Lý thuyết và bài tập bài 3 công của lực điện, hiệu điện thế của chương trình vật lý 11 nâng cao được Kiến Guru biên soạn nhằm giúp các bạn nắm bắt những kiến thức lý thuyết quan trọng của bài này, từ đó vận dụng vào làm những bài tập cụ thể. Đặc biệt, Kiến Guru sẽ hướng dẫn các em làm những bài tập bám sát chương trình SGK lý 11 nâng cao để có thể làm quen và thành thạo những bài tập của phần này. Show I. Những lý thuyết cần nắm trong Bài 4: Công của lực điện, hiệu điện thế ( vật lý 11 nâng cao)Để làm tốt các dạng bài tập vật lý 11 nâng cao bài 4: Công của lực điện, hiệu điện thế, các em cần nắm vững các lý thuyết dưới đây: 1. Công của lực:- Công của lực tác dụng lên một điện tích sẽ không phụ thuộc vào dạng đường đi của điện tích đó mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối của đường đi trong điện trường. - Biểu thức: A = q.E.d Trong đó: d là hình chiếu của quỹ đạo lên phương đường sức điện 2. Khái niệm hiệu điện thếa. Công của lực điện và hiệu thế năng của điện tích AMN=WM-WN b. Hiệu điện thế, điện thế - 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, được xác định bằng thương của công lực điện tác dụng lên q khi di chuyển q từ M ra vô cực và độ lớn của q. - Biểu thức: VM=AMq - Hiệu điện thế giữa hai điểm trong điện trường là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của điện trường nếu có một điện tích di chuyển giữa hai điểm đó Biểu thức: UMN=VM-VN=AMN/q - Chú ý: + Điện thế và hiệu điện thế là đại lượng vô hướng có giá trị dương hoặc âm; + Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trong điện trường có giá trị xác định còn điện thế tại một điểm trong điện trường có giá trị phụ thuộc vào vị trí ta chọn làm gốc điện thế. +Trong điện trường, vectơ cường độ điện trường sẽ có hướng từ nơi có điện thế cao sang nơi có điện thế thấp. 3. Liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thếII. Bài tập vật lý 11 nâng cao: Công của lực điện, hiệu điện thếVận dụng các lý thuyết ở trên để giải các bài tập trong bài: Công của lực điện, hiệu điện thế Bài 1/ SGK Vật lý 11 nâng cao trang 22: Mỗi điện tích q chuyển động trong điện trường (đều hay không đều) theo một đường cong kín. Gọi công của lực điện trong chuyển động đó là A thì A. A > 0 nếu q > 0 B. A > 0 nếu q < 0 C. A ≠ 0 nếu điện trường không đổi D. A = 0 Hướng dẫn: Một điện tích q chuyển động trong điện trường (đều hay không đều) theo một đường cong kín tức là điểm đầu và điểm cuối trùng nhau, nên A = 0 Đáp án: D Bài 2/ SGK Vật lý 11 nâng cao trang 22: Chọn phương án đúng. Cho ba điểm M, N, P trong một điện trường đều. MN = 1 cm, NP = 3 cm;UMN=1V;UMP=2V. Gọi cường độ điện trường tại M, N, P là EM, EN, EP A. EN>EM B. EP= 2EN C. EP= 3EN D. EP=EN Hướng dẫn: Trong điện trường đều, cường độ điện trường tại mọi điểm đều bằng nhau. ⇒EM =EN=EP Đáp án: D Bài 3/ SGK Vật lý 11 nâng cao trang 23: Một điện tích q chuyển động từ điểm M đến điểm N, từ điểm N đến điểm P như trên hình 4.4 thì công của lực điện trong mỗi trường hợp bằng bao nhiêu ? Giải thích? Hình 4.4 Hướng dẫn: Vì M, N, P nằm trên cùng một đường thẳng vuông góc với đường sức của điện trường đều, nên điện thế của các điểm này bằng nhau VM=VN=VP Lại có: AMN=WM-WN=q.UMN=q.(VM-VN) ANP=WN-WP=q.UNP=q.