Đề cương lý thuyết học kì 1 - Vật lí 11

CHƯƠNG 1: ĐIỆN TÍCH. ĐIỆN TRƯỜNG

I. Điện tích

1. Điện tích:

- Có hai loại điện tích: điện tích dương và điện tích âm.

- Kí hiệu : q

- Đơn vị: Culông (C)

2. Điện tích nguyên tố

- Có giá trị \(q = 1,{6.10^{ - 19}}\). Hạt electron và hạt proton là hai điện tích nguyên tố.

- Điện tích của hạt (vật) luôn là số nguyên lần điện tích nguyên tố: \(q =  \pm ne\)

3. Vật dẫn điện, điện môi

- Vật (chất) dẫn điện là vật (chất) có chứa nhiều điện tích tự do.

- Vật (chất) cách điện là vật (chất) không chứa hoặc chứa rất ít điện tích tự do.

- Có ba cách nhiễm điện một vật: Cọ xát, tiếp xúc, hưởng ứng.

4. Định luật bảo toàn điện tích

Trong một hệ cô lập về điện (hệ không trao đổi điện tích với các hệ khác) thì tổng đại số các điện tích trong hệ là không đổi.

II. Định luật Culông

Lực tương tác giữa hai điện tích điểm \({q_1},{q_2}\) đặt cách nhau một khoảng r trong môi trường có hằng số điện môi \(\varepsilon \) là \(\overrightarrow {{F_{12}}} ,\overrightarrow {{F_{21}}} \) có:

- Điểm đặt: trên 2 điện tích

- Phương: đường nối hai điện tích

- Chiều:

+ Hướng ra xa nhau nếu \({q_1},{q_2}\) cùng dấu.

+ Hướng vào nhau nếu \({q_1},{q_2}\) trái dấu

- Độ lớn: \(F = k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{\varepsilon {r^2}}};k = {9.10^9}\left( {\frac{{N.{m^2}}}{{{C^2}}}} \right)\)

III. Cường độ điện trường

1. Khái niệm điện trường

- Điện trường là một dạng vật chất (môi trường) bao quanh điện tích và gắn liền với điện tích. Nó tác dụng lực điện lên các điện tích khác đặt trong nó.

- Đường sức điện trường: Là đường được vẽ trong điện trường sao cho hướng của tiếp tuyến tại bất kì điểm nào trên đường cũng trùng với hướng của vecto cường độ điện trường tại điểm đó.

- Tính chất của đường sức:

+ Qua mỗi điểm trong điện trường ta chỉ có thể vẽ được một và chỉ một đường sức điện trường.

+ Các đường sức điện là các đường cong không kín, nó xuất phát từ các điện tích dương, tận cùng ở các điện tích âm.

- Các đường sức điện không bao giờ cắt nhau.

- Nơi nào có cường độ điện trường lớn hơn thì các đường sức ở đó vẽ mau và ngược lại.

2. Cường độ điện trường

Cường độ điện trường tại một điểm là đại lượng đặc trưng cho tính chất mạnh yếu của điện trường về phương diện tác dụng lực. Nó được xác định bằng thương số của độ lớn lực điện F tác dụng lên một điện tích thử q (dương) đặt tại điểm đó và độ lớn của điện tích q.

\(E = \frac{F}{q}\)

3. \(\overrightarrow {{E_M}} \) tại điểm M do một điện tích điểm gây ra có:

- Gốc tại M

- Phương nằm trên đường thẳng OM,  

- Chiều:

+ Hướng ra xa Q nếu Q > 0

+ Hướng lại gần Q nếu Q < 0

- Độ lớn: \(E = k\frac{{\left| Q \right|}}{{\varepsilon {r^2}}}\)

4. Lực điện trường tác dụng lên điện tích q nằm trong điện trường:

\(\overrightarrow F  = q\overrightarrow E \)

5. Nguyên lý chồng chất: \(\overrightarrow E  = \overrightarrow {{E_1}}  + \overrightarrow {{E_2}}  + \overrightarrow {{E_3}}  + ... + \overrightarrow {{E_n}} \)

- Nếu \(\left( {\overrightarrow {{E_1}} ,\overrightarrow {{E_2}} } \right) = \alpha \) bất kì thì: \({E^2} = E_1^2 + E_2^2 + 2{{\rm{E}}_1}{E_2}\cos \alpha \)

- Các trường hợp đặc biệt:

+ Nếu \(\overrightarrow {{E_1}}  \uparrow  \uparrow \overrightarrow {{E_2}} \) thì \(E = {E_1} + {E_2}\)

+ Nếu \(\overrightarrow {{E_1}}  \uparrow  \downarrow \overrightarrow {{E_2}} \) thì \(E = \left| {{E_1} - {E_2}} \right|\)

+ Nếu \(\overrightarrow {{E_1}}  \bot \overrightarrow {{E_2}} \) thì \({E^2} = E_1^2 + E_2^2\)

+ Nếu \({E_1} = {E_2}\) thì \(E = 2{{\rm{E}}_1}.\cos \frac{\alpha }{2}\)

IV. Điện trường đều

Điện trường đều là điện trường mà vecto 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.

\(E = \frac{U}{d}\) hay U = E.d

V. Công – thế năng – điện thế - hiệu điện thế

1. Công

Công của lực điện tác dụng vào một điện tích không phụ thuộc vào hình dạng đường đi của điện tích mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối của đường đi trong điện trường.

\({A_{MN}} = qEd = qE.s.\cos \alpha  = q.{U_{MN}} \\= q.\left( {{V_M} - {V_N}} \right) = {{\rm{W}}_M} - {{\rm{W}}_N}\)

2. Định lý động năng: (áp dụng cho hạt mang điện chuyển động dọc theo đường sức điện trường)

\({A_{MN}} = q.{U_{MN}} = \frac{1}{2}mv_N^2 - \frac{1}{2}mv_M^2\)

Biểu thức hiệu điện thế: \({U_{MN}} = \frac{{{A_{MN}}}}{q}\)

3. Các định nghĩa

- Điện thế V đặc trưng cho điện trường về phương diện tạo thế năng tại một điểm.

- Thế năng W và hiệu điện thế U đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường.

IV. Tụ điện

1. Công thức định nghĩa:

Điện dung của tụ điện: \(C = \frac{Q}{U}\)

Đơn vị: \(1\mu F = {10^{ - 6}}F;1nF = {10^{ - 9}}F;1pF = {10^{ - 12}}F\)

2. Công thức điện dung của tụ phẳng:

\(C = \frac{{{\varepsilon _0}\varepsilon S}}{d} = \frac{{\varepsilon S}}{{4\pi k{\rm{d}}}}\)

Với S là diện tích phần đối diện giữa hai bản tụ.

3. Bộ tụ ghép

4. Năng lượng tụ điện:

Tụ điện tích điện thì nó sẽ tích lũy một năng lượng dưới dạng năng lượng điện trường bên trong lớp điện môi.

\({\rm{W}} = \frac{1}{2}QU = \frac{1}{2}C{U^2} = \frac{1}{2}\frac{{{Q^2}}}{C}\)

5. Các trường hợp đặc biệt

- Nối tụ điện vào nguồn: U = const

-- Ngắt tụ điện khỏi nguồn: Q = const

CHƯƠNG 2: DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI

1. Cường độ dòng điện

\(I = \frac{{\Delta q}}{{\Delta t}} = \frac{{N\left| e \right|}}{{\Delta t}}\) (A)

Trong đó:

\(\Delta q\) là điện lượng

\(\Delta t\) là thời gian

N là số electron chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn trongn thời gian t (s)

- Dòng điện có:

+ Tác dụng từ (đặc trưng)

+ Tác dụng nhiệt, tác dụng hóa học tùy theo môi trường.

- Dòng điện không đổi: là dòng điện có chiều và cường độ không thay đổi theo thời gian.

\(I = \frac{q}{t}\)

- Số electron chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn: \(N = \frac{{I.t}}{{\left| e \right|}}\)

- Suất điện động của nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của nguồn điện: \(E = \frac{A}{q}\). Mỗi nguồn điện được đặc trưng bởi \(\left( {E,r} \right)\).

2. Đèn (hoặc các dụng cụ tỏa nhiệt)

- Điện trở: \({R_D} = \frac{{U_{dm}^2}}{{{P_{dm}}}}\)

- Dòng điện định mức: \({I_{dm}} = \frac{{{P_{dm}}}}{{{U_{dm}}}}\)

- Đèn sáng bình thường: So sánh dòng điện thực qua đèn với giá trị định mức.

3. Ghép điện trở

4. Năng lượng nguồn điện và đoạn mạch

5. Ghép bộ nguồn

* Mắc nối tiếp:

\(\left\{ \begin{array}{l}E = {E_1} + {E_2} + ... + {E_n}\\{r_b} = {r_1} + {r_2} + ... + {r_n}\end{array} \right.\)

Nếu có n nguồn giống nhau: \(\left\{ \begin{array}{l}{E_b} = nE\\{r_b} = n{\rm{r}}\end{array} \right.\)

* Mắc song song (các nguồn giống nhau):

\(\left\{ \begin{array}{l}{E_b} = E\\{r_b} = \frac{r}{n}\end{array} \right.\)

* Mắc xung đối:

\(\left\{ \begin{array}{l}{E_b} = \left| {{E_1} - {E_2}} \right|\\{r_b} = {r_1} + {r_2}\end{array} \right.\)

6. Định luật Ôm

a) Định luật Ôm cho toàn mạch

- Nội dung: Cường độ dòng điện trong mạch kín tỉ lệ thuận với suất điện động của nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần của mạch.

- Biểu thức: \(I = \frac{E}{{{R_N} + r}}\)

- Hệ quả:

Hiệu điện thế mạch ngoài (cũng là hiệu điện thế giữa hai cực dương của nguồn điện):

\(U = E - I.r\)

+ Nếu điện trở trong r = 0 hay mạch hở (I=0) thì U = E

+ Nếu điện trở mạch ngoài R = 0 thì \(I = \frac{E}{r}\) => đoản mạch.

b) Định luật Ôm cho đoạn mạch ngoài không nguồn.

\({I_{AB}} = \frac{{{U_{AB}}}}{{{R_{AB}}}}\)

c) Định luật Ôm cho đoạn mạch ngoài có nguồn

- Nguyên tấc viết: Khi viết biểu thức UAB ta đã lấy chiều AB làm chiều dương; theo chiều dương gặp cực nào nguồn điện thì lấy dấu đó; nếu dòng điện cùng chiều lấy (+) và ngược chiều lấy (-).

Ví dụ: \({U_{AB}} =  + E - I\left( {R + r} \right)\)

CHƯƠNG 3: DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG

1. Điện trở vật dẫn kim loại

- Công thức định nghĩa: \(R = \frac{U}{I}\)

- Điện trở của dây đồng chất tiết diện đều:

\(R = \rho \frac{l}{S}\) với \(\rho \) là điện trở suất \(\left( {\Omega m} \right)\); l là chiều dài dây dẫn (m); S là tiết diện dây dẫn \(\left( {{m^2}} \right)\)

- Sự phụ thuộc của điện trở suất và điện trở theo nhiệt độ:

\(\rho  = {\rho _0}\left( {1 + \alpha \left( {t - {t_0}} \right)} \right)\)

\(R = {R_0}\left[ {1 + \alpha \left( {t - {t_0}} \right)} \right]\)

Với \(\alpha \) là hệ số nhiệt điện trở, đơn vị là \({K^{ - 1}}\)

- Điện trở khi đèn sáng bình thường : \({R_D} = \frac{{U_{dm}^2}}{{{P_{dm}}}}\) là điện trở ở nhiệt độ cao trên \({2000^0}C\).

2. Suất điện động nhiệt điện

\(E = {\alpha _T}\left( {{T_1} - {T_2}} \right) = {\alpha _T}\Delta T = {\alpha _T}\left( {{t_1} - {t_2}} \right)\)

Với \({\alpha _T}\) là hệ số nhiệt điện động đơn vị là \({K^{ - 1}}\) phụ thuộc vào vật liệu làm cặp nhiệt điện.

3. Định luật I và II Faraday

- Trong hiện tượng dương cực tan, khối lượng của chất giải phóng ở điện cực được tính:

\(m = kq = \frac{1}{F}.\frac{A}{n}.q = \frac{1}{F}.\frac{A}{n}It\)

- Thể tích của vật: V = S.d

- Khối lượng của vật: \(m = V{\rm{D}} = SdD \Rightarrow d = \frac{m}{{S{\rm{D}}}}\)

Trong đó:

m: khối lượng (g)

A: số khói hay khối lượng mol nguyên tử

I: cường độ dòng điện (A)

t: thời gian dòng điện chạy qua (s)

n: hóa trị

F = 96500 C/mol: số Faraday

\(k = \frac{1}{F}.\frac{A}{n}\) là đương lượng điện hóa

4. Dòng điện trong: kim loại, chất điện phân, chất khí

- Bản chất dòng điện trong kim loại: Là dòng chuyển dời có hướng của các electron tự do dưới tác dụng của điện trường.

- Bản chất dòng điện trong chất điện phân: Là dòng iôn dương và iôn âm chuyển động có hướng theo hai chiều ngược nhau. Iôn dương chạy về phía catốt nên gọi là cation, iôn âm chạy về phía anốt nên gọi là aniôn.

Hiện tượng dương cực tan: xảy ra khi điện phân một muối kim loại mà anôt làm bằng chính kim loại của muối ấy.

- Bản chất dòng điện trong chất khí: Là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, các electron ngược chiều điện trường. Các hạt tải điện này do chất khí bị ion hóa sinh ra.