Title CHỦ ĐỀ 18 - THẾ NĂNG ĐIỆN - HS.Image.Marked.pdf ✅

1 BÀI 18. THẾ NĂNG ĐIỆN I . TÓM TẮT LÝ THUYẾT – PHƯƠNG PHÁP GIẢI 1. Công của lực điện - Công của lực điện điện làm dịch chuyển một điện tích q trong điện trường đều từ điểm M đến điểm N được tính bằng công thức: AMN = F.dMN = q.E.dMN = q.E.MN. cos MN;E Trong đó: AMN là công của lực điện (J). F là lực điện tác dụng lên điện tích q (N). q là giá trị điện tích (C). E là cường độ điện trường (V/m). dMN là độ dài đại số của M’N’, (dMN = M′N′) với M’N’ hình chiếu của MN lên một đường sức điện bất kỳ (m). dMN > 0 khi M′N′ cùng chiều với E. dMN < 0 khi M′N′ ngược chiều với E. - Công của lực điện trường làm dịch chuyển điện tích q trong điện trường đều từ M đến N không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu M và điểm cuối N của đường đi trong điện trường. Do đó, lực điện là lực thế và điện trường là một trường thế. - Lực điện tỉ lệ với điện tích q nên công của lực điện làm dịch chuyển điện tích q từ điểm M đến điểm N cũng tỉ lệ với điện tích q. 2. Thế năng của một điện tích trong điện trường 2.a. Thế năng của một điện tích q trong điện trường đều - Bản cực âm của tụ điện thường được chọn làm mốc để tính thế năng. Với điện trường của một điện tích E q M N P d1 d2 d dMN F M’ N’
2 hoặc của một hệ điện tích bất kì, người ta thường chọn điểm mốc ở vô cực vì ở đó điện trường và lực điện trường đều bằng 0. - Thế năng của điện tích trong điện trường còn gọi là thế năng điện. - Thế năng của một điện tích q trong điện trường đều đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường đều khi đặt điện tích q tại điểm đang xét. - Số đo thế năng của điện tích q tại điểm M trong điện trường đều bằng công của lực điện có thể sinh ra khi điện tích q di chuyển từ điểm M tới điểm mốc để tính thế năng. - Công thức tính thế năng điện: WM = F.dM = q.E.dM Trong đó: dM là khoảng cách từ M đến bản cực âm (hoặc mốc thế năng) (m). q là giá trị điện tích (C). E là cường độ điện trường (V/m). WM là thế năng điện của điện tích q tại điểm M (J). - Công của lực điện tác dụng lên điện tích điểm q để dịch chuyển q từ điểm M đến điểm N bằng hiệu thế năng điện giữa hai điểm này. WM ― WN = q.E.dM ― q.E.dN = q.E(dM ― dN) = q.E.dMN = AMN Với dM > 0; dN > 0. 2.b. Thế năng của một điện tích q trong điện trường bất kì - Thế năng của 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. - Số đo thế năng của điện tích q tại điểm M trong điện trường bằng công của lực điện có thể sinh ra khi điện tích q di chuyển từ điểm M tới điểm mốc để tính thế năng. E q M N P d1 d2 d dMN F M’ N’ dM d N
3 Chú ý rằng, khi chọn mốc thế năng tại vô cực, ta có số đo thế năng của điện tích q tại điểm M trong điện trường bằng công của lực điện trong dịch chuyển của điện tích q từ điểm M tới vô cực. WM = AM∞ - Thế năng điện của điện tích q tại điểm M trong điện trường của điện tích Q là: WM = AM∞ = A∞M = k. q.Q rM Trong đó: k = 1 4π.ε0 = 9.109N.m2 C2 là hằng số. q, Q là giá trị điện tích. rM là khoảng cách từ điểm M đến điện tích Q. *Với công của lực điện khi điện tích q dịch chuyển từ điểm M ra vô cực: Xét trường hợp 1: Q > 0; q > 0; điện tích q di chuyển từ M ra vô cực. AM∞ = ∫ r∞ rM F.dr = ∫ r∞ rM k. q.Q r2 .dr = ―k. q.Q r | r∞ rM = ―k.q.Q r∞ + k.q.Q rM = 0 + k.q.Q rM = k.q.Q rM (1) Công thức (1) đúng với các trường hợp: + Q > 0; q > 0; điện tích q di chuyển từ vô cực về điểm M. + Q < 0; q < 0; điện tích q di chuyển từ M ra vô cực hoặc ngược lại. + Q > 0; q < 0; điện tích q di chuyển từ M ra vô cực hoặc ngược lại. + Q < 0; q > 0; điện tích q di chuyển từ M ra vô cực hoặc ngược lại. PHƯƠNG PHÁP GIẢI - Một số bước để làm bài tập định lượng: + Bước 1: Phân tích đề, vẽ hình và xác định các đại lượng liên quan như vị trí điểm đầu và điểm cuối của đường đi, độ dịch chuyển của điện tích q, chiều của đường sức điện, vector lực điện F, hình chiếu của độ dịch chuyển lên đường sức điện. + Bước 2: Dựa vào hình vẽ và viết các công thức liên quan: Xuất phát từ đại lượng cần tính, kết thúc khi các đại lượng trong công thức đã đủ số liệu. + Bước 3: Thực hiện tính toán, xử lí kết quả theo yêu cầu của đề (đơn vị, làm tròn) và kết luận. Ví dụ 1: Một điện tích điểm q = +20 μC chuyển động từ đỉnh B đến đỉnh C của tam giác đều ABC. Tam giác ABC nằm trong điện trường đều có cường độ 5 000 V/m. Đường sức của điện trường này song song với cạnh BC và có chiều từ C đến B. Cạnh của tam giác bằng 8 cm. Tính công của lực điện theo đơn vị 103 J khi điện tích q chuyển động trong hai trường hợp sau: a) q chuyển động theo đoạn thẳng BC. Q q M F r E ∞  rM dr
4 Đáp án: b) q chuyển động theo đoạn gấp khúc BAC. Đáp án: Hướng dẫn giải: a) Do B′C′ ngược hướng với E nên dBC = B′C′ = ―0,08 m. Công của lực điện làm điện tích q di chuyển từ B đến C: ABC = q.E.dBC = q.E.B′C′ = 20.10―6 .5000.( ―0,08) = ―8.10―3 J. Đáp án:  8 b) E A B C q E q A B C d F dBC C’ B’