(VN-VP) ⇒ AMN=ANP=0 Bài 4/SGK Vật lý 11 nâng cao trang 23: Hai tấm kim loại đặt song song, cách nhau 2cm, được nhiễm điện trái dấu nhau và có độ lớn bằng nhau. Muốn điện tích q = 5.10-10C di chuyển từ tấm này đến tấm kia cần tốn một công A = 2.10-9J. Hãy xác định cường độ điện trường bên trong hai tấm kim loại đó. Cho biết điện trường bên trong hai tấm kim loại đã cho là điện trường đều và có đường sức vuông góc với các tấm. Hướng dẫn: Công của lực điện trường tác dụng lên điện tích q khi di chuyển trong điện trường đều E là: A= q.E.d Cường độ điện trường bên trong hai tấm kim loại: Bài 5/SGK Vật lý 11 nâng cao trang 23: Một electron chuyển động dọc theo đường sức của một điện trường đều. Cường độ điện trường E = 100V/m. Vận tốc ban đầu của electron bằng 300 km/s. Hỏi electron chuyển động được quãng đường dài bao nhiêu thì vận tốc của nó bằng không? Cho biết khối lượng electron m = 9,1.10-31kg. Hướng dẫn: Công của lực điện trường thực hiện trên electron : A12=F.d=q.F.d Mặt khác, theo định lý động năng: Quãng đường mà electron đi được cho đến khi vận tốc của nó bằng không là: Bài 6/SGK Vật lý 11 nâng cao trang 23: Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N là UMN = 1V. Một điện tích q = -1 C di chuyển từ M đến N thì công của lực điện bằng bao nhiêu? Giải thích ý nghĩa của kết quả tính được. Hướng dẫn: Công của lực điện khi điện tích q = -1 C di chuyển từ M đến N là: Ý nghĩa : Vôn là hiệu điện thế giữa hai điểm M, N mà khi có một nguồn điện tích âm -1 C di chuyển từ điểm M đến điểm N thì lực điện sẽ thực hiện một công âm là -1 J. Bài 7/SGK Vật lý 11 nâng cao trang 23: Một quả cầu nhỏ khối lượng 3,06. 10-15kg nằm lơ lửng giữa hai tấm kim loại song song nằm ngang và nhiễm điện trái dấu. Điện tích của quả cầu đó bằng 4,8.10-18C. Hai tấm kim loại cách nhau 2cm. Hãy tính hiệu điện thế đặt vào hai tấm đó. Lấy g = 10m/s2 Hướng dẫn: Để quả cầu nhỏ nằm lơ lửng giữa hai tấm kim loại nhiễm điện trái dấu thì lực điện trường phải cân bằng với mọi trọng lực của quả cầu: Ta có: Đây là tài liệu biên soạn về lý thuyết và bài tập vật lý 11 nâng cao bài 4: Công của lực điện, hiệu điện thế. Hy vọng tài liệu này của Kiến Guru sẽ giúp các em học tập tốt hơn.
CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐIỆN TÍCH ĐIỂM TRONG ĐIỆN TRƯỜNG ĐỀU A.LÍ THUYẾT Một điện tích điểm q dương, khối lượng m bay vào điện trường đều tại điểm M (Điện trường đều được tạo bởi hai bản kim loại phẳng rộng đặt song song, đối diện nhau, hai bản được tích điện trái dấu và bằng nhau về độ lớn) với vận tốc ban đầu \(\overrightarrow{V_{0}}\) tạo với phương của đường sức điện một góc \(\alpha\). Lập phương trình chuyển động của điện tích q, Viết phương trình quĩ đạo của điện tích q rồi xét các trường hợp của góc \(\alpha\). Cho biết: Điện trường đều có véctơ cường độ điện trường là \(\overrightarrow{E}\), M cách bản âm một khoảng b(m), bản kim loại dài l(m), Hai bản cách nhau d(m), gia tốc trọng trường là g. Lời giải: **Chọn hệ trục tọa độ 0xy: Gốc 0 trùng với M. 0x: theo phương ngang(Vuông góc với các đường sức) 0y: theo phương thẳng đứng từ trên xuống dưới (Cùng phương, chiều với đường sức) Gọi α là góc mà vectơ vận tốc ban đầu của điện Tích hợp với phương thẳng đứng. * Lực tác dụng: Trọng lực \(\overrightarrow{P}=m.\overrightarrow{g}\) Lực điện: \(\overrightarrow{F}=m.\overrightarrow{E}\) Hai lực này có phương, chiều cùng phương chiều với.