Giải Bài Tập Vật Lí 11 – Bài 4: Công của lực điện giúp HS giải bài tập, nâng cao khả năng tư duy trừu tượng, khái quát, cũng như định lượng trong việc hình thành các khái niệm và định luật vật lí: C1 trang 23 sgk: Hãy nêu sự tương tự giữa công của lực tĩnh điện làm di chuyển một điện tích giữa hai điểm trong điện trường với công của trọng lực. Trả lời: • Công của lực điện làm di chuyển của một điện tích không phụ thuộc hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vị trí điểm đầu và điểm cuối đường đi trong điện trường. • Tương tự, công của trọng lực làm một vật di chuyển từ điểm này đến điểm khác không phụ thuộc vào hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối đường đi trong trọng trường. C2 trang 23 sgk: Cho một điện tích điểm Q nằm tại tâm của một vòng tròn. Khi di chuyển một điện tích thử q dọc theo cung MN của vòng tròn đó thì công của lực điện sẽ bằng bao nhiêu? Trả lời:  Khi điện tích thử q di chuyển trên dọc theo cung MN của vòng tròn (theo hình vẽ) thì lực điện không thực hiện công vì lực điện luôn vuông góc với phương di chuyển của điện tích thử. C3 trang 24 sgk: Thế năng của điện tích thử q trong điện trường của điện tích điểm Q nêu ở câu C2 sẽ thay đổi thế nào khi q di chuyển dọc theo cung MN? Trả lời: Do AMN = WM – WN = 0 suy ra WM = WN. Vậy khi điện tích thử q dịch chuyển trong điện trường của Q dọc theo cung MN thì thế năng của điện tích q không thay đổi, ta có thể nói điện tích thử q đang di chuyển trên mặt đẳng thế của điện trường của điện tích điểm Q. Lời giải: Trong điện trường đều, công của lực điện trường trong sự di chuyển điện tích từ M đến N là: AMN = qEd. Trong đó: q: điện tích di chuyển . có thể dương hay âm (C); E: cường độ điện trường đều (V/m); d: khoảng cách giữa hình chiếu của điểm đầu M và điểm cuối N của đường đi trên một đường sức điện; * d>0 nếu hình chiếu cùng chiều đường sức điện; * d<0 nếu hình chiếu ngược chiều đường sức điện. Lời giải: Công của lực điện tác dụng nên điện tích thử q khi cho q di chuyển trong một điện trường không phụ thuộc vào hình dạng đường đi, chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối của quỹ đạo. Lời giải: Thế năng của một điện tích q tại điểm M trong điện trường: WM = AM∞ = q.VM Thế năng tỉ lệ thuận với q . Độ lớn và dấu của thế năng phụ thuộc vào cách chọn gốc thế năng A. AMN ANP Lời giải: Công của lực điện tác dụng nên điện tích q khi di chuyển trên các đoạn thẳng MN và NP được xác định bởi công thức: AMN = q. E. MN. cosαMN ANP = q. E. NP. cosαNP Trong đó AMN > 0 ; ANP > 0 ; q > 0; MN > NP. Nhưng vì không xác định được lớn hơn, nhỏ hơn, hay bằng và hàm cos có thể nhận giá trị trong khoảng [-1; 1] nên AMN có thể lớn hơn, nhỏ hơn, hay bằng ANP tùy theo giá trị của và Một êlectron di chuyển được đoạn đường 1cm, dọc theo một đường sức điện, dưới tác dụng của lực điện, trong một điện trường đều có cường độ điện trường 1000 V/m. Hỏi công của lực điện là bao nhiêu? A. -1,6.10-16 J B. +1,6.10-16 J C. -1,6.10-16J D. +1,6.10-16J Lời giải: Dưới tác dụng của lực điện êlectron di chuyển ngược chiều điện trường (tức ngược chiều đường sức điện) Đáp án: D Lời giải: Lúc này hình chiếu của điểm đầu và điểm cuối đường đi trùng nhau tại điểm (d = 0) nên công của lực điện bằng không. Vậy nếu điện tích di chuyển trên một đường cong kín thì điện trường không thực hiện công Lời giải: Lực điện trường F tác dụng lên electron (điện tích âm) có chiều ngược với chiều điện trường do đó electron di chuyển ngược chiều điện trường → (vector E, vector s) = 180o Áp dụng định lý động năng cho sự di chuyển của êlectron: Wđ(+) – Wđ(-) = A = q.E.s.cos180o Động năng ban đầu tại bản (-) của electron: Wđ(-) = 0 do electron được thả không vận tốc đầu. → động năng của êlectron khi nó đến đập vào bản dương: Wđ(+) = q.E.s.cos180o = -1,6.10-19 x 1000 x 0,01.(-1) = 1,6.10-18J Đáp án: Wđ(+) = 1,6.10-18J Lời giải: Ta có: WM = AM∞ Đường sức điện của Q hướng từ Q ra. Lực điện tác dụng lên điện tích q (âm) sẽ ngược chiều đường sức điện. Nên công để đưa q từ M ra vô cực (lúc này đường đi S của q cùng chiều với E ) là: AM∞ = q.E.s.cos0o < 0 vì q < 0. Do đó WM < 0.
CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN 1. Công của lực điện a) Đặc điểm của lực điện tác dụng lên một điện tích đặt trong một điện trường đều. - Đặt điện tích q dương (q > 0) tại một điểm M trong điện trường đều (Hình 4.1), nó sẽ chịu tác dụng của một lực điện \(\overrightarrow F = q.\overrightarrow E \) - Lực \(\overrightarrow F \) là không đổi, có: + phương song song với các đường sức điện + chiều hướng từ bản dương sang bản âm + độ lớn là F = q.E.
b) Công của lực điện trong điện trường đều. * Điện tích Q di chuyển theo đường thẳng MN, làm với các đường sức điện một góc α, với MN = s (Hình 4.2)
Ta có công của lực điện: AMN = \(\overrightarrow F .\overrightarrow s \) = F.s.cosα Với F = qE và cosα = d thì: AMN = qEd (4.1) Trong đó α là góc giữa lực \(\overrightarrow F \) và độ dời \(\overrightarrow s \), d là hình chiếu của độ dời \(\overrightarrow s \) trên một đơn vị đường sức điện. + Nếu α < 900 thì cosα >0, do đó d > 0 và AMN > 0. + Nếu α > 900 thif cosα < 0, do đó d < 0 và AMN < 0. Điện tích q di chuyển theo đường gấp khúc MPN. Tương tự như trên, ta có: AMPN = Fs1.cosα1 + Fs2cosα2 Với s1.cosα1 + s2cosα2 = d, ta lại có AMPN = qEd Trong đó, d = MH là khoảng cách của hình chiếu từ điểm đầu đến hình chiếu của điểm cuối của đường đi trên một đường sức điện. * Kết quả có thể mở rộng cho các trường hợp đường đi từ M đến N là một đường gấp khúc hoặc đường cong. Như vậy, công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích trong điện trường đều từ M đến N là AMPN = qEd, 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. c) Công của lực điện trường trong sự di chuyển của điện tích trong điện trường bất kì. Người ta cũng chứng minh được rằng công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích q trong điện trường bất kì từ M đến N không phụ thuộc vào hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu M và điểm cuối N (Hình 4.3). Đây là một đặc tính chung của trường tĩnh điện. 2. Thế năng cả một điện tích trong điện trường a) Khái niệm về thế năng của một điện tích trong điện trường Tương tự như thế năng của một vật trong trọng trường, thế năng của một điện tích q trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của lực điện khi đặt điện tích q tại điểm mà ta xét trong điện trường. Đối với một điện tích q (dương) đặt tại điểm M trong điện trường đều thì công này bằng: A = qEd = WM Trong đó d là khoảng cách từ điểm M đến bản âm; WM là thế năng của điện tích q tại điểm M. Trong trường hợp điện tích q nằm tại điểm M trong một điện trường bất kì do nhiều điện tích gây ra thì có thể lấy thế năng bằng công của lực điện khi di chuyển q từ M ra vô cực (AM∞). Đó là vì ở vô cực, từ là ở rất xa các điện tích gây ra điện trường, thì điện trường bằng không và lực điện coi như hết khả năng sinh công. Do vậy : WM = AM∞ b) Sự phụ thuộc của thế năng WM vào điện tích q. Vì độ lớn của lực điện luôn tỉ lệ thuận với điện tích thử q, do đó thế năng của điện tích tại M cũng tỉ lệ thuận với q: AM = WM = VMq (4.3) VM là một hệ số tỉ lệ, không phụ thuộc q mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm M trong điện trường. c) Công của lực điện và độ giảm thế năng. Khi một điện tích q di chuyển từ một điểm M đến một điểm N trong một điện trường thì công mà lực điện tác dụng lên điện tích đó sinh ra sẽ bằng độ giảm thế năng của điện tích q đặt trong điện trường. AAN = WM – WN (4.4) Sơ đồ tư duy về công của lực điện |
