức,…

Dạng 3: Điện tích trong điện trường

Phương pháp 1: Sử dụng phương pháp động lực học

Xác định các lực tác dụng: Tính độ lớn, biểu diễn hoặc viết biểu thức.
Nếu điều kiện cân bằng thì sử dụng định luật I, còn nếu là chuyển động có gia tốc thì sử dụng định luật II.
Khử dấu vecto theo một trong 2 cách: Chiếu hoặc dùng hình.

Phương pháp 2: Sử dụng định lý động năng

Bài viết trên đã tổng hợp khá đầy đủ lý thuyết cường độ điện trường và các dạng bài tập thường gặp. Mong rằng những kiến thức tóm gọn lại trong bài sẽ giúp ích được cho bạn. Theo dõi kienthucmaymoc.com để cùng nhau học tập và trao đổi bạn nhé!

Có thể bạn quan tâm:
Điện trở của dây dẫn là gì? Công thức điện trở của dây dẫn

H	B	T	N	S	B	C
		1	2	3	4	5
6	7	8	9	10	11	12
13	14	15	16	17	18	19
20	21	22	23	24	25	26
27	28	29	30	31

Cường độ điện trường, công thức tính và các dạng bài tập cần nhớ

Cường độ điện trường là gì?

Vecto cường độ điện trường

Nguyên lý chồng chất điện trường