CHỦ ĐỀ 3. ĐIỆN TRƯỜNG

BÀI 3. ĐIỆN THẾ, HIỆU ĐIỆN THẾ, TỤ ĐIỆN

( 24 CÂU)

PHẦN I. NHẬN BIẾT ( 5 câu)

Câu 1: Điện thế là gì? 

Trả lời: 

Điện thế tại một điểm trong điện trường là đại lượng đặc trưng riêng cho điện trường về phương diện tạo ra thế năng khi đặt tại đó một điện tích q. Nó được xác định bằng thương số giữa công của lực điện tác dụng lên điện tích q khi q di chuyển từ M ra xa vô cùng và độ lớn của q.

Câu 2: Hiệu điện thế giữa 2 điểm M và N?

Trả lời: 

Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường trong sự di chuyển của điện tích từ M đến N. Nó được xác định bằng thương số giữa công của lực điện tác dụng lên điện tích q trong sự dịch chuyển của q từ M đến N và độ lớn của q: UMN =UM- UN =AMN q

Câu 3: Tụ điện là gì? 

Trả lời: 

Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện.

Câu 4:  Nếu hiệu điện thế giữa hai bản tụ tăng 2 lần thì điện dung của tụ thay đổi  như thế nào? 

Trả lời: 

Điện dung của tụ điện không phụ thuộc vào hiệu điện thế giữa hai bản tụ nên nếu hiệu điện thế giữa hai bản tụ tăng 2 lần thì điện dung của tụ không đổi.

Câu 5: Thế năng của điện tích q trong điện trường đặc trưng cho điều gì? 

Trả lời: 

Thế năng của một điện tích q trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt điện tích q tại điểm mà ta xét trong điện trường

PHẦN II. THÔNG HIỂU ( 6 câu) 

Câu 1: Một tụ có điện dung 2 μF. Khi đặt một hiệu điện thế 4 V vào 2 bản của tụ điện thì tụ tích được một điện lượng là bao nhiêu? 

Trả lời: 

Điện tích Q = CU = 2.10-6.4 = 8.10-6C

Câu 2: Đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế 10 V thì tụ tích được một điện lượng 20.10-9 C. Điện dung của tụ là bao nhiêu?

Trả lời: 

C = Q/U = 2nF 

Câu 3: Một điện tích điểm q = -2.10-7C di chuyển được đoạn đường 5cm dọc theo một đường sức của điện trường đều có cường độ điện trường 5000V/m. Công của lực điện thực hiện trong quá trình di chuyển của điện tích q là bao nhiêu?

Trả lời:

Ta có: A = qEd = -5.10-5 J

Câu 4: Một electron bay với động năng 410eV (1eV = 1,6.10-19J) từ một điểm có điện thế V1 = 600V theo hướng đường sức điện. Hãy xác định điện thế tại điểm mà ở đó electron dừng lại. Cho qe = -1,6.10-19C , me = 9,1.10-31kg?

Trả lời: 

Electron dừng lại khi động năng chuyển hóa hoàn toàn thành thế năng:

Wd= Wt=>410eV=eV1-V2=>410=600-V2=> V2=190V

Câu 5: Cho điện tích q = +10-8C dịch chuyển giữa 2 điểm cố định trong một điện trường đều thì công của lực điện trường là 60 mJ. Nếu một điện điện tích q’ = + 4.10-9 C dịch chuyển giữa hai điểm đó thì công của lực điện trường khi đó là bao nhiêu?

Trả lời: 

Ta có: A = qEd => AA'=qq'=10-84.10-9=52=>A'=25A=24mJ

Câu 6: Hai tụ điện C1 = 3μF; C2 = 6μF ghép nối tiếp vào một đoạn mạch AB với UAB = 10 V. Tính hiệu điện thế của tụ C2?

Trả lời: 

Hai tụ ghép nối tiếp nên điện tích của bộ tụ điện là 

Q = Q1 = Q2 = C1U1 = C2U2

• U1U2 = C2C1 =2=>U1=2U2

Mà ta lại có: UAB = U1 + U2 = 10V → 3U2 = 10 → U2 = 10/3V

PHẦN III. VẬN DỤNG (6 câu)

Câu 1: Khi bay qua 2 điểm M và N trong điện trường, êlectrôn tăng tốc, động năng tăng thêm 250eV (1eV = 1,6.10-19J). Tính hiệu điện thế giữa M và N

Trả lời: 

Ta có: Công của lực điện trường là A = q.UAB = ΔWd

• UMN =∆Wdq= -250V

Vậy: Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trong điện trường là UMN = –250V.

Câu 2: Một electron bay từ điểm M đến điểm N trong một điện trường, giữa hai điểm có hiệu điện thế UMN = 100V. Công mà lực điện trường sinh ra bằng?

Trả lời: 

AMN = e.UMN = -1,6.10-19.100 = -1,6.10-17J=-100eV

Câu 3: Cho điện tích dịch chuyển giữa 2 điểm cố định trong một điện trường đều với cường độ 3000 V/m thì công của lực điện trường là 90 mJ. Nếu cường độ điện trường là 4000 V/m thì công của lực điện trường dịch chuyển điện tích giữa hai điểm đó là?

Trả lời: 

Ta có: AMN1 = qE1d; AMN2 = qE2d

• AMN1AMN2 =E1E2 =>AMN2 =120mJ

Câu 4: Để tụ tích một điện lượng 10 nC thì đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế 2V. Để tụ đó tích được điện lượng 2,5 nC thì phải đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế bằng bao nhiêu? 

Trả lời: 

Hiệu điện thế: U=QC=>U1U2 = Q1Q2 =>2U2=10.10-92,5.10-9=> U2=500mV

Câu 5: Hai đầu tụ 20 μF có hiệu điện thế 5V thì năng lượng tụ tích được là bao nhiêu?

Trả lời: 

Năng lượng của tụ:

W=U2C2=0,25mJ

Câu 6: Một electron chuyển động dọc theo đường sức của một điện trường đều. Cường độ điện trường có độ lớn bằng 100V/m. Vận tốc ban đầu của electron là 3.105 m/s, khối lượng của electron là 9,1.10-31kg. Từ lúc bắt đầu chuyển động đến khi có vận tốc bằng 0 thì electron đã đi được quãng đường là bao nhiêu?

Trả lời: 

Áp dụng bảo toàn cơ năng trong điện trường đều ta có:

qEd= -12mv2=>d=12.-mv2qE=2,56mm

PHẦN IV. VẬN DỤNG CAO ( 7 câu)

Câu 1: A, B, C là ba điểm tạo thành tam giác vuông tại A đặt trong điện trường đều có véc tơ E song song với AB. Cho α = 60°; BC = 10 cm và UBC = 400 V.

1. a) Tính UAC, UBAvà E.
2. b) Tính công thực hiện để dịch chuyển điện tích q = 10-9C từ A → B, từ B → C và từ A → C.
3. c) Đặt thêm ở C một điện tích điểm q = 9.10-10 Tìm cường độ điện trường tổng hợp tại A. 

Trả lời: 

UAC = E.AC.cos90° = 0.

UBA = UBC + UCA = UBC = 400 V.

E=UBC BC.cosa=8.103V/m 

AAB = qUAB = -qUBA = -4.10-7 J.

ABC = qUBC = 4.10-7 J.

AAC = qUAC = 0.

Điện tích q đặt tại C sẽ gây ra tại A véc tơ cường độ điện trường E'→ có phương chiều như hình vẽ; có độ lớn:

E'=9.100.|q|CA2=9.109.|q|BCsina2=5,4.103 V/m 

Câu 2: Điện tích q = 10-8 C di chuyển dọc theo các cạnh của tam giác đều ABC cạnh a = 10 cm trong điện trường đều cường độ điện trường là E = 300 V/m, E→ // BC. Tính công của lực điện trường khi q di chuyển trên mỗi cạnh của tam giác.

Trả lời: 

Công của lực điện trường khi q di chuyển trên các cạnh của tam giác:

AAB = q.E.AB.cos120° = -10-8.300.0,1/2 = -1,5.10-7 J

ABC = q.E.BC = 10-8.300.0,1 = 3.10-7 J

ACA = q.E.AC.cos60° = 10-8.300.0,1/2 = 1,5.10-7 J.

Câu 3: Có hai điện tích điểm q1 = 10-8 C và q2 = 4.10-8 đặt cách nhau r = 12cm. Tính điện thế của điện trường gây ra bởi hai điện tích trên tại điểm có cường độ điện trường bằng không.

Trả lời: 

Ta có: E1=k.|q1|r12 ; E2=k.|q2|r22

Để cường độ điện trường bằng không thì điểm M nằm giữa 2 điện tích điểm và thoã mãn điều kiện: 

E1 = E2 => r2 = 2r1

Mặt khác: r1 + r2 = 12 cm 

• r1 = 4cm, r2 = 8cm 

• VM = V1 + V2 = 6750 V

Câu 4: Có ba bản kim loại phẳng A, B, C đặt song song như hình vẽ. Cho d1 = 5cm, d2 = 4cm bản C nối đất, bản A, B được tích điện có điện thế -100V, +50V. Điện trường giữa các bản là điện trường đều. Xác định các vectơ cường độ điện trường E1, E2 ? 

Trả lời: 

Chọn bản C làm gốc, VC = 0.

 E2=UBCd2=VB- VCd2=1250 V/m 

E2 hướng từ bản B sang bản C: 

E1=UBAd2=VB- VAd2=3000 V/m

Câu 5: Một electron bay từ bản âm sang bản dương của một tụ điện phẳng. Điện trường trong khoảng hai bản tụ là điện trường đều có cường độ E = 6.104 V/m. Khoảng cách giữa hai bản tụ là d = 5 cm.

1. Tính gia tốc của electron.
2. Tính thời gian bay của electron biết vận tốc ban đầu bằng 0.
3. Tính vận tốc của electron khi nó chạm vào bản dương.

Trả lời: 

• Gia tốc của electron

a=Fm=|q|Em=1,05.1016m/s2

• Thời gian bay của electron:

t= 2da=3.10-9 s

2. Vận tốc của electron khi chạm bản dương v = at = 3,2.107m/s.

Câu 6: Giữ hai bản của một tụ điện phẳng, đặt nằm ngang có một hiệu điện thế U1 = 1000 V, khoảng cách giữa hai bản là d = 1 cm. Ở đúng giữa hai bản có một giọt thủy ngân nhỏ tích điện, nằm lơ lửng. Đột nhiên hiệu điện thế giảm xuống chỉ còn U2 = 995 V. Hỏi sau bao lâu giọt thủy ngân rơi xuống bản dương?

Trả lời: 

+ Khi giọt thủy ngân nằm cân bằng

P= F1=>mg=qU1d=> m= qU1gd

 + Khi giọt thủy ngân rơi xuống bản dương thì gia tốc của nó là

a = P- F2m=g-qU2md=>a=g- gU2U1=0,05 m/s2

Thời gian rơi: t = da=0,45s

Câu 7: Ba tụ điện được mắc thành bộ theo sơ đồ như trên. Cho C1 = 3μF, C2 = C3 = 4μF. Nối hai điểm M, N với một nguồn điện có hiệu điện thế U = 10 V. Hãy tính điện dung và điện tích của bộ tụ điện đó.

Trả lời: 

Ta có: C23=C2C3C2+C3=2µF

Điện dung của bộ tụ điện: C = C1 + C23 = 5 μF

Điện tích của bộ tụ điện: Q = C.UMN = 5.10-6.10 = 5.10-5 C.