Đáp án: thành phần không bị lệch hướng trong trường điện

Câu hỏi: Thành phần nào không bị lệch hướng trong trường điện?

• A. Tia α.
• B. Proton.
• C. Nguyên tử hydrogen.
• D. Tia âm cực.

Đáp án đúng là C. Nguyên tử hydrogen. Đây là thành phần nào không bị lệch hướng trong trường điện duy nhất trong bốn lựa chọn, vì nguyên tử hydrogen trung hòa về điện nên không chịu lực điện tác dụng.

Vì sao nguyên tử hydrogen không bị lệch hướng

Lực điện chỉ xuất hiện khi hạt có điện tích khác không, theo hệ thức F = qE. Với nguyên tử hydrogen, tổng điện tích bằng 0: hạt nhân mang +1e (một proton) còn lớp vỏ mang −1e (một electron). Vì q = 0 nên F = 0, hạt chuyển động thẳng, không đổi hướng khi đi qua vùng có điện trường.

Điểm cần phân biệt: bản thân proton và electron bên trong nguyên tử đều là hạt mang điện, nhưng chúng liên kết với nhau thành một hệ trung hòa. Lực điện tác dụng lên hạt nhân và lên electron ngược chiều nhau, độ lớn bù trừ ở mức tổng thể, nên khối tâm của nguyên tử không bị đẩy lệch sang một phía như một hạt tích điện tự do. Đây chính là căn cứ để chọn C.

Vì sao các phương án còn lại đều sai

Cả ba phương án A, B, D đều là những thực thể mang điện tích ròng, nên đều bị lệch hướng khi đi vào trường điện.

• A. Tia α: là dòng hạt nhân helium (2 proton và 2 neutron), mang điện tích +2e. Hạt mang điện dương bị lệch về phía bản cực âm của trường điện.
• B. Proton: mang điện tích +1e, cũng lệch về phía cực âm, chỉ khác tia α ở khối lượng nhỏ hơn nên với cùng cường độ điện trường thì gia tốc lớn hơn, độ lệch quan sát được rõ hơn.
• D. Tia âm cực: là dòng electron mang điện tích −1e, lệch về phía bản cực dương — ngược chiều lệch của tia α và proton.

Phương án dễ nhầm nhất là D, vì tia âm cực cũng là một dòng hạt và trông “khác biệt” so với hai phương án mang điện dương. Nhưng khác biệt đó chỉ là dấu điện tích, không phải chuyện có bị lệch hay không: hễ q ≠ 0 thì đều lệch.

Hệ thống kiến thức liên quan

Bài tập này kiểm tra khả năng phân biệt hạt mang điện với hạt trung hòa — kiến thức nền của phần điện trường. Ba nhóm cần nhớ:

• Hạt mang điện: proton (+e), electron (−e), ion dương và ion âm, hạt nhân nguyên tử (trừ hydrogen thường), tia α (+2e), tia β (−e hoặc +e). Tất cả đều chịu lực điện F = qE và bị lệch hướng trong trường điện.
• Hạt không mang điện: neutron, photon, neutrino, và nguyên tử/tử phân tử trung hòa như nguyên tử hydrogen, nguyên tử helium, phân tử N₂. Những hạt này đi thẳng trong trường điện.
• Chiều lệch: điện tích dương lệch cùng chiều vectơ cường độ điện trường (về phía cực âm), điện tích âm lệch ngược chiều (về phía cực dương). Độ lệch phụ thuộc cả q, khối lượng và vận tốc ban đầu của hạt.

Một lưu ý về giới hạn: trong điện trường mạnh, đám mây electron của nguyên tử có thể bị kéo giãn lệch so với hạt nhân, tạo ra sự phân cực. Hiện tượng này không làm nguyên tử lệch hướng bay như một hạt tích điện, nên không mâu thuẫn với đáp án C.

Mẹo ghi nhớ nhanh

Gặp câu hỏi dạng “hạt nào không lệch hướng trong điện trường”, chỉ cần đặt một câu hỏi duy nhất: hạt đó có điện tích ròng bằng 0 hay không. Bằng 0 thì đi thẳng, khác 0 thì lệch — dương lệch về cực âm, âm lệch về cực dương.

Cách nhớ gọn: “trung hòa thì thẳng, tích điện thì cong”. Trong bốn phương án quen thuộc, nguyên tử hydrogen là đại diện duy nhất của nhóm trung hòa; neutron cũng thuộc nhóm này và thường xuất hiện trong các câu hỏi tương tự.