CHƯƠNG III: ĐIỆN TRƯỜNG

BÀI 19: THẾ NĂNG ĐIỆN

1. NHẬN BIẾT

Câu 1: Biểu thức tính công của lực điện trong điện trường đều là:

Giải:

Biểu thức tính công của lực điện trong điện trường đều là:

A = qEd.

Câu 2: Công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích q trong điện trường từ điểm M đến điểm N không phụ thuộc vào yếu tố nào?

Giải:

Công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích q trong điện trường từ điểm M đến điểm N không phụ thuộc vào yếu tố: Hình dạng đường đi từ điểm M đến điểm N.

Câu 3: Lực điện trường là?

Giải:

Lực điện trường là: Lực thế

Câu 4: Công thức xác định công của lực điện trường làm dịch chuyển điện tích q trong điện trường đều E là A = qEd, trong đó d là?

Giải:

Công thức xác định công của lực điện trường làm dịch chuyển điện tích q trong điện trường đều E là A = qEd, trong đó d là độ dài đại số của đoạn từ hình chiếu điểm đầu đến hình chiếu điểm cuối lên một đường sức tính theo chiều đường sức điện.

Câu 5: Khi điện tích dịch chuyển dọc theo một đường sức trong một điện trường đều, nếu giữ nguyên lực tác dụng lên điện tích và quãng đường dịch chuyển tăng 4 lần thì công của lực điện trường sẽ thay đổi như thế nào?

Giải:

Khi điện tích dịch chuyển dọc theo một đường sức trong một điện trường đều, nếu giữ nguyên lực tác dụng lên điện tích và quãng đường dịch chuyển tăng 4 lần thì công của lực điện trường tăng 4 lần.                 

2. THÔNG HIỂU

Câu 1: Dưới tác dụng của lực điện trường, một điện tích q > 0 di chuyển được một đoạn đường s trong điện trường đều theo phương hợp với   góc α. Trong trường hợp nào sau đây, công của lực điện trường lớn nhất?

Giải:

Lực điện trường tác dụng lên điện tích q > 0 là  = q   cùng phương, cùng chiều  , có tác dụng làm điện tích chuyển động theo chiều đường sức điện. Công của lực điện A = q.E.d, với d = s.cosα

⇒ Công của lực điện trường lớn nhất khi α = 0

Câu 2: Dưới tác dụng của lực điện trường, một điện tích q > 0 di chuyển được một đoạn đường s trong điện trường đều theo phương hợp với   góc α. Trong trường hợp nào sau đây, công của lực điện trường nhỏ nhất?

Giải:

Lực điện trường tác dụng lên điện tích q > 0 là  = q   cùng phương, cùng chiều  , có tác dụng làm điện tích chuyển động theo chiều đường sức điện. Công của lực điện A = q.E.d, với d = s.cosα

⇒ Công của lực điện trường nhỏ nhất khi α = 180

Câu 3: Một điện tích điểm q di chuyển trong một điện trường từ điểm C đến điểm D thì lực điện sinh công 1,2J. Nếu thế năng của điện tích q tại D là 0,4J thì thế năng của nó tại C là :

Giải:

Ta có: A_CD = W_C - W_D

• W_C = A_CD + W_D = 1,6J

Câu 4: Công của lực điện trường dịch chuyển một điện tích 5.10^-6 C dọc theo chiều một đường sức trong một điện trường đều 1000 V/m trên quãng đường dài 0,5m là?

Giải:

Ta có, công của lực điện tác dụng lên điện tích dịch chuyển trong điện trường: 

A = qEd = 5.10^-6 .1000.0,5 = 2,5.10^-3 J

Câu 5: Công của lực điện trường dịch chuyển một điện tích 4.10^-6 C dọc theo chiều một đường sức trong một điện trường đều 1000 V/m trên quãng đường dài 1m là?

Giải:

Ta có, công của lực điện tác dụng lên điện tích dịch chuyển trong điện trường: 

A = qEd = 4.10^-6 .1000.1= 4.10^-3 J = 4mJ

3. VẬN DỤNG

Câu 1: Công của lực điện trường dịch chuyển một điện tích - 2μC dọc theo chiều một đường sức trong một điện trường đều 1000 V/m trên quãng đường dài 1 m là?

Giải:

Biểu thức tính công của lực điện trường, do điện tích dịch chuyển ngược chiều điện trường nên α = 180⁰ . Khi đó:

A = qEd = qE.MN.cosα = (−2.10^-6 ).1000.1.cos180⁰ = 2mJ

Câu 2: Cho điện tích dịch chuyển giữa 2 điểm cố định trong một điện trường đều với cường độ điện trường 100 V/m thì công của lực điện trường là 50 mJ. Nếu cường độ điện trường là 200 V/m thì công của lực điện trường dịch chuyển điện tích giữa hai điểm đó là?

