Giải bài tập SGK Vật lý 11 Bài 5: Điện thế và hiệu điện thế

Điện thế tại một điểm trong điện trường là gì? Nó được xác định như thế nào?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần nắm được lý thuyết vật lý về khái niệm và công thức tính điện thế tại một điểm trong điện trường.

Hướng dẫn 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 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: \(V_M=\frac{A_{M\infty }}{q}\)

Hiệu điện thế giữa hai điểm trong điện trường là gì?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần nắm được lý thuyết vật lý về hiệu điện thế giữa hai điểm trong điện trường.

Hướng dẫn giải

• Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N trong điện trường là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường trong sự di chuyển của một điện tích từ M đến N. Nó được xác định bằng thương số giữa công của lực điện tác dụng lên điện tích q trong sự di chuyển của q từ M đến N  và độ lớn của q. \({U_{MN}} = {\rm{ }}{V_M}-{V_N} = \frac{{{A_{MN}}}}{q}\)

• Đơn vị hiệu điện thế là V (Vôn).

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?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần nắm được lý thuyết vật lý về 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.

Hướng dẫn 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: \({U_{MN}} = \frac{{{A_{MN}}}}{q}\)

Viết hệ thức giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường, nêu rõ điều kiện áp dụng hệ thức đó.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần nắm được lý thuyết vật lý về hệ thức giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường, nêu rõ điều kiện áp dụng.

Hướng dẫn giải

• Hệ thức giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường: E = U_MN/d = U/d

• Điều kiện áp dụng hệ thức là điện trường phải là điện trường đều hoặc nếu điện trường không đều thì d phải rất bé.

Biết hiệu điện thế \(U_{{MN}} = 3 V\). Hỏi đẳng thức nào sau đây chắc chắn đúng ?

A. \(V_M = 3 V\).                                       

B. \(V_N = 3 V\).

C. \(V_M - V_N = 3 V\).                            

D. \(V_N - V_M = 3 V\).

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần hiểu và nắm công thức tính hiệu điện thế giữa hai điểm M và N.

Hướng dẫn giải

Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N là:

\({U_{MN}} = {V_M} - {V_N} = 3V\)

⇒ Chọn đáp án C

Khi một điện tích q = -2 C di chuyển từ điểm M đến điểm N trong điện trường thì lực điện sinh công -6 J. Hỏi hiệu điện thế \(U_{{MN}}\) có giá trị nào sau đây ?

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

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

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần áp dụng công thức tính hiệu điện thế của một điện tích q di chuyển từ điểm M đến điểm N trong điện trường.

Hướng dẫn giải

Áp dụng công thức tính hiệu điện thế của một điện tích q di chuyển từ điểm M đến điểm N trong điện trường.

Ta có: \({U_{MN}} = \frac{{{A_{MN}}}}{q} =  - \frac{6}{{ - 2}} = 3V\).

⇒ Chọn đáp án C

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 điểmcó 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.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần nắm được lý thuyết vật lý về đặc điểm của electron.

Hướng dẫn 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)

⇒ Chọn đáp án C

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

Đây là dạng bài xác định điện thế tại điểm M nằm giữa hai bản kim loại phẳng song song với nhau.

Cách giải :

- Ta tiến hành giải theo các bước như sau:

• Bước 1: Áp dụng công thức tính Hiệu điện thế: \(U_o = Ed_o\) ⇒ \(U = Ed\) với \(d = 0,6 cm\).

• Bước 2: Thay số và tính toán kết quả.

Hướng dẫn giải

Hiệu điện thế giữa hai bản dương và âm:

\(U_o = Ed_o = 120 V\), với d₀= 1 cm = 0,01m.

⇒ Cường độ điện trường: \({E_0} = \frac{{{U_0}}}{{{d_0}}} = \frac{{120}}{{0.01}} = 12000(V/m)\)

Hiệu điện thế tại điểm M nằm giữa hai bản, cách bản âm 0,6 cm là:

\({U_M} = E.{d_M} = 12000.0,006 = 72V\)

Do mốc điện thế tại bản âm ⇒ \(V_M= 72V\)

Vậy: điện thế tại điểm M là 72V.

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 \(U_{MN} = 50 V\).

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần nắm được công thức tính công mà lực điện tác dụng lên một điện tích electron âm.

Hướng dẫn giải

Công mà lực điện tác dụng lên một êlectron sinh ra khi nó chuyển động từ điểm M đến điểm N là:

\(A = q.U_{MN} = -1,6.10^{-19}.50 = -8.10^{-18}J.\)