Đường sức điện (Cùng phương chiều với trục 0y). Phân tích chuyển động của q thành hai chuyển động thành phần theo hai trục 0x và 0y. 1. Xét chuyển động của q trên phương 0x. Trên phương này q không chịu bất kì một lực nào nên q Sẽ chuyển động thẳng đều trên trục 0x với vận tốc không đổi: gia tốc ax=0, Vx= V0x =V0.sinα (1) =>Phương trình chuyển động của q trên trục 0x: x= Vx.t= V0.sinα.t (2) 2. Xét chuyển động của q theo phương 0y: - Theo phương 0y: q chịu tác dụng của các lực không đổi(Hợp lực cũng không đổi) q thu được gia tốc \(a_{y}=a=\frac{F+P}{m}=\frac{q.\overrightarrow{E}}{m}+g\) (3) - Vận tốc ban đầu theo phương 0y:V0y= V0.cosα (4) *Vận tốc của q trên trục 0y ở thời điểm t là: Vy= V0y+ a.t = V0.cosα+ \((\frac{q.\overrightarrow{E}}{m}+g)\).t (5) => Phương trình chuyển động của q trên trục 0y: y = V0.cosα.t + \(\frac{1}{2}(\frac{q.\overrightarrow{E}}{m}+g)\).t2 (6) TÓM LẠI: Đặc điểm chuyển động của q trên các trục là:
** Phương trình quĩ đạo chuyển động của điện tích q là khử t ở phương trình tọa độ theo trục 0y bằng cách rút t = \(\frac{x}{V_{0}sin\alpha }\) y = V0.cosα. \(\frac{x}{V_{0}.cos\alpha }+\frac{1}{2}(\frac{q.\overrightarrow{E}}{m}+g).(\frac{x}{V_{0}.sin\alpha })^{2}\) (7) y = cotgα.x + \(\frac{1}{2}.\frac{1}{V_{0}^{2}sin^{2}\alpha }(\frac{q\overrightarrow{E}}{m}+g).x^{2}\) (8) Vậy quĩ đạo của q có dạng là một Parabol (Trừ nhận giá trị góc 00, 1800 sẽ nêu ở dưới) Chú ý:Bài toán chuyển động của e thường bỏ qua trọng lực. B.CÁC DẠNG BÀI TẬP(XÉT CHO Q>0) DẠNG 1: VECTƠ VẬN TỐC CỦA ĐIỆN TÍCH CÙNG HƯỚNG ĐƯỜNG SỨC
a. Góc =0 (Ban đầu q chuyển động vào điện trường theo hướng của đường sức) Trường hợp này \(\overrightarrow{V_{0}}\) cùng hướng với \(\overrightarrow{E}\). Dựa vào (I), (II). Ta có:  v0 hướng cùng chiều dương, xét tổng hợp lực theo 0y, nếu nó hướng cùng chiều dương thì vật chuyển động nhanh dần đều. 1. Thời gian mà q đến bản âm: khi đó y= b => b= \(V_{0}.t+\frac{1}{2}(\frac{qE}{m}+g).t^{2}\) (9) 2. Vận tốc khi q đập vào bản âm là V xác định theo 2 cách: C1: Thay t ở (9) vào vào công thức vận tốc của IV=> V C2: Áp dụng công thức liên hệ giữa vận tốc, gia tốc và đường đi trong chuyển động thẳng nhanh dần đều: 2.a.S = V2 - V02 tức là 2.a.b = V2 - V02 (10) v0 hướng cùng chiều dương, xét tổng hợp lực theo 0y, nếu nó hướng ngược chiều dương thì vật chuyển động chậm dần đều đến khi v=0 thì chuyển động nhanh dần đều theo hướng nguợc lại. II.BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài 1: Giữa 2 bản của tụ điện đặt nằm ngang cách nhau d = 40 cm có một điện trường đều E = 60V/m. Một hạt bụi có khối lượng m = 3g và điện tích q = 8.10-5C bắt đầu chuyển động từ trạng thái nghỉ từ bản tích điện dương về phía tấm tích điện âm. Bỏ qua ảnh hưởng của trọng trường. Xác định vận tốc của hạt tại điểm chính giữa của tụ điện ĐS:v=0,8m/s Bài 2: Một electron bay vào trong một điện trường theo hướng ngược với hướng đường sức với vận tốc 2000km/s. Vận tốc của electron ở cuối đoạn đường sẽ là bao nhiêu nếu hiệu điện thế ở cuối đoạn đường đó là 15V. ĐS:v=3,04.10 6 m/s Bài 3: Một electron bắt đầu chuyển động dọc theo chiều đường sức điện trường của một tụ điện phẳng, hai bản cách nhau một khoảng d = 2cm và giữa chúng có một hiệu điện thế U = 120V. Electron sẽ có vận tốc là bai nhiêu sau khi dịch chuyển được một quãng đường 1cm. Bài 4: Một electron bay vào điện trường của một tụ điện phẳng theo phương song song cùng hướng với các đường sức điện trường với vận tốc ban đầu là 8.106m/s. Hiệu điện thế tụ phải có giá trị nhỏ nhất là bao nhiêu để electron không tới được bản đối diện ĐS:U \(\geq\) 182V Bài 5: Hại bụi có m=10-12 g nằm cân bằng giữa điện trường đều giữa hai bản tụ.Biết U=125V và d=5cm. a.Tính điện tích hạt bụi? b.Nếu hạt bụi mất đi 5e thì muốn hạt bụi cân bằng , U=? DẠNG 2: VECTƠ VẬN TỐC CỦA ĐIỆN TÍCH NGƯỢC HƯỚNG ĐƯỜNG SỨC I.LÍ THUYẾT
