Tiêu đề 18 - KNTT - ĐIỆN TRƯỜNG ĐỀU - GV.docx ✅

BÀI 18 : ĐIỆN TRƯỜNG ĐỀU I. KHÁI NIỆM ĐIỆN TRƯỜNG ĐỀU  Điện trường đều là điện trường mà cường độ điện trường tại mỗi điểm có giá trị bằng nhau về độ lớn, giống nhau về phương và chiều. II. ĐIỆN TRƯỜNG ĐỀU GIỮA HAI BẢN PHẲNG NHIỄM ĐIỆN ĐẶT SONG SONG :  Điện trường đều có thể tạo ra bằng cách sử dụng hai bản kim loại được đặt song song và cách nhau một khoảng d.  Tích điện trái dấu cho hai bản kim loại, khi đó hiệu điện thế giữa hai bản là U.  Cường độ điện trường giữa hai bản phẳng nhiễm điện trái dấu được tính bởi biểu thức : U E d Trong đó U là hiệu điện thế giữa hai bản phẳng (V). d là khoảng cách giữa hai bản phẳng (m). E là cường độ điện trường giữa hai bản phẳng (V/m). III. TÁC DỤNG CỦA ĐIỆN TRƯỜNG ĐỀU ĐỐI VỚI CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐIỆN TÍCH 1. Chuyển động của điện tích dọc theo đường sức điện trường đều + Xét một hạt mang điện tích q chuyển động dọc theo đường sức điện từ M đến N với vận tốc ban đầu là v 0 tức là 0v//E→→ Nếu hạt tích điện được thả không vận tốc đầu hoặc vận tốc đầu 0v→ cùng hướng với FqE→→  hạt sẽ chuyển động nhanh dần đều. Nếu hạt tích điện được thả với vận tốc đầu 0v→ ngược hướng với FqE→→  hạt sẽ chuyển động chậm dần đều. + Các phương trình cơ bản liên quan đến chuyển động thẳng biến đổi đều: o 22 02 0 vvat vv2as.1 svtat 2       Với a là gia tốc chuyển động của điện tích: FqE a. mm →→ → . Độ lớn: qEqUF a. mmmd Ví dụ 1: Xét electron (điện tích âm) chuyển động trong điện trường đều E→ electron chịu tác dụng của trọng lực P→ và lực điện trường () ng­îc chiÒu EFeEF→→→→ vì P→ rất nhỏ so với F→ nên bỏ qua P→ Vì F→ ngược chiều với E→ nên quang electron chuyển động chậm dần đều. Cách 1. Theo định luật II Newton: .Fma→→ Gia tốc của quang electron: .eE a m Ta có 222. tovvaS khi quang elctron dừng lại v t = 0 và S max Quãng đường lớn nhất của quang electron đi trong điện trường là: 2 20 0 11 . 22.axm v Smv aeE U E E→ F→ v→ H×nh18.3
Cách 2. Dùng định lý động năng Theo định lý động năng: 21.®®ngo¹i lùcWWAFS khi elctron dừng lại v t = 0 và S max  0®2W 1.®WFS 2 0 1 .. 2mveES2 20 0. 22. vm Sv aeE Quãng đường lớn nhất của quang electron đi trong điện trường là: 2 0 11 . 2.axmSmv eE Ví dụ 2: Xét điện tích dương q chuyển động trong điện trường đều E→ electron chịu tác dụng của trọng lực P→ và lực điện trường () cung chiÒu EFqEF→→→→ vì P→ rất nhỏ so với F→ nên bỏ qua P→ Vì F→ cùng chiều với E→ nên điện tích dương q chuyển động nhanh dần đều. Cách 1. Theo định luật II Newton: .Fma→→ Gia tốc của điện tích dương: .qE a m Cách 2. Dùng định lý động năng Theo định lý động năng: 21.®®ngo¹i lùcWWAFS 2. Chuyển động cong của điện tích trong điện trường đều Chọn hệ trục xOy với gốc O là điểm hạt bắt đầu bay vào điện trường đều, OxE→ . 2.1 Trường hợp: 0vE→→  Xét một điện tích q bất kì có khối lượng m bay vào điện trường đều có cường độ điện trường là E với vận tốc ban đầu theo phương vuông góc với đường sức. Môi trường giữa hai bản cực là chân không, coi trọng lực rất nhỏ so với lực điện.  Xét sự chuyển động của điện tích q > 0 thì lực điện  và trọng lực   tương tự nhau. Phương thẳng đứng, chiều đi xuống.  Xét sự chuyển động của điện tích q < 0 thì lực điện  và trọng lực   cùng phương và ngược chiều nhau theo phương thẳng đứng.  Chuyển động của điện tích bay vào điện trường đều theo phương vuông góc với đường sức điện tương tự như chuyển động ném ngang của một vật khối lượng m trong trường trọng lực  Ta có : U FqEq d q F đ v o E + + + + + - F đ v o q E + + + + + + y x O F đ v o M E + H×nh18.4 E→ F→ v→
- Dưới tác dụng của lực điện trường điện tích tham gia đồng thời hai chuyển động: + Chuyển động thẳng đều theo phương Ox. + Chuyển động nhanh dần đều theo phương Oy. - Phương trình quỹ đạo của điện tích là : 2 2 0 1qU yx 2mdv - Quỹ đạo chuyển động của điện tích trong điện trường đều là nhánh của parabol với bề lõm hướng vào bản phẳng nhiễm điện trái dấu với điện tích. 2.2 Trường hợp 0v→ xiên góc với E→ Lúc này hạt chuyển động như vật ném xiên một góc  - Vận tốc ban đầu theo từng phương: 0x0 0y0 vvcos . vvsin     - Phương trình vận tốc: x0 y0 vvcos vvsinat     - Phương trình chuyển động:   0 2 0 xvcost . 1 yvsintat 2       với qEqUF a. mmmd - Phương trình quỹ đạo:  2 2 0 1ax yx.tan. 2vcos  Lưu ý: Điện trường giữa hai tấm kim loại phẳng, song song, tích điện trái dấu là điện trường đều có cường độ điện trường có chiều hướng từ bản dương sang bản âm.  + + + - - - 0v→ 0yv→ 0xv→ x O y E→ F→
BÀI TẬP TỰ LUẬN Câu 1: Một electron bay vào trong một điện trường theo hướng ngược với hướng đường sức với vận tốc 2000 km/s. Vận tốc của electron ở cuối đoạn đường sẽ là bao nhiêu nếu hiệu điện thế giữa điểm electron bay vào và ở cuối đoạn đường đó là 15 V. Biết 3119 em9,1.10kg,e1,6.10C. Hướng dẫn giải Theo đề 60v= 2000 km/s = 2.10 m/s Dưới tác dụng của lực điện dF→ thì electron sẽ chuyển động nhanh dần đều Áp dụng định lí động năng ta có 22 dd00 11 WWAeUmvmveU 22 192266 031 21,6.10152eU vv2.103,04.10 m/s. m9,1.10   Câu 2: Một electron bắt đầu chuyển động dọc theo đường sức điện trường của 2 bản kim loại mang điện tích trái dấu, hai bản cách nhau một khoảng d = 2 cm và giữa chúng có một hiệu điện thế U = 120 V. Electron sẽ có vận tốc là bao nhiêu sau khi dịch chuyển được một quãng đường 1 cm. Biết 31 em9,1.10kg,19e1,6.10C. Bỏ qua tác dụng của trọng trường. Hướng dẫn giải Theo đề 0d0v0W0 Cường độ điện trường giữa 2 bản tụ là U120 E6000 V/m. d0,02 Áp dụng định lí động năng ta có 2 ddo 1 WWAFseEsmveEs 2 19 6 31 21,6.106000.0,012eEs v4,6.10 m/s. m9,1.10   Câu 3: Máy lọc không khí tạo ra chùm các ion âm (mỗi ion có khối lượng m = 2,833. kg, điện tích –1,6. C) có vận tốc ban đầu từ 20 m/s đến 40 m/s theo phương song song với mặt đất và cách mặt đất 50 cm. Điện trường đều đo được ở bề mặt Trái Đất là 114 V/m. Bỏ qua trọng lực và các loại lực cản khác, hãy xác định quỹ đạo của chùm ion âm này. Hướng dẫn giải Đặt gốc toạ độ đúng tại điểm ion âm bắt đầu vào điện trường đều. Trục Ox có hướng trùng với vectơ vận tốc ban đầu, trục Oy hướng thẳng đứng lên trên. Lực điện tác dụng lên ion âm chiếu trên phương Oy có giá trị bằng 1917F = -qE = -1,6.10.114 = 1,824.10 N. Phương trình chuyển động theo phương Ox là oxvt. 2 17 222 y262 00 11F11,824.10x3,2 yatt..x 22m22,833.10vv      Câu 4: Giữa 2 bản kim loại đặt song song nhau tích điện trái dấu đặt nằm ngang bản dương ở trên bản âm ở dưới cách nhau d =40 cm có một điện trường đều E = 600 V/m. Một hạt bụi có khối lượng 3g và điện tích q = 8.10 -5 C bắt đầu chuyển động từ trạng thái nghỉ từ bản tích điện dương về phía tấm tích điện âm. Xác định vận tốc của hạt tại điểm chính giữa của hai bản kim loại và khi đến bản âm? Hướng dẫn giải: Khi hạt bụi ở trong điện trường hạt bụi chịu tác dụng của: + Trọng lực: P→ + Lực điện trường .()FqEF→→→→ cïng chiÒu E hình vẽ 1.41 E→ F→ P→ + + - - - H×nh3.18