Giải Thích Hiện Tượng Điện Tĩnh và Ứng Dụng | Môn Vật lý kỹ thuật - Đại học Xây Dựng Hà Nội

lOMoAR cPSD| 59054137
Câu 1 . Cọ xát một cái lược nhựa vào quần áo, người ta thấy nó có thể hút các
mảnh giấy đã được cắt nhỏ như Hình 1. Hãy giải thích hiện tượng. Nếu thay
lược nhựa bằng một cái lược bằng nhôm thì hiện tượng trên có xảy ra không? Vì sao?
- Khi cọ xát cái thước nhựa vào quần áo,người ta thấy có thể hút các mảnh giấy
nhỏ do khi cọ xát thì các electron mang điện tích âm sẽ dịch chuyển từ lược
nhựa sang quần áo và ngược lại dẫn đến mất cân bằng giữa điện tích âm và
điện tích dương trong 1 vật . Khi đó các vật sẽ bị nhiễm điện ( nhiễm điện do
cọ xát) tạo ra lực tĩnh điện hút các mảnh giấy
- Khi thay lược nhựa bằng nhôm thì sẽ không có hiện tượng trên xảy ra do
không có quá trình dịch chuyển electron từ vật này sang vật kia,không có lực tĩnh điện
Câu 2. Người ta làm thí nghiệm như sau: đưa một thanh nhựa sau khi đã cọ xát
vào gần một dòng nước nhỏ chảy ra từ vòi (hình vẽ). Kết quả quan sát thấy tia
nước bị bẻ cong quỹ đạo. Hãy giải thích hiện tượng trên.
- Khi cọ xát cái thanh nhựa thì các electron mang điện tích âm sẽ dịch chuyển
sang vật khác và ngược lại dẫn đến mất cân bằng giữa điện tích âm và điện
tích dương trong 1 vật . Khi đó thanh nhựa sẽ bị nhiễm điện ( nhiễm do cọ
xát) tạo ra lực tĩnh điện làm dòng chảy bị cong
Câu 3. Các ô tô chở xăng dầu có khả năng cháy nổ rất cao. Khả năng này xuất
phát từ cơ sở vật lý nào? Người ta đã làm gì để phòng chống cháy nổ cho các xe này?
- Các ô tô chở xăng dầu có khả năng cháy nổ rất cao vì khi dịch chuyển thùng
cất xăng dầu sẽ cọ xát với không khí , tạo nên lực ma sát làm thùng chứa bị
nhiễm điện,khi nhiễm điện mạnh sẽ gây ra hiện tượng phóng tia lửa điện,mà
xăng dầu là chất lỏng dễ cháy , nên khi nhiệt độ thùng lên cao rất dễ xăng dầu gây bốc cháy
- Để phòng chống cháy nổ,người ta thường nối 1 sợi dây xích từ thùng xuống
mặt đường để dẫn điện từ trên thùng xe xuống mặt đường,làm giảm điện tích trên xe
Câu 4. Lấy quả bóng cao su cọ xát vào len rồi áp sát vào tường thấy nó bị dính
vào tường sau đó lại rơi xuống. Hãy giải thích hiện tượng này? lOMoAR cPSD| 59054137
- Khi lấy quả bóng cao su cọ xát vào len thì electron sẽ di chuyển từ vật này
sang vật khác, làm mất cân bằng điện tích âm và dương ở quả bóng , khi đó
quả bóng cao su sẽ bị nhiễm điện.Khi đưa lại bức tường ( là điện môi ) bức
tường bị nhiễm điện do phân cực nên quả bóng bị dính vào tường
Câu 5. Sơn tĩnh điện là gì? Sơn này có ưu điểm gì so với các loại sơn khác.
- Sơn tĩnh điện là phủ 1 lớp chất dẻo lên bề mặt các chi tiết che phủ - Có 2 loại:
+ Các loại nhựa nhiệt dẻo : là các chất hình thành 1 lớp phủ mà không cần
phải trải qua quá trình biến đổi cấu trúc phân tử
+ Các loại nhựa nhiệt rắn : xếp chéo qua nhau tạo ra 1 lớp màng viễn cửa chịu
nhiệt và không bị tan chảy lại
- Ưu điểm : sử dụng phương pháp tích điện cho bột sơn tạo nên liên kết bền
vững với các chi tiết cần bao phủ theo nguyên lý dòng điện mang điện tích
dương (+) gắn chặt với điện tích âm (-)
Câu 6. Giả sử đặt một điện tích q gần một tấm kim loại lớn
(a) Nếu q bị hút vào thì tấm kim loại có nhất thiết phải tích điện không?Nếu q
bị hút vào thì tấm kim loại không nhất thiết phải mang điện vì tấm kim loại sẽ
bị nhiễm điện do hưởng ứng phần kim loại gần điện tích q sẽ bị nhiễm ngược
lại so với q , khi đó q sẽ bị hút
(b) Nếu q bị đẩy ra thì tấm kim loại có nhất thiết phải tích điện không? Giải thích.
Nếu q bị đẩy ra thì chắc chắn tấm kim loại cần mang điện tích cùng dấu với điện
tích q ( cùng dấu thì đẩy nhau )
Câu 7. Màn chắn tĩnh điện. Để bảo vệ các dụng cụ đo điện chính xác, một số
đèn điện tử, dây dẫn tín hiệu điện,…, người ta bao quanh chúng bằng một cái
hộp kim loại hoặc lưới kim loại dày đóng vai trò của màn chắn tĩnh điện, hộp
hoặc lưới kim loại được nối đất. Màn chắn như vậy cũng có tác dụng gì? Màn
chắn tĩnh điện được chế tạo dựa trên hiện tượng Vật lí nào?
- Tác dụng : Có khả năng chống tĩnh điện,ngăn lại hiện tượng phóng xạ diện
tích,tạo không gian an toàn,tránh hiện tượng phóng xạ tĩnh điện,do các điện
tích electron truyền xuống đất,tránh hiện tượng bụi bám do có lực tính điện
nhỏ hút các bụi nhỏ trong không khí lOMoAR cPSD| 59054137
- Màn chắn tĩnh điện được chế tạo dựa trên hiện tượng vật lý : Do hiện tượng
nhiễm điện do tiếp xúc . Tạo nên một bọc kim loại xung quanh dụng cụ điện
để truyền điện tích vào hộp kim loại,sau đó điện tích từ hộp kim loại sẽ truyền
xuống đất theo đường dây nối với đất
Câu 8. Một người ở trong một quả cầu lớn, rỗng, bằng kim loại cách điện với
mặt đất. Nếu đặt một điện tích lớn vào quả cầu thì người đó có bị tổn hại khi
chạm tay vào bề mặt của quả cầu không? Giải thích điều gì sẽ xảy ra nếu người
đó mang điện tích ban đầu ngược dấu với điện tích trên quả cầu.
- Lúc đầu khi người đó chưa mang điện tích thì người đó không bị tổn hại khi
chạm tay vào bề mặt quả cầu . Vì quả cầu đã cách điện nên hệ gồm người và
quả cầu không thể tạo nên dòng điện gây tổn hại người khác được
- Lúc đầu người đó mang điện tích ban đầu ngược dấu với điện tích trên quả
cầu thì khi chạm tay vào quả cầu thì electron sẽ dịch chuyển từ vật này sang
vật khác tạo nên dòng dịch chuyển của electron tạo nên dòng điện
Câu 9. Anh chị hãy giải thích vì sao Trái đất có từ trường? Từ trường đó mạnh
hay yếu? Hãy chỉ ra các cực của “nam châm” Trái đất.
- Trái Đất có từ trường do tính chất tử của vật chất hợp thành Trái Đất tạo nên
từ trường , từ trường đó mảnh ở hai cực Trái Đất và yếu ở xích đạo
- Cực Bắc (N) của ‘ nam châm’ Trái Đất ở cực Bắc,cực Nam (S) của ‘nam châm’ Trái Đất ở cực Nam
Câu 10. Cho một vòng dây tròn kín (C) và một nam châm đặt trên trục của
vòng dây như hình vẽ bên . Khi nam châm chuyển động tịnh tiến dọc theo trục
xx’ lại gần vòng dây và Hình 1 Hình 2 Hình 3 sau đó đi xuyên qua vòng dây.
Hãy mô tả hiện tượng xảy ra trong vòng dây, xác định và giải thích chiều dòng
điện cảm ứng xuất hiện trong vòng dây dẫn tròn (C).
- Hiện tượng xáy ra : khung dây có xu hướng dãn ra , do lực từ tác dụng lên
khung dây tròn có hướng từ trong ra ngoài lOMoAR cPSD| 59054137
- Giải thích hiện tượng : Áp dụng quy tắc “ vào Nam ra Bắc” để xác định cảm
ứng từ (B) do nam châm gây ra ( đi ra từ cực Bắc và đi vào từ cực Nam) +
Khi nam châm dịch chuyển lại gần vòng dây thì từ thông tăng . Áp dụng định
luật LORENXO -> từ trường của vòng
dây (B) do dòng điện cảm ứng gây ra có
chiều ngược lại từ trường do nam châm
gây ra ( B B) . Áp dụng quay tắc nắm
bàn tay phải ta xác định chiều dòng điện cảm ứng như hình :
+ Khi nam châm xuyên qua vòng dây
dịch chuyển ra xa vòng dây thì từ thông giảm . Áp dụng định luật LORENXO
-> từ trường của vòng dây (B ) do dòng điện cảm ứng gây ra có cùng chiều từ
trường do nam châm gây ra (B B) . Áp dụng quy tắc bàn tay phải ta xác định
chiều dòng điện cảm ứng như hình vẽ :
Câu 11. Một thanh nam châm vĩnh cửu được thả rơi trong một ống hình trụ
bằng đồng đặt thẳng đứng. Ống đồng có thể xem là dài vô hạn. Sau một thời
gian, thanh nam châm sẽ chuyển động như thế nào? Giải thích.
- Thanh nam châm sẽ chuyển động nhanh dần với gia tốc giảm dần rồi chuyển động thẳng đều
- Thanh nam châm vĩnh cửu có từ trường . Khi thanh nam châm chuyển động
trong ống dây hình trụ thì làm từ thông tăng . Áp dụng định luận Len-xơ thì
dòng điện cảm ứng sinh ra từ trường cảm ứng có chiều chống lại sự biến thiên
của từ thông, tức là gây cản trở chuyển động của thanh nam châm Câu 12.
(a) Có cách nào làm cho lực từ tác dụng lên một điện tích chuyển động trong từ
trường đều bằng không được không? lOMoAR cPSD| 59054137
- Để lực từ tác dụng lên 1 điện tích chuyển động trong từ trường đều bằng
không bằng cách chuyển chiều của vecto cảm ứng từ B sao cho nó có chiều
song song với chiều chuyển động của điện tích
(b) Có cách nào làm cho lực điện tác dụng lên một điện tích chuyển động trong
điện trường đều bằng không được không?
- Để lực điện tác dụng lên 1 điện tích chuyển động trong điện trường đều bằng
không bằng cách chuyển chiều của vecto điện trường E sao cho nó có chiều
vuông góc với chiều chuyển động của điện tích
(c) Có cách nào làm cho tổng hợp lực điện và lực từ tác dụng lên một điện
tíchchuyển động đồng thời qua cả điện trường đều và từ trường đều bằng
không được không? Giải thích hoặc ví dụ trường hợp có thể.
- Để tổng hợp lực điện và lực từ tác dụng lên 1 điện tích chuyển động đồng thời
qua cả điện trường đều và từ trường đều bằng không thì ta điện trường vuông góc với từ trường
Câu 13. Chuông điện (Hình 4) là một trong những thiết bị đã quá quen thuộc
trong đời sống của con người mà chúng ta sử dụng
và nghe thấy mỗi ngày. Chỉ cần ta nhấn một nút
gắn ngoài cửa thì một cái chuông ở đâu đó sẽ vang
lên báo hiệu cho người khác biết. Bên trong
chuông điện có gì và chúng được cấu tạo ra sao để
biến dòng điện thành âm thanh?
- Cấu tạo : Nguồn điện,cuộn dây,lá thép đàn hồi,miếng sắt,tiếp điểm,đầu gõ
chuông,chuông,chuông điện,chốt kẹp
- Nguyên lý hoạt động : Dùng từ trường để tạo
ra những tác động cơ học đến các thiết bị tạo âm thanh . Bộ phận chính trong
mọi chuông điện chính là nam châm điện. Nam châm điện có cấu tạo chính là
1 cuộn dây điện quấn quanh một lõi kim loại từ tính như sắt hay thép . Chúng
hoạt động trên nguyên lý : Khi có dòng điện đi qua quận dây chúng sẽ tạo ra
1 từ trường trong lõi kim loại . Cuộn
dây sẽ khuếch đại từ trường này và khi
đó nam châm điện có thể hút các vật
chất bằng thép xung quanh nó giống
như một nam châm vĩnh cửu thông thường lOMoAR cPSD| 59054137
Câu 14. Bếp từ là loại bếp hiệu quả và an toàn cho người sử dụng. Bếp chạy
hoàn toàn bằng điện và có cấu tạo như hình vẽ dưới. Bếp gồm các thành phần
đặc trưng đã học trong điện từ trường, ví dụ như cuộn cảm. Hãy xác định các
thành phần còn lại trong Hình 5 và mô tả nguyên lý hoạt động của bếp. Bếp
từ an toàn hơn bếp điện hay gas ở điểm nào và nồi chảo cho bếp từ phải chọn
những loại như thế nào? -
- Các thành phần còn lại của bếp từ : (1) Cuộn dây kim loại , (2) Khóa đảo chiều
dòng điện , (3) Dòng điện , (4) Mặt tiếp xúc có từ tính
- Nguyên lí hoạt động của bếp từ : Cuộn dây bằng kim loại cuốn thành 1 hình
tròn,khi có dòng điện chạy qua sẽ sỉnha một từ trường , từ trường này sẽ tương
tác với các hạt mang điện tự do trong vật liệu sắt từ và bắt chúng chuyển động
theo hướng của từ trường . Muốn cho vật nóng lên thì ta cần luôn sinh ra dòng
điện cảm ứng xuyên qua đáy nồi.Theo định luật Lenxo muốn tạo ra dòng điện
cảm ứng thì ta phải tạo ra độ biến thiên từ thông > Bằng cách cho chiều dòng
điện biến thiên liên tục do từ trường có hướng phụ thuộc vào dòng điện
- Bếp từ an toàn hơn bếp điện và hay gas ở điểm : bếp từ nhận diện được mặt
tiếp xúc từ, không gây cháy nổ gas
- Nồi chảo cho bếp từ phải chọn loại có đế bằng sắt , inox có từ tính
Câu 15. Hình 6 mô tả cấu tạo của một rơle dòng, là loại rơle mắc nốỉ tiếp với
thiết bị cần bảo vệ. Bình thường, khi dòng điện qua động cơ điện ở mức cho
phép thì thanh sắt S bị lò xo L kéo sang phải
làm đóng các tiếp điểm 1, 2. Động cơ làm việc
bình thường. Giải thích vì sao khi dòng điện
qua động cơ tăng quá mức cho phép thì mạch
điện tự động ngắt và động cơ ngừng làm việc?
- Khi dòng điện quá tải, thì lò xo L bị dãn
ra , làm cho thanh sắt S dịch sang trái, hở
tiếp điểm 1,2 làm cho mạch điện bị hở ,
khi đo mạch tự động ngắt và động cơ ngừng làm việc Câu 16 : lOMoAR cPSD| 59054137
a) Thế nào là trạng thái cân bằng tĩnh điện ở một vật dẫn
Khi tích điện cho vật dẫn hoặc đặt vật dẫn trong điện trường tĩnh,các điện tích
sẽ dịch chuyển trong vật dẫn và nhanh chóng đạt đến trang thái ổn định,không
chuyển động có hướng nữa – ta nói vật dẫn đang ở trạng thái cân bằng tĩnh điện
b) Điều kiện để vật dẫn ở trạng thái cân bằng tĩnh điện là gì ?
Điều kiện cân bằng tĩnh điện của 1 vật dẫn mang điện tích là điện trường bên
trong vật dẫn phải bằng không
c) Nêu và chứng minh các tính chất của vật dẫn ở trạng thái cân bằng tĩnhđiện
- Đối với 1 vật dẫn cân bằng tĩnh điện , điện tích chỉ tập trung ở mặt ngoài vật dẫn
- Điện trường tại mặt vật dẫn phải có phương vuông góc với mặt vật dẫn tại mọi điểm của nó
- Vật dẫn cân bằng tĩnh điện là 1 vật đẳng thế
Câu 17 : Một nữ vận động viên trượt băng nghệ thuật đang biểu diễn trên sân
băng. Một khán giả quan sát thấy khi vận động viên chuyển trạng thái từ giang
hai tay và đưa một chân ra xa so với chân trụ thì tốc độ quay nhỏ hơn (Hình-a
tóc và váy không văng ra) so với trạng thái thu hai tay ôm vào sát người và thu
chân lại gần với chân trụ (Hình-b tóc và váy văng ra xa). Vận dụng kiến thức
phần cơ học, bạn hãy giải thích giúp vị khán giả đó tại sao như vậy?
- Khi người vận động viên giang tay thì khối lượng sẽ phân bố ra xa trục
quay,khi đó momen quán tính I sẽ tăng ( khối lượng càng phân bố xa trục quay
thì momen quán tính càng lớn và ngược lại ) . Mà momen quay M=I. ꞷ
-> Tốc độ góc tỷ lệ nghịch với momen quán tính . Khi I tăng thì sẽ giảmꞷ
- Như vậy khi người vận động viên thu hai tay ôm sát lại gần và thu chân lại
gần với trụ thì momen quán tính I sẽ nhỏ hơn momen quán tính trong trường
hợp trên . Khi đó sẽ tăngꞷ
Câu 18 : Tại Trung Quốc , một vụ tai nạn thảm khốc đã xảy ra do xe đầu kéo
chở các tấm thép dày , rất nặng và được xếp chồng lên nhau đang chạy với vận
tốc lớn và dừng lại đột ngột trước đèn đỏ . Các tấm thép đã di chuyển về phía
trước xe và cắt đôi cabin . Đưa ra mô hình và vận dụng kiến thức phần cơ học lOMoAR cPSD| 59054137
giải thích nguyên nhân chính xảy ra vụ tai nạn trên? Nếu bạn là người lái xe ,
bạn sẽ làm gì để vụ tai nạ không xảy ra và tham gia giao thông an toàn?
- Nguyên nhân chính của tai nạn này là do lực quán tính . Lực quán tính Fqt=ma
- Do đánh đi với vận tốc lớn rồi đạp phanh gấp thì tạo ra gia tốc rất lớn.mà khối
lượng lớn nên sinh ra lực quán tính lớn
- Nếu em là tài xế em sẽ đi với vận tốc nhỏ hơn, và chở 1 khối lượng hàng vừa
phải và chú ý quan sát xa để thời gian phanh xe dài ra