Giải Vật Lí 11 Bài 5: Điện thế - Hiệu điện thế

55 lượt xem

Bài trước

Bài sau

Chúng tôi giới thiệu Giải bài tập Vật Lí lớp 11 Bài 5: Điện thế - Hiệu điện thế chính xác, chi tiết nhất giúp học sinh dễ dàng làm bài tập Điện thế - Hiệu điện thế lớp 11.

Giải bài tập Vật Lí lớp 11 Bài 5: Điện thế - Hiệu điện thế

Trả lời câu hỏi giữa bài

Trả lời câu C1 trang 26 SGK Vật lí 11: Chứng minh rằng điện thế tại mọi điểm trong điện trường của một điện tích điểm âm (Q < 0) đều có giá trị âm.

Lời giải:

- Trong điện trường của Q < 0 , công của lực điện trường làm dịch chuyển điện tích q > 0 từ M ra vô cùng là .. $A_{M \infty} < 0$ .. (công cản)

Mà $A_{M \infty} = V_{M . q}$ do đó $V_{M} < 0$

-Trong điện trường của Q < 0, công của lực điện trường làm dịch chuyển điện tích q < 0 từ M ra vô cùng là $A_{M \infty} > 0$ (công động). Do đó ta cũng thấy $V_{M} < 0$ .

Câu hỏi và bài tập (trang 28, 29 sgk Vật lí 11)

Bài 1 trang 28 SGK Vật lí 11: Điện thế tại một điểm trong điện trường là gì ? Nó được xác định như thế nào ?

Lời giải:

Điện thế tại một điểm M trong điện trường là đại lượng đặc trưng riêng cho điện trường về khả năng sinh công khi đặt tại đó một điện tích q.

Nó được xác định bằng thương số của công của lực điện tác dụng lên q khi q di chuyển từ M ra vô cực và độ lớn của q được xác định:

$V_{M} = \frac{W_{M}}{q} = \frac{A_{M_{\infty}}}{q}$

Bài 2 trang 28 SGK Vật lí 11: Hiệu điện thế giữa hai điểm trong điện trường là gì ?
Lời giải:

Hiệu điện thế giữa hai điểm đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường trong sự di chuyển của điện tích q từ điểm này đến điểm kia.

$U_{M N} = V_{M} - V_{N}$

Bài 3 trang 28 SGK Vật lí 11: Viết hệ thức liên hệ hiệu điện thế giữa hai điểm với công do lực điện sinh ra khi có một điện tích điểm q di chuyển giữa hai điểm đó ?
Lời giải:

Hệ thức liên hệ hiệu điện thế giữa hai điểm với công do lực điện sinh ra khi có một điện tích điểm q di chuyển giữa hai điểm đó:

$U_{M N} = \frac{A_{M N}}{q}$

Bài 4 trang 28 SGK Vật lí 11: Viết hệ thức giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường, nêu rõ điều kiện áp dụng hệ thức đó.
Lời giải:

- Hệ thức giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường: $E = \frac{U_{M N}}{d} = \frac{U}{d}$ .

trong đó:

E: cường độ điện trường đều;

d : khoảng cách giữa hình chiếu của hai điểm trong điện trường trên đường sức.

- Điều kiện áp dụng hệ thức là điện trường phải là điện trường đều hoặc nếu điện trường không đều thì d phải rất nhỏ dọc theo đường sức điện, cường độ điện trường thay đổi không đáng kể.

Bài 5 trang 29 SGK Vật lí 11: Biết hiệu điện thế UMN = 3 V. Hỏi đẳng thức nào sau đây chắc chắn đúng ?

A. VM = 3 V. B. VN = 3 V.

C. VM – VN = 3 V. D. VN – VM = 3 V.

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức tính hiệu điện thế UMN= VM – VN
Lời giải:

Ta có: $U_{M N} = V_{M} - V_{N} = 3 V$

=> Phương án C chắc chắn đúng

=> Đáp án C.

Bài 6 trang 29 SGK Vật lí 11: Khi một điện tích q = -2C di chuyển từ điểm M đến điểm N trong điện trường thì lực điện sinh công -6 J. Hỏi hiệu điện thế UMN có giá trị nào sau đây ?

A. +12 V. B. -12 V.

C. +3 V. D. -3 V.

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức tính hiệu điện thế

U = \frac{A}{q}

Lời giải:

Hiệu điện thế UMN có giá trị là $U = \frac{A}{q} = \frac{- 6}{- 2} = 3 V$

Đáp án C.

Bài 7 trang 29 SGK Vật lí 11: Chọn câu đúng.

Thả một êlectron không vận tốc ban đầu trong một điện trường bất kì, êlectron sẽ :

A. chuyển động dọc theo một đường sức điện.

B. chuyển động từ một điểm có điện thế cao xuống điểm có điện thế thấp.

C. chuyển động từ điểm có điện thế thấp lên điểm có điện thế cao.

D. đứng yên.

Lời giải:

Ta có, electron mang điện tích âm

=> Khi thả electron không vận tốc đầu trong một điện trường bất kì thì electron đó sẽ di chuyển về phía bản dương (tức là chuyển động từ nơi có điện thế thấp lên nơi có điện thế cao)

=> Đáp án C.

Bài 8 trang 29 SGK Vật lí 11: Có hai bản kim loại phẳng song song với nhau và cách nhau 1 cm. Hiệu điện thế giữa hai bản dương và bản âm là 120 V. Hỏi điện thế tại điểm M nằm trong khoảng giữa hai bản, cách bản âm 0,6 cm sẽ là bao nhiêu ? Mốc điện thế ở bản âm.

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức tính hiệu điện thế E = qU
Lời giải:

Ta có hiệu điện thế giữa hai bản dương và âm: $U_{0} = E d_{0} = 120 V$

Với $d_{0} = 1 c m = 0, 01 m$ là khoảng cách giữa hai bản âm và dương

=> Cường độ điện trường: $E = \frac{U_{0}}{d_{0}} = \frac{120}{0, 01} = 12000 V / m$

Hiệu điện thế tại điểm M nằm trong khoảng giữa hai bản, cách bản âm $d_{M} = 0, 6 c m = 0, 006 m$ là:

$U_{M} = E . d_{M} = 12000.0, 006 = 72 V$

Do mốc điện thế ở bản âm nên điện thế tại M có giá trị là: $V_{M} = 72 V$

Bài 9 trang 29 SGK Vật lí 11: Tính công mà lực điện tác dụng lên một êlectron sinh ra khi nó chuyển động từ điểm M đến điểm N. Biết hiệu điện thế UMN = 50 V.

Phương pháp giải:

Áp dụng công thức tính công

A = q U

Lời giải:

Công mà lực điện tác dụng lên electron: $A = q_{e} . U_{M N}$ (1)

Ta có: $U_{M N} = 50 V, q_{e} = - 1, {6.10}^{- 19} C$

Thế vào (1) ta được:

$A = - 1, {6.10}^{- 19} .50 = - {8.10}^{- 18} J .$

Lý thuyết Bài 5: Điện thế - Hiệu điện thế

1. Điện thế

a) Khái niệm điện thế.

Điện thế tại một điểm đặc trưng cho điện trường về phương diện tạo ra thế năng của điện tích q. Ta gọi nó là điện thế tại M :

$V_{M} = \frac{W_{M}}{q} = \frac{A_{M \infty}}{q}$ (5.1)

b) Định nghĩa

Điện thế tại một điểm M trong điện trường là đại lượng đặc trưng riêng cho điện trường về khả năng sinh công khi đặt nó tại một điện tích q. Nó được xác định bằng thương số của công của lực điện tác dụng lên q khi q di chuyển từ M ra vô cực và độ lớn của q :

$V_{M} = \frac{A_{M \infty}}{q}$

c) Đơn vị điện thế.

Đơn vị điện thế là Vôn, kí hiệu là V.

Trong công thức (5.1), nếu q = 1 C, AM∞ = 1 J thì VM = 1 V.

d) Đặc điểm của điện thế.

- Điện thế là đại lượng số. Trong công thức $V_{M} = \frac{A_{M \infty}}{q}$ vì q > 0 nên nếu AM∞ >0 thì VM > 0. Nếu AM∞ < 0 thì VM < 0.

- Điện thế của đất và của một điểm ở vô cực thường lấy bằng 0. (Vđất = 0).

