Bài 4: Công của lực điện. Hiệu điện thế - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao
Bài 4: Công của lực điện. Hiệu điện thế
Câu c1 (trang 19 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Vì sao người ta nói trường hấp dẫn và điện trường đều là những trường thế?
Hướng dẫn giải:Người ta nói trường hấp dẫn và điện trường đều là những trường thế vì công của lực hấp dẫn và công của lực điện trường không phụ thuộc vào dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào điểm đầu và điểm cuối của đường đi.
Câu c2 (trang 19 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Chứng tỏ rằng công thức (4.1)
Hướng dẫn giải:
Khi một điện tích q < 0 di chuyển từ M đến N trong một điện trường đều có cường độ điện trường E, lực điện trường F→ sẽ có chiều như hình vẽ, công của lực điện trường được tính bởi công thức:
Trong đó:
Trong đó:
Tương tự vậy với:
Công của lực điện trường trên quãng đường MN bằng:
Câu c3 (trang 21 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hiệu điện thế giữa hai điểm có phụ thuộc việc chọn mốc tính điện thế không? Giải thích?
Hướng dẫn giải:Hiệu điện thế giữa hai điểm không phụ thuộc vào việc chọn mốc tính điện thế.
Giải thích
+ Điện thế của điện trường thì phụ thuộc vào cách chọn mốc tính điện thế.
+ Điện thế tại điểm A: VA - VM
+ Điện thế tại điểm B: VB- VM
+ Hiệu điện thế giữa hai điểm AB
UAB = (VA - VM)- (VB - VM)= VA - VB
Câu c4 (trang 21 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Muốn đo điện thế của vật A ta nối A với cần tĩnh điện kế, vỏ tĩnh điện kế nối với đất. Vậy nối vỏ tĩnh điện kế với đất có ý nghĩa gì?
Hướng dẫn giải:+ Độ lệch của kim tĩnh điện kế cho biết hiệu điện thế giữa vật nối với cần tĩnh điện kế và vật nối với vỏ tĩnh điện kế.
+ Khi vỏ tĩnh điện kế nối với đất, vật A nối với cần tĩnh điện kế. Độ lệch của kim cho biết hiệu điện thế giữa vật A và mặt đất:
UAD = VA - VD
+ Coi điện thế ở mặt đất bằng 0, nên UAD = VA
+ Vậy độ lệch của kim cho biết giá trị điện thế của vật A khi chọn mốc tĩnh điện thế ở mặt đất.
Câu c5 (trang 22 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Dựa vào công thức (4.4) hãy chứng minh rằng điện thế giảm theo chiều của đường sức.
Hướng dẫn giải:Xét một điện tích q > 0 dịch chuyển từ N đến M theo chiều của đường sức điện trường:
⇒ VN – VM > 0 ⇒ VN > VM
Vậy điện thế giảm theo chiều của đường sức.
Câu 1 (trang 22 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy giải thích bằng hình vẽ đại lượng
Đại lượng 
là các đoạn đậm nét trên hình vẽ sau:
Câu 2 (trang 22 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy viết công thức tính công của lực điện khi một điện tích di chuyển từ điểm M đến N trong điện trường. Có gì đáng chú ý trong công thức vừa viết?
Hướng dẫn giải:Công thức tính công của lực điện khi một điện tích di chuyển từ điểm M đến N trong điện trường:
Chú ý:
• Công thức này không phụ thuộc vào dạng đường đi của điện tích trong điện trường, chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm M, N.
• Công thức này đúng với q dương, âm hay bằng không
• Công thức này áp dụng trong điện trường đều.
Câu 3 (trang 22 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy tìm mối liên hệ giữa UMn và UNM
Hướng dẫn giải:
Câu 4 (trang 22 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy viết công thức định nghĩa hiệu điện thế
Hướng dẫn giải:Công thức định nghĩa hiệu điện thế:
Câu 5 (trang 22 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy viết công thức liên hệ giữa cường độ điện trường với hiệu điện thế trong trường hợp điện trường đều.
Hướng dẫn giải:Công thức liên hệ giữa cường độ điện trường với hiệu điện thế trong trường hợp điện trường đều:
Bài 1 (trang 22 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Chọn phương án đúng:
Mỗi điện tích q chuyển động trong điện trường (đều hay không đều) theo một đường cong kín. Gọi công của lực điện trong chuyển động đó là A thì
A. A > 0 nếu q > 0
B. A > 0 nếu q < 0
C. A ≠ 0 nếu điện trường không đổi
D. A = 0
Hướng dẫn giải:Một điện tích q chuyển động trong điện trường (đều hay không đều) theo một đường cong kín tức là điểm đầu và điểm cuối trùng nhau, nên A = 0
Đáp án: D
Bài 2 (trang 22 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Chọn phương án đúng:
Cho ba điểm M, N, P trong một điện trường đều. MN = 1 cm, NP = 3 cm; UMN=1V; UMP=2V. Gọi cường độ điện trường tại M, N, P là EM, EN, EP
A. EN > EM
B. EP = 2EN
C. EP = 3EN
D. EP = EN
Hướng dẫn giải:Trong điện trường đều, cường độ điện trường tại mọi điểm đều bằng nhau.
⇒ EM = EN = EP
Đáp án đúng là: D
Bài 3 (trang 23 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một điện tích q chuyển động từ điểm M đến điểm N, từ điểm N đến điểm P như trên hình 4.4 thì công của lực điện trong mỗi trường hợp bằng bao nhiêu? Giải thích?
Hướng dẫn giải:
Vì M, N, P nằm trên cùng một đường thẳng vuông góc với đường sức của điện trường đều, nên điện thế của các điểm này bằng nhau: VM = VN = VP
Mặt khác: AMN = WM - WN = q. UMN = q. (VM - VN)
ANP = WN - WP = q. UNP = q. (VN - VP)
⇒ AMN = ANP = 0
Đáp số: AMN = ANP = 0
Bài 4 (trang 23 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hai tấm kim loại đặt song song, cách nhau 2cm, được nhiễm điện trái dấu nhau và có độ lớn bằng nhau. Muốn điện tích q = 5.10-10 C di chuyển từ tấm này đến tấm kia cần tốn một công A = 2.10-9 J. Hãy xác định cường độ điện trường bên trong hai tấm kim loại đó. Cho biết điện trường bên trong hai tấm kim loại đã cho là điện trường đều và có đường sức vuông góc với các tấm.
Hướng dẫn giải:Công của lực điện trường tác dụng lên điện tích q khi di chuyển trong điện trường đều E là: A = q. E. d
→ Cường độ điện trường bên trong hai tấm kim loại:
Đáp số: E = 200 V/m
Bài 5 (trang 23 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một electron chuyển động dọc theo đường sức của một điện trường đều. Cường độ điện trường E = 100 V/m. Vận tốc ban đầu của electron bằng 300 km/s. Hỏi electron chuyển động được quãng đường dài bao nhiêu thì vận tốc của nó bằng không? Cho biết khối lượng electron m = 9,1.10-31 kg.
Hướng dẫn giải:Công của lực điện trường thực hiện trên electron: A12 = F. d = q. E. d
q là điện tích của electron q = -1,6.10-19C
Mặt khác, theo định lý động năng:
Trong đó: v1 = 300 km/s = 3.105 m/s; v2 = 0 m/s
Quãng đường mà electron đi được cho đến khi vận tốc của nó bằng không là:
Đáp số: d = 2,6 mm
Bài 6 (trang 23 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N là UMN = 1V. Một điện tích q = -1 C di chuyển từ M đến N thì công của lực điện bằng bao nhiêu? Giải thích ý nghĩa của kết quả tính được.Hướng dẫn giải:
Công của lực điện khi điện tích q = -1 C di chuyển từ M đến N là:
AMN = q. UMN = -1.1 = -1 J
Ý nghĩa: Vôn là hiệu điện thế giữa hai điểm M, N mà khi có một nguồn điện tích âm -1 C di chuyển từ điểm M đến điểm N thì lực điện sẽ thực hiện một công âm là -1 J.
Đáp số: A = -1 J
Bài 7 (trang 23 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một quả cầu nhỏ khối lượng 3,06.10-15 kg nằm lơ lửng giữa hai tấm kim loại song song nằm ngang và nhiễm điện trái dấu. Điện tích của quả cầu đó bằng 4,8.10-18 C. Hai tấm kim loại cách nhau 2cm. Hãy tính hiệu điện thế đặt vào hai tấm đó. Lấy g = 10 m/s2.
Hướng dẫn giải:Để quả cầu nhỏ nằm lơ lửng giữa hai tấm kim loại nhiễm điện trái dấu thì lực điện trường phải cân bằng với mọi trọng lực của quả cầu:
F = P = mg = 3,06.10-15.10 = 3,06.10-14 N
Ta có:
Đáp số: U = 127,5 V
Bài 8 (trang 23 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một quả cầu khối lượng 4,5.10-3 kg treo vào một sợi dây dài 1m. Quả cầu nằm giữa hai tấm kim loại song song, thẳng đứng như hình 4.5. Hai tấm cách nhau 4cm. Đặt một hiệu điện thế 750 V vào hai tấm đó thì quả cầu lệch ra khỏi vị trí ban đầu 1cm. Tính điện tích của quả cầu. Lấy g = 10 m/s2
Hướng dẫn giải:
Quả cầu chịu sự tác dụng của các lực như hình vẽ:
Điều kiện cân bằng của quả cầu:
Ta thấy F→ ngược chiều với E→ nên quả cầu có điện tích âm (q < 0)
Dựa trên hình vẽ ta có:
Lực điện trường tác dụng lên quả cầu có độ lớn:
→ Điện tích của quả cầu có độ lớn là:
Đáp số: q = - 24.10-9 C
Bài trước: Bài 3: Điện trường - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao