Tiêu đề 19 - KNTT - THẾ NĂNG ĐIỆN - GIÁO VIÊN.docx ✅

BÀI 19 THẾ NĂNG ĐIỆN I. CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN:  Công của lực điện điện khi di chuyển một điện tích q trong điện trường đều từ điểm M đến điểm N được tính bằng công thức MNAqEd Trong đó A là công của lực điện điện [J]. q là độ lớn của điện tích (lấy luôn cá dấu) [C]. E là cường độ điện trường [V/m]. d là độ dài hình chiếu của đoạn MN lên một đường sức bất kỳ [m]. d > 0 khi hình chiếu cùng chiều đường sức. d < 0 khi hình chiếu ngược chiều đường sức.  Công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích 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.  Đến lúc này ta đã học các lực thế sau: trọng lực, lực đàn hồi, lực điện. Còn lực ma sát là lực không thế.  Lưu ý: ta cũng có tính chất tương tự trên khi điện tích di chuyển trong điện trường bất kỳ không đều.  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 vói điện tích q. II. THẾ NĂNG CỦA ĐIỆN TÍCH TRONG ĐIỆN TRƯỜNG:  Thế năng của một điện tích q trong điện trường đều:  Thế năng của điện tích trong điện trường còn gọi là thế năng điện.  Thể 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 MWqEd Trong đó d là khoảng cách từ M đến bản cực âm (m). W M là thế năng điện của điện tích q tại điểm M (J).  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 tói điểm mốc để tính thế năng. 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.  Thế năng của điện tích điểm q tại M trong điện trường MMMWAVq  với V M là một hệ số tỉ lệ → tỉ lệ với thế năng tại M, không phụ thuộc vào q mà chỉ phụ thuộc vào vị trí trong điện trường.  Khi một điện tích q di chuyển từ điểm M đến điểm N trong một điện trường thì công của lực điện bằng độ giảm thế năng của điện tích trong điện trường MNMNAWWJ M x N Fr O Er M’ N’
BÀI TẬP TỰ LUẬN Dạng 1 CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN TRƯỜNG Câu 1: Một electron di chuyển không vận tốc đầu được một đoạn 1 cm dọc theo một đường sức điện, dưới tác dụng của một lực điện trong một điện trường đều có cường độ 1000 V/m. Hãy xác định công của lực điện. Hướng dẫn giải + Công của lực điện 1918AqEd1,6.10.1000.0,011,6.10J. Câu 2: Một điện trường đều có cường độ 2500 V/m. Hai điểm A, B cách nhau 10cm khi tính dọc theo đường sức. Tính công của lực điện trường thực hiện một điện tích q khi nó di chuyển từ A đến B ngược chiều đường sức. Giải bài toán khi: a. 6q10C. b. 6q10C. Hướng dẫn giải Do điện tích di chuyển ngược chiều điện trường nên d0 do đó ta có a. 64A10.25000,12,5.10 J. b. 64A10.25000,12,5.10 J. Câu 3: Một điện tích q = 4.10 -8 C di chuyển trong một điện trường đều có cường độ E = 100 V/m, theo đường gấp khúc ABC. Đoạn AB = 20 cm, AB→ làm với đường sức điện một góc 30 0 . BC = 40 cm, BC→ làm với đường sức điện một góc 120 0 . Tính công của lực điện. Hướng dẫn giải + 8o7ABABA = q.E.d4.10.100.AB.cos306,92.10J > 0. + 8o7BCBCA = q.E.d4.10.100.BC.cos1208.10J. + Ta có 7 ABCABBCA = A + A1,08.10J. Câu 4: Điện tích 8q10C di chuyển dọc theo cạnh của một tam giác đều MBC, mỗi cạnh 20cm đặt trong điện trường đều E→ có hướng song song với BC và có cường độ là 3000V/m. Gọi H là hình chiếu vuông góc của M lên BC. Tính công thực hiện để dịch chuyển điện tích q theo các cạnh MB, BC, CM, MH, HC, HB. Hướng dẫn giải Vì H là hình chiếu vuông góc của M lên BC , suy ra H là trung điểm BC. 86MBMBAqEdqEHB10.3000.0,13.10J. 86BCBCAqEdqEBC10.3000.0,26.10J. 86CMCMAqEdqECH10.3000.0,13.10J. MHMHAqEdqEHH0. 86HCHCAqEdqEHC10.3000.0,13.10J. 86HBHBAqEdqEHB10.3000.0,13.10J. Câu 5: Một điện tích điểm q = -4. 10 -8 C di chuyển dọc theo chu vi của một tam giác MNP, vuông tại P, trong điện trường đều, có cường độ 200 V/m. Cạnh MN = 10 cm, MN→  E,→ NP = 8 cm. Môi trường là không khí. Tính công của lực điện trong các dịch chuyển sau của q: a. từ M đến N. b. Từ N đến P. c. Từ P đến M. d. Theo đường kín MNPM. M B C Er