- Điện thế tại điểm M gây bởi điện tích q: $V_{M} = k \frac{q}{r}$

- Điện thế tại một điểm do nhiều điện tích gây ra: $V = V_{1} + V_{2} + . . . + V_{M}$

2. Hiệu điện thế

a) Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N là hiệu điện thế giữa VM và VN. (Hình 5.1)

UMN = VM – VN. (5.2)

(ảnh 1)

b) Định nghĩa

Từ công thức (5.2) ta suy ra :

$U_{M N} = \frac{A_{M \infty}}{q} - \frac{A_{N \infty}}{q} = \frac{A_{M \infty} - A_{N \infty}}{q}$

Mặt khác ta có thể viết AM∞ =AMN + AN∞

Kết quả thu được : $U_{M N} = \frac{A_{M N}}{q}$ (5.3)

Vậy hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích từ M đến N. Nó được xác định bằng thương số công của lực điện tác dụng lên điện tích q trong sự di chuyển của M và N và độ lớn của q.

Đơn vị hiệu điện thế cũng là Vôn (V).

Vôn là hiệu điện thế giữa hai điểm mà nếu di chuyển điện tích q = 1 C từ điểm nọ đến điểm kia thì lực điện sinh công là 1 J.

c) Đo hiệu điện thế

Người ta đo hiệu điện thế tĩnh điện bằng tĩnh điện kế.

d)Hệ thức giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường

$U_{M N} = \frac{A_{M N}}{q} = E d$ hay $E = \frac{U_{M N}}{d} = \frac{U}{d}$ (5.4)

Công thức này cho thấy tại sao ta lại dùng đơn vị của cường độ điện trường là Vôn trên mét (V/m).

Sơ đồ tư duy về điện thế. Hiệu điện thế

Phương pháp giải bài tập về điện thế - hiệu điện thế

Dạng bài: Tìm điện thế - hiệu điện thế

Sử dụng các công thức sau:

- Điện thế: $V_{M} = \frac{A_{M \infty}}{q}$

Điện thế tại một điểm gây bởi điện tích q: $V_{M} = k \frac{q}{ε r}$

Điện thế do nhiều điện tích gây ra: $V = V_{1} + V_{2} + . . . + V_{M}$

Lưu ý: Người ta luôn chọn mốc điện thế tại mặt đất và ở vô cùng (bằng 0)

- Hiệu điện thế: $U_{M N} = \frac{A_{M N}}{q} = V_{M} - V_{N}$

- Công thức liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế trong điện trường đều: $E = \frac{U}{d}$

Lưu ý: Trong điện trường, vecto cường độ điện trường có hướng từ nơi có điện thế cao sang nơi có điện thế thấp.

Bài tập ví dụ:

Cho ba bản kim loại phẳng A,B,C đặt song song như hình vẽ, cho d1 = 5 cm và d2 = 8 cm. Các bản được tích điện và điện tường giữa các bản là đều, có chiều như hình vẽ với độ lớn: $E_{1} = {4.10}^{4} V / m, E_{2} = {5.10}^{4} V / m$ . Chọn gốc điện thế tại bản A, tìm điện thế $V_{B}, V_{C}$ của hai bản B,C.

(ảnh 3)

Hướng dẫn giải

Từ hình vẽ ta thấy $\vec{E_{1}}$ hướng từ A đến B nên ta có: $U_{A B} = V_{A} - V_{B} = E_{1} . d_{1}$

Chọn gốc điện thế tại A => $V_{A} = 0$

$\Rightarrow V_{B} = V_{A} - E_{1} d_{1} = 0 - {4.10}^{4} .5 {.10}^{- 2} = - 2000 V$

$\vec{E_{2}}$ hướng từ C đến B nên ta có:

$U_{C B} = V_{C} - V_{B} = E_{2} d_{2} \Leftrightarrow V_{C} = V_{B} + E_{2} d_{2} = - 2000 + {5.10}^{4} .8 {.10}^{- 2} = 2000 V$

Xem thêm các chương trình khác:

Bài trước

Bài sau

Giải SGK, SBT, Chuyên đề Vật Lý Lớp 11

Giải Vật Lí 11 Bài 5: Điện thế - Hiệu điện thế

Xem thêm các chương trình khác: