Vật lý 11 bài 4: Công của lực điện, Thế năng của một điện tích trong điện trường Công thức và bài tập vận dụng

Vật lý 11 bài 4: Công của lực điện, Thế năng của một điện tích trong điện trường Công thức và bài tập vận dụng. Tương tác tĩnh điện có nhiều điểm tương đồng với tương tác hấp dẫn, ta sẽ thấy công của lực điện cũng có những điểm tương tự như công của trọng lực.

Vậy công của lực điện tác dụng lên một điện tích đặt trong điền trường đều có đặc điểm gì? Công thức tính công của lực điện viết thế nào? Thế năng của một điện tích trong điện trường phụ thuộc vào điện tích ra sao? chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

I. Công của lực điện

1. Đặc điểm của lực điện tác dụng lên một điện tích đặt trong điện trường đều

– Đặt điện tích q dương (q>0) tại một điểm M trong điện trường đều như hình vẽ, nó sẽ chịu tác dụng của một lực điện .

– Lực  là lực không đổi, có phương song song với các đường sức điện, chiều hướng từ bản dương sang bản âm, độ lớn bằng qE.

2. Công của lực điện trong điện trường

– Công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu và điểm cuối của đường đi trong điện trường.

II. Thế năng của một điện tích trong điện trường

1. Khái niệm thế năng

– 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.

2. Sự phụ thuộc của thế năng W_M vào điện tích q

A_M∞=W_M=V_Mq

– Thế năng tỉ lệ thuận với q.

3. Công của lực điện và độ giảm thế năng của điện tích trong điện trường

– Khi một điện tích q di chuyển từ điểm M đến điểm N trong một điện trường thì công mà lực điện tác dụng lên điện tích đó sinh ra sẽ bằng độ giảm thế năng của điện tích q trong điện trường.

A_MN = W_M-W_N

III. Bài tập vận dụng Công của lực điện

* Bài 1 trang 25 SGK Vật Lý 11: Viết công thức tính công của lực điện trong sự di chuyển của một điện tích trong một điện trường đều.

° Lời giải bài 1 trang 25 SGK Vật Lý 11: 

◊ Trong điện trường đều, công của lực điện trường trong sự di chuyển điện tích từ M đến N là: A_MN = qEd.

– Trong đó:

q: điện tích di chuyển . có thể dương hay âm (C);

E: cường độ điện trường đều (V/m);

d: khoảng cách giữa hình chiếu của điểm đầu M và điểm cuối N của đường đi trên một đường sức điện;

◊ d>0 nếu hình chiếu cùng chiều đường sức điện

◊ d<0 nếu hình chiếu ngược chiều đường sức điện.

* Bài 2 trang 25 SGK Vật Lý 11: Nêu đặc điểm của công của lực điện tác dụng lên điện tích thử q khi cho q di chuyển trong điện trường.

° Lời giải bài 2 trang 25 SGK Vật Lý 11: 

– Công của lực điện tác dụng nên điện tích thử q khi cho q di chuyển trong một điện trường không phụ thuộc vào hình dạng đường đi, chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối của quỹ đạo.

* Bài 3 trang 25 SGK Vật Lý 11: Thế năng của một điện tích q trong một điện trường phụ thuộc vào q như thế nào?

° Lời giải bài 3 trang 25 SGK Vật Lý 11: 

– Thế năng của một điện tích q tại điểm M trong điện trường: W_M = A_M∞ = q.V_M

– Thế năng tỉ lệ thuận với q, độ lớn và dấu của thế năng phụ thuộc vào cách chọn gốc thế năng

* Bài 4 trang 25 SGK Vật Lý 11: Cho một điện tích thử q di chuyển trong một điện trường đều dọc theo hai đoạn thẳng MN và NP và lực điện sinh công dương. Biết rằng lực điện sinh công dương và MN dài hơn NP. Hỏi kết quả nào sau đây là đúng, khi so sánh các công A_MN và A_NP của lực điện?

A. A_MN > A_NP

B. A_MN < A_NP

C. A_MN = A_NP

D. Cả 3 trường hợp A,B,C đều có thể xảy ra.

° Lời giải bài 4 trang 25 SGK Vật Lý 11: 

◊ Chọn đáp án: D.Cả 3 trường hợp A,B,C đều có thể xảy ra.

– Công của lực điện trong sự di chuyển của một điện tích không phụ thuộc hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vị trí điểm đầu và điểm cuối của đường đi trong điện trường: A = Fscosα = qEd, nên ta có:

A_MN = q. E. MN. cosα_MN

A_NP = q. E. NP. cosα_NP

– Theo bài ra MN dài hơn NP tức là s₁ > s₂, nhưng nếu với góc α khác nhau thì có thể xảy ra A_MN > A_NP hoặc A_MN < A_NP hoặc A_MN = A_NP.

* Bài 5 trang 25 SGK Vật Lý 11: Chọn đáp số đúng.

Một êlectron di chuyển được đoạn đường 1cm, dọc theo một đường sức điện, dưới tác dụng của lực điện, trong một điện trường đều có cường độ điện trường 1000 V/m. Hỏi công của lực điện là bao nhiêu?

A. -1,6.10^-16 J

B. +1,6.10^-16 J

C. -1,6.10^-16J

D. +1,6.10^-16J

° Lời giải bài 5 trang 25 SGK Vật Lý 11: 

◊ Chọn đáp án: D.+1,6.10^-16J

– Dưới tác dụng của lực điện êlectron di chuyển ngược chiều điện trường (tức ngược chiều đường sức điện), ta có:

A = q_e.E.d.cosα (với α = )

= -1,6.10^-19.1000.0,01.cos180⁰ = 1,6.10^-18J

* Bài 6 trang 25 SGK Vật Lý 11: Cho một điện tích di chuyển trong một điện trường dọc theo một đường cong kín, xuất phát từ điểm M rồi trở lại điểm M. Công của lực điện bằng bao nhiêu?

° Lời giải bài 6 trang 25 SGK Vật Lý 11: 

– Lúc này hình chiếu của điểm đầu và điểm cuối đường đi trùng nhau tại điểm (d = 0) nên công của lực điện bằng không.

– Vậy nếu điện tích di chuyển trên một đường cong kín thì điện trường không thực hiện công.

* Bài 7 trang 25 SGK Vật Lý 11: Một êlectron được thả không vận tốc đầu ở sát bản âm, trong điện trường đều giữa hai bản kim loại phẳng, tích điện trái dâu. Cường độ điện trường giữa hai bản là 1000 V/m. Khoảng cách giữa hai bản là 1cm. Tính động năng của êlectron khi nó đến đập vào bản dương.

° Lời giải bài 7 trang 25 SGK Vật Lý 11: 

– Lực điện trường F tác dụng lên electron (điện tích âm) có chiều ngược với chiều điện trường do đó electron di chuyển ngược chiều điện trường → (vector E, vector s) = 180^o

– Áp dụng định lý động năng cho sự di chuyển của êlectron:

W_đ(+) – W_đ(-) = A = q.E.s.cos180^o

– Động năng ban đầu tại bản (-) của electron: W_đ(-) = 0 do electron được thả không vận tốc đầu.

→ động năng của êlectron khi nó đến đập vào bản dương:

W_đ(+) = q.E.s.cos180^o = -1,6.10^-19 x 1000 x 0,01.(-1) = 1,6.10^-18J

– Kết luận: W_đ(+) = 1,6.10^-18J

* Bài 8 trang 25 SGK Vật Lý 11: Cho một điện tích dương Q đặt tại điểm O. Đặt một điện tích âm tại một điểm M. Chứng minh rằng thế năng của q ở M có giá trị âm.

° Lời giải bài 8 trang 25 SGK Vật Lý 11: 

– Ta có: W_M = A_M∞

– Đường sức điện của Q hướng từ Q ra. Lực điện tác dụng lên điện tích q (âm) sẽ ngược chiều đường sức điện.

– Nên công để đưa q từ M ra vô cực (lúc này đường đi S của q cùng chiều với E) là: A_M∞ = q.E.s.cos0^o < 0 vì q < 0. Do đó W_M < 0.

Hy vọng với bài viết về Công của lực điện, Thế năng của một điện tích trong điện trường Công thức và bài tập ở trên giúp ích cho các em. Mọi góp ý và thắc mắc các em vui lòng để lại bình luận dưới bài viết để Trường TCSP Mẫu giáo – Nhà trẻ Hà Nội ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tập tốt.

Bản quyền bài viết thuộc trường trung học phổ thông Sóc Trăng. Mọi hành vi sao chép đều là gian lận.
Nguồn chia sẻ: Trường THPT Thành Phố Sóc Trăng (thptsoctrang.edu.vn)