Hướng dẫn giải + Tam giác MNP vuông tại P nên ta có: 2222MPMNNP1086cm. + Gọi H là chân đường cao hạ từ P của tam giác MNP, khi đó: NP8 NHNP.cosMNPNP.8.6,4cm. MN10 MHMNNH106,43,6cm. a. 87 MNMNAqEd4.10.200.0,18.10J. b. 87NPNPAqEdqENH4.10.200.0,0645,12.10J. c. 87 MPMPAqEdq.E.MH4.10.200.0,0362,88.10J. d. Do độ dời bằng không nên MNPMA0. Câu 6: Một e di chuyển một đoạn 0,6 cm từ điểm M đến điểm N dọc theo một đường sức điện của một điện trường đều thì lực điện sinh công 9,6.10 -18 J.Tính công mà lực điện sinh ra khi e di chuyển tiếp 0,4 cm từ điểm N đến điểm P theo phương và chiều nói trên? Hướng dẫn giải Ta có A MN = q.E. M'N' Vì A MN > 0, q < 0, E > 0 nên ''MN < 0 tức là e đi ngược chiều đường sức, khi đó M'N' = -0,006 m. Cường độ điện trường  18 4MN 19 A9,6.10 E10 V/m. q.M'N'1,6.10.0,006    Ta có N'P' = -0,004 m suy ra A NP = q.E. N'P' = (-1,6.10 -19 ).10 4 .(-0,004) = 6,4.10 -18 J.
Dạng 2 THẾ NĂNG ĐIỆN Câu 1: Một tụ điện phẳng có hai cực làm bằng kim loại, cách nhau 2 cm. Cường độ điện trường giữa hai bản tụ là 5E. = 10V/m Một điện tích -5q = 2.10 C đặt tại điểm M, nằm giữa hai bản tụ và cách bản âm 1,5 cm. Chọn bản âm của tụ làm mốc thế năng điện. Xác định thế năng của điện tích q tại M. Hướng dẫn giải Thế năng điện của điện tích q tại M là 552 MWqEd2.10.10.1,5.100,03J. Câu 2: Một hạt bụi mang điện tích 3q10C đặt tại điểm N, nằm giữa hai bản kim loại song song, tích điện trái dấu, có độ lớn bằng nhau và cách bản âm 2,0 cm. Chọn mốc điện thế tại bản âm, người ta đo được thế năng điện tại điểm N là W N = 0,5 J. Tìm cường độ điện trường giữa hai bản kim loại trên? Hướng dẫn giải Cường độ điện trường giữa hai bản kim loại N N3 W0,5 WqEdE2500 V/m. q.d10.0,02 Câu 3: Một hạt bụi mang điện tích q đặt tại điểm O, nằm giữa hai bản kim loại song song, tích điện trái dấu, có độ lớn bằng nhau và cách bản âm 1,2 cm. Chọn mốc điện thế tại bản âm, người ta đo được thế năng điện tại điểm O là W N = 0,024 V. Biết cường độ điện trường giữa hai bản kim loại là 5.10 4 V/m. Tìm giá trị điện tích q. Hướng dẫn giải Áp dụng công thức 5N N4 W0,024 WqEdq4.10 C. E.d5.10.0,012   Câu 4: Đặt vào hai bản kim loại song song một hiệu điện thế U = 100 V. Một hạt bụi mịn có điện tích 19q3.10C lọt vào chính giữa khoảng điện trường đều giữa hai bản phẳng. Coi tốc độ hạt bụi khi bắt đầu vào điện trường đều bằng 0, bỏ qua lực cản của môi trường. Động năng của hạt bụi khi va chạm với bản nhiễm điện âm là bao nhiêu? Hướng dẫn giải Thế năng điện của điện tích q tại điểm chính giữa hai bản phẳng là 1917U11 WqEdq..dq.U.3,2.10.1001,6.10J 2d22   . Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng W = W đ W đ 171,6.10J. Câu 5: Một ion âm có khối lượng -262,833.10 kg được thổi ra từ máy lọc không khí với vận tốc 10 m/s, cách mặt đất 80 cm ở nơi có điện trường của Trái Đất bằng 120 V/m. Dưới tác dụng của lực điện, sau một thời gian, người ta quan sát thấy ion đang chuyển động với vận tốc 0,5 m/s ở vị tri cách mặt đất . Hãy xác định công cản mà môi trường đã thực hiện trong quá trình dịch chuyển của ion nói trên. Hướng dẫn giải Chọn mốc thế năng điện tại mặt đất. Cơ năng lúc đầu của ion OH là 21926217 111 11 WqEdmv1,6.10.120.0,8.2,833.10.101,54.10J 22   . Cơ năng lúc sau của ion OH là