04/05/2024 05:05

Lý thuyết điện thế và thế năng điện - Vật lý 11

1. Thế năng và điện thế

1.1 Công của lực điện

- Công của lực điện trường làm dịch chuyển của điện tích mà không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi của điện tích mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và vị trí điểm cuối của độ dịch chuyển.

1.2 Thế năng điện của một điện tích trong điện trường

a. Thế năng của một điện tích trong điện trường đều

- Thế năng điện là thế năng của điện tích trong điện trường, có đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường đều.

- Công của lực điện bằng với thế năng điện tích tại một điểm M trong điện trường đều. Tính thế năng của điện tích từ điểm M xác định tới điểm mốc:

WM = q.E.d

Trong đó là thế năng điện của điện tích tại điểm M, còn d là khoảng cách từ M đến cực âm.

b. Thế năng của một điện tích trong điện trường bất kì

- Khi chọn mốc thế năng tại vô cực, công của lực điện trong dịch chuyển của điện tích từ điểm M đến vô cực bằng với thế năng của điện tích tại điểm M trong điện trường

$\large W_{M}=A_{M\infty }$

1.3 Điện thế

- Là đại lượng đặc trưng cho thế năng điện tại một điểm trong điện trường và được xác định bằng công. Để thực hiện dịch chuyển đơn vị điện tích dương từ vô cực về vị trí đó ta có:

$\large V_{A}=\frac{A'_{\infty A}}{q}$

trong đó, $\large A'_{\infty A}$ là công của lực điện để dịch chuyển một điện tích dương ra vô cực.

1.4 Hiệu điện thế

- Hiệu điện thế giữa điểm A và điểm B là đại lượng đặc trưng cho công của điện trường để dịch chuyển đơn vị điện tích hai điểm đó. Xác định theo biểu thức:

$\large U_{AB}=\frac{A_{AB}}{q}$

Đơn vị là Vôn (V).

1.5 Mối liên hệ giữa cường độ điện trường với hiệu điện thế

$\large E=\frac{U}{d}$

với d là khoảng cách giữa hai điểm đang xét trên phương vecto cường độ điện trường.

Đăng ký ngay khóa học DUO 11 để được các thầy cô lên lộ trình ôn thi THPT sớm ngay từ hôm nay bạn nhé!

Lý thuyết điện thế và thế năng điện - Vật lý 11

2. Chuyển động của điện tích trong điện trường đều

a. Điện tích chuyển động với vận tốc ban đầu song song với vectơ cường độ điện trường

- Vận tốc của hạt electron tại bản dương theo định lí động năng chương trình Vật li 10:

$\large v=\sqrt{\frac{2q_{e}Ed}{m}}$

- Trong máy gia tốc tuyến tính để sử dụng trong quá trình xạ trị bệnh ung thư cũng ứng dụng chuyển động của hạt mang điện song song với điện trường.

b. Điện tích chuyển động với vận tốc ban đầu vuông góc với vectơ cường độ điện trường

- Độ lớn trọng lực của electron rất nhỏ so với lực điện tác dụng lên electron. Electron chỉ chịu được tác dụng cùng chiều dương của lực điện $\large \vec{F}=q_{e}.\vec{E}$

- Quỹ đạo chuyển động của vật nằm ngang giống với quỹ đạo chuyển động của electron:

+ Electron chuyển động thẳng đều với vận tốc vo trên phương Ox

+ Gia tốc $\large \vec{a}=\frac{q_{e.\vec{E}}}{m}$ tạo ra bởi lực điện $\large \vec{F}$ . Electron chuyển động thẳng nhanh dần đều.

3. Bài tập vận dụng

3.1 Bài 1 trang 80 - Vật lý 11 (Chân trời sáng tạo):

- Trọng lực, lực đàn hồi, …là các lực thế đã học.

- Đặc điểm công của lực:

+ Phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối

+ Không phụ thuộc và hình dạng quỹ đạo chuyển động của v

3.2 Bài 2 trang 80 - Vật lý 11 (Chân trời sáng tạo):

- Công của lực điện:

A = F.d = q.E.A'B'

3.3 Bài 3 trang 82 - Vật lý 11 (Chân trời sáng tạo):

- Ta có công thức:

$\large U_{AB}=V_{A}-V_{B}=\frac{A_{\infty A}}{q}-\frac{A_{\infty B}}{q}=\frac{A_{\infty A}-B_{\infty B}}{q}$

Và : $\large A_{\infty A}=A_{AB}+A_{\infty B}$ => $\large U_{AB}=\frac{A_{AB}+A_{\infty A}-A_{A\infty B}}{q}=\frac{A_{AB}}{q}$

3.4 Bài 4 trang 82 - Vật lý 11 (Chân trời sáng tạo):

Cách 1

Ta có: $\large U_{MN}=V_{M}-V_{N}=\frac{A_{MN}}{q}$

=> AMN > 0 => UMN > 0 => VM > VN vì điện tích dịch chuyển cùng chiều vectơ cường độ dòng điện từ điểm M đến N.

Cách 2:

Điện thế tại điểm M và N:

$\large V_{M}=\frac{A_{\infty M}}{q} ; V_{N}=\frac{A_{\infty N}}{q}$

trong đó công của lực điện dịch chuyển điện tích q dương từ MN ra vô cực là $\large A_{\infty M}$ và $\large A_{\infty N}$

Công $\large A_{\infty M}$ > $\large A_{\infty N}$ vì vecto cường độ điện trường hướng từ M $\large \rightarrow$ N => VM > VN

3.5 Bài 5 trang 83 - Vật lý 11(Chân trời sáng tạo):

Cường độ điện trường có đơn vị V/m được tính theo công thức: $\large E=\frac{U}{d}$ , trong đó U là hiệu điện thế với đơn vị Vôn (V); d là khoảng cách có đơn vị là mét (m)

3.6 Bài 6 trang 85 - Vật lý 11(Chân trời sáng tạo):

- Độ lớn lực điện:

$\large F= q.E=q.\frac{u}{d}=8.10^{-19}.\frac{5000}{0,02}=2.10^{-13}N$

3.7 Bài 7 trang 85 - Vật lý 11(Chân trời sáng tạo):

Lực điện tác dụng lên electron có phương thẳng đứng hướng xuống do điện trường có phương thẳng đứng hướng lên.

=> quỹ đạo của electron giống với chuyển động của vật ném ngang vì electron ban đầu chuyển động với vận tốc vo theo phương ngang. Từ đó, suy ra quỹ đạo của electron có dạng nhánh của parabol.

Tham khảo ngay bộ tài liệu ôn tập kiến thức và tổng hợp phương pháp giải quyết mọi dạng bài tập trong đề thi Vật Lý THPT Quốc Gia

Lý thuyết điện thế và thế năng điện - Vật lý 11

3.8 Bài 8 trang 85 - Vật lý 11(Chân trời sáng tạo):

Lực điện tác dụng lên proton có phương thẳng đứng hướng lên khi proton chuyển động vào vùng điện trường đều như hình vẽ. Hình dạng của quỹ đạo chuyển động của proton là dạng nhánh của parabol có bề lõm hướng lên trên.

3.9 Bài 9 trang 86 - Vật lý 11(Chân trời sáng tạo):

Điện trường hướng từ bên ngoài vào bên trong tế bào do mặt ngoài mang điện dương còn mặt trong mang điện âm.

Công cần thực hiện là công âm làm cho ion Na+ chuyển động ngược chiều điện trường:

A = -q.U= -1,6.10-19.90.10-3 = -1,44.10-20 J

3.10 Bài 10 trang 86 - Vật lý 11(Chân trời sáng tạo):

- Thời gian electron đi đến mép ngoài của tấm bản phía trên:

$\large t=\frac{x}{v_{o}}=\frac{0,03}{1,6.10^{6}}=1,875.10^{-8}$ (s)

- Quãng đường electron di chuyển theo phương thẳng đứng:

$\large y=\frac{d}{2}=\frac{0,01}{2}=5.10^{-3}$

Electron chuyển động thẳng nhanh dần đều theo phương Oy:

$\large y=\frac{1}{2}at^{2}\Rightarrow 5.10^{-3}=\frac{1}{2}a.(1,875.10^{-8})^{2}$

$\large \Rightarrow a=2,8.10^{13}m/s^{2}$

- Độ lớn cường độ điện trường:

$\large E=\frac{ma}{q}=\frac{9,1.10^{-31}.2,8.10^{13}}{1,6.10^{-19}}=159,25 V/m$

3.11 Bài 1 trang 78 (Bài 19) - Vật lý 11(Kết nối tri thức):

- Thế năng của điện tích khi ở điểm N:

WN = q.E.dN

- Thế năng của điện tích khi ở điểm M:

WM = q E.dM

- Độ giảm thế năng:

$\large \Delta$ W =WM - WN = q.E.dM - q.E.dN = q.E.d

- Công của lực điện khi điện tích q di chuyển từ M đến N:

A = q.E.d

- Trường hợp M ở xa vô cực:

W=WM - WN = 0 - WN = -q.E dN = $\large A_{\infty N}$

3.12 Bài 2 trang 78 (Bài 19) - Vật lý 11(Kết nối tri thức):

Số đo thế năng âm khi điện tích q âm tại điểm M trong điện trường bị dịch chuyển tới vô cực khi chọn mốc ở xa vô cực:

$\large A_{\infty M}$ =WM = -q.E.d

3.13 Bài 3 trang 78 (Bài 19) - Vật lý 11(Kết nối tri thức):

WM = q.E.d

trong đó WM là thế năng điện của điện tích q tại điểm M, d là khoảng cách từ M đến bản cực âm.

3.14 Bài 4 trang 78 (Bài 19) - Vật lý 11(Kết nối tri thức):

Ta có giả sử điện tích di chuyển từ điểm M đến điểm N:

AMN = WM - WN = (VM - VN).q

3.15 Bài 1 trang 79 (Bài 20) - Vật lý 11(Kết nối tri thức):

WM = $\large A_{\infty M}$ (công thức 19.2)

WM = VMq (công thức 19.3)

$\large V_{M}=\frac{W_{M}}{q}=\frac{A_{M\infty }}{q} hay V=\frac{A}{q}$

3.16 Bài 2 trang 79 (Bài 20) - Vật lý 11(Kết nối tri thức):

- Điện thế V đặc trưng cho điện trường tại một điểm xác định tạo ra thế năng khi đặt tại điểm đó một điện tích q.

- Theo công thức tính độ lớn điện tích q:

$\large q=\frac{A}{V}$

3.17 Bài 3 trang 80 (Bài 20) - Vật lý 11(Kết nối tri thức):

Công của điện trường trong dịch chuyển của electron từ catot đến anot:

A = q.U = -1,6.10-19.45= -7,2.10-18 J

3.18 Bài 4 trang 80 (Bài 20) - Vật lý 11(Kết nối tri thức):

Thế năng WM = VM.q = 1000.(-1,6.10-19 )= -1,6.10-16 J

3.19 Bài 5 trang 82 (Bài 20) - Vật lý 11(Kết nối tri thức):

Chọn mặt đất là mốc điện thế điện thế tại mặt đất Vđ = 0

Tại điểm M cách mặt đất 5m có hiệu điện thế là: U=VM - Vđ = VM

Điện thế tại điểm cần xét là U = E.d = 114.5 = 570(V)

Trên đây là toàn bộ những kiến thức trọng tâm bao gồm lý thuyết và bài tập vận dụng về Điện thế và thế năng điện. Đây là phần học quan trọng trong chương trình Vật lý 11 nên các bạn cần hiểu bản chất và nắm rõ kiến thức căn bản. Để ôn thi hiệu quả và có được kết quả như mong muốn, các bạn học sinh có thể truy cập ngay vào trang web Vuihoc.vn để đăng ký khoá học với các thầy cô giáo của VUIHOC ngay bây giờ nhé!

>> Mời bạn tham khảo thêm:

Điện trường
Lực tương tác giữa các điện tích, định luật culong

Link nội dung: https://getairvestal.com/ly-thuyet-dien-the-va-the-nang-dien-vat-ly-11-a12189.html