Giải:

 =  ó  =  =>  = 50mJ

Câu 3: Cho điện tích dịch chuyển giữa 2 điểm cố định trong một điện trường đều với cường độ 150 V/m thì công của lực điện trường là 60 mJ. Nếu cường độ điện trường là 200 V/m thì công của lực điện trường dịch chuyển điện tích giữa hai điểm đó là?

Giải:

 =  ó  =  =>  = 80mJ

Câu 4: Công của lực điện trường dịch chuyển một điện tích 10 mC song song với các đường sức trong một điện trường đều với quãng đường 10 cm là 1 J. Độ lớn cường độ điện trường đó là?

Giải:

A = qEd

nên E =  =  = 10000 V/m.

Câu 5: Khi điện tích dịch chuyển trong điện trường đều theo chiều đường sức thì nó nhận được một công 10 J. Khi dịch chuyển tạo với chiều đường sức 60⁰ trên cùng độ dài quãng đường thì nó nhận được một công là?

Giải:

 => A = A = 10.  = 5J

4. VẬN DỤNG CAO

Câu 1: 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?

Giải:

Ta có,

+ Khi cường độ điện trường E₁ = 3000V/m  thì A₁ = 90mJ

+ Khi cường độ điện trường E₂ = 4000V/m thì A₂ = ?

Lại có: 

Suy ra:

 =  =  =

• =  =  .90 = 120mJ

Câu 2: Hai bản kim loại phẳng, song song mang điện tích trái dấu, cách nhau 2cm, cường độ điện trường giữa hai bản là 3.10³ V/m. Sát bản dương có một điện tích q = 1,5.10^-2C. Công của lực điện trường thực hiện lên điện tích khi điện tích di chuyển đến bản âm là?

Giải:

Khi điện tích chuyển từ bản dương sang bản âm thì áp dụng công thức 

 −   = 2aS

Điện tích chuyển động trong điện trường chịu tác dụng của lực điện:

F = ma ⇒ qE = ma ⇒ a =

⇒  − 0²  = 2aS = 2S

⇒ v =

⇒ v =  = 2.10⁴  m/s

Câu 3: Nối hai cực của nguồn điện không đổi có hiệu điện thế 50V lên hai bản của tụ điện phẳng có khoảng cách giữa hai bản tụ bằng 5cm. Trong vùng không gian giữa hai bản tụ, 1 proton có điện tích 1,6.10^-19C và khối lượng 1,67.10^-27 kg, chuyển động từ điểm M cách bản âm của tụ điện 4cm  đến điểm N cách bản âm của tụ 1 cm. Biết tốc độ của proton tại M bằng 10⁵ m/s. Tốc độ của proton tại N bằng:

Giải:

Ta có:

+ Cường độ điện trường giữa hai bản tụ điện là:

 E =  =  = 1000V/m.

+ Lực điện trường tác dụng lên điện tích là 

F = qE = 1,6.10^-19 .1000 = 1,6.10^-16 N.

+ Định luật II Niuton có F = ma

=> điện tích di chuyển trong điện trường với gia tốc 

a =  =  = 9,58.10¹⁰ m/s²

→  −  = 2as ⇒ v_N =  = 1,25.10⁵ m/s

Câu 4: Nối hai cực của nguồn điện không đổi có hiệu điện thế 50V lên hai bản của tụ điện phẳng có khoảng cách giữa hai bản tụ bằng 5cm. Trong vùng không gian giữa hai bản tụ, 1 proton có điện tích 1,6.10^-19C và khối lượng 1,67.10^-27 kg, chuyển động từ điểm M cách bản âm của tụ điện 4cm  đến điểm N cách bản âm của tụ 2 cm. Biết tốc độ của proton tại M bằng 10⁵ m/s. Tốc độ của proton tại N bằng:

Giải:

Ta có:

+ Cường độ điện trường giữa hai bản tụ điện là:

 E =  =  = 1000V/m.

+ Lực điện trường tác dụng lên điện tích là 

F = qE = 1,6.10^-19 .1000 = 1,6.10^-16 N.

+ Định luật II Niuton có F = ma

=> điện tích di chuyển trong điện trường với gia tốc 

a =  =  = 9,58.10¹⁰ m/s²

→  −  = 2as ⇒ v_N =  = 1,33.10⁵ m/s

Câu 5: Hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện phẳng bằng U = 300V. Một hạt bụi nằm cân bằng giữa hai bản tụ điện và cách bản dưới của tụ điện d₁= 0,8cm. Hỏi trong bao nhiêu lâu hạt bụi sẽ rơi xuống mặt bản tụ, nếu hiệu điện thế giữa hai bản giảm đi một lượng ΔU = 60V

Giải:

Hạt bụi nằm cân bằng chịu tác dụng của trọng lực P và lực điện F: P = F

- Trước khi giảm U: P = mg.q.E =q. → m =

- Sau khi giảm U: F₁ =

Hiệu lực F – F₁ gây ra gia tốc cho hạt bụi:

F – F₁ = = m.a

 ⇒a =

Ta có: d₁ =   → t =  =  = 0,09s