b. Góc =1800 (Ban đầu q vào điện trường ngược hướng đường sức). Trường hợp này \(\overrightarrow{V_{0}}\) ngược hướng với véc tơ cường độ điện trường \(\overrightarrow{E}\). Dựa vào I, II ta có:
Nếu tổng hợp lực điện và trọng lực trên phương Oy mà hướng cùng Oy thì vật chuyển động theo hai quá trình. + Quá trình 1: q chuyển động thẳng chậm dần đều ngược chiều dương trục oy: Giả sử: Khi đến N thì q dừng lại, quá trình này diễn ra trong thời gian t1 thỏa mãn: \(-V_{0}+(\frac{q.E}{m}+g).t_{1}=0\Rightarrow t_{1}=\frac{V_{0}}{\frac{q.E}{m}+g}\) (11) Quãng đường MN=S được xác định: 2.a.S = V2- V02 = - V02 (12) (V0 trong trường hợp này lấy giá trị âm vìngược hướng 0y). * Nếu S > d - b thì q chuyển động thẳng chậm dần đều ngược chiều dương trục 0y và đập vào bản dương gây ra va chạm. Ở đây a chỉ xét S < d- b (Điểm N vẫn nằm trong khoảng không gian giữa hai bản) + Quá trình 2: Tại N điện tích q bắt đầu lại chuyển động thẳng nhanh dần đều theo trục 0y. Với vận tốc tại N bằng không, gia tốc \(a=a_{y}=\frac{qE}{m}+g\) và bài toán như trường hợp \(\alpha\) = 0. Nếu tổng hợp lực điện và trọng lực trên phương Oy mà ngược hướng cùng Oy thì vật chuyển động nhanh dần đều theo hướng ngược Oy. II.BÀI TẬP VẬN DỤNG 1. Một e có vận tốc ban đầu vo = 3. 106 m/s chuyển động dọc theo chiều đường sức của một điện trường có cường độ điện trường E = 1250 V/m. Bỏ qua tác dụng của trọng trường, e chuyển động như thế nào? Đ s: a = -2,2. 1014 m/s2, s= 2 cm. 2. Một e chuyển động với vận tốc ban đầu 104 m/s dọc theo đường sức của một điện trường đều được một quảng đường 10 cm thì dừng lại. a. Xác định cường độ điện trường. b. Tính gia tốc của e. Đ s: 284. 10-5 V/m, 5. 107m/s2. 3. Một e chuyển động dọc theo đường sức của một điện trường đều có cường độ 364 V/m. e xuất phát từ điểm M với vận tốc 3,2. 106 m/s. Hỏi: a. e đi được quảng đường dài bao nhiêu thì vận tốc của nó bằng 0 ? b. Sau bao lâu kể từ lúc xuất phát e trở về điểm M ? Đ s: 0,08 m, 0,1 ms 4: Một electron bay từ bản âm sang bản dương của một tụ điện phẳng. Điện trường trong khoảng hai bản tụ có cường độ E=6.104V/m. Khoảng cách giưac hai bản tụ d =5cm. a. Tính gia tốc của electron. (1,05.1016 m/s2) b. tính thời gian bay của electron biết vận tốc ban đầu bằng 0. (3ns) c. Tính vận tốc tức thời của electron khi chạm bản dương. (3,2.107 m/s2) 5: Giữa hai bản kim loại đặt song song nằm ngang tích điện trái dấu có một hiệu điện thế U1=1000V khoảng cách giữa hai bản là d=1cm. Ở đúng giưã hai bản có một giọt thủy ngân nhỏ tích điện dương nằm lơ lửng. Đột nhiên hiệu điện thế giảm xuống chỉ còn U2 = 995V. Hỏi sau bao lâu giọt thủy ngân rơi xuống bản dương? Tất cả nội dung bài viết. Các em hãy xem thêm và tải file chi tiết dưới đây: Luyện Bài tập trắc nghiệm môn Vật lý lớp 11 - Xem ngay >> Luyện thi TN THPT & ĐH năm 2023 trên trang trực tuyến Tuyensinh247.com. Học mọi lúc, mọi nơi với Thầy Cô giáo giỏi, đầy đủ các khoá: Nền tảng lớp 12; Luyện thi chuyên sâu; Luyện đề đủ dạng; Tổng ôn chọn lọc. |
