ican
Vật lý 11
Bài 4: Công của lực điện

CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN

Vật Lý 11 bài Công của lực điện: Lý thuyết trọng tâm, giải bài tập sách giáo khoa Công của lực điện: giúp học sinh nắm vững kiến thức ngắn gọn

Ican

BÀI 4: CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN

A. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Đặc điểm của lực điện tác dụng lên một điện tích đặt trong điện trường đều

  • Đặt điện tích q dương (q > 0) tại một điểm M trong điện trường đều như hình vẽ, nó sẽ chịu tác dụng của một lực điện \(\vec{F}=q\vec{E}\). Lực \(\vec{F}\) là lực không đổi, có phương song song với các đường sức điện, chiều hướng từ bản dương sang bản âm, độ lớn bằng qE.

2. Công của lực điện trong điện trường

  • Công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích trong điện trường đề từ M đến N là:

A = q.E.d

Trong đó: \(d=\overline{MH}\) là độ dài đại số, M là hình chiếu của điểm đầu đường đi, H là hình chiếu của điểm cuối đường đi. Chiều dương của \(\overline{MH}\) cùng với chiều của điện trường.

  • Công của lực điện không phụ thuộc vào hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu M và điểm cuối N của đường đi.
  • Lực tĩnh điện là lực thế.
  • Trường tĩnh điện là trường thế.

2. Thế năng của một điện tích trong điện trường

  • Khái niệm: Thế năng của một 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.
  • Sự phụ thuộc của thế năng WM vào điện tích q

AM∞ = WM = q.VM

Thế năng tỉ lệ thuận với q.

  • Công của lực điện và độ giảm thế năng của điện tích trong điện trường: Khi một điện tích q di chuyển từ điểm M đến 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 trong điện trường.

AMN = WM - WN

B. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

Dạng 1. Tính công của lực điện trường

Tùy vào dữ kiện bài toán, công của lực điện trường có thể tính theo các công thức khác nhau.

  • Nếu bài toán cho q, E và vị trí điểm đầu M, điểm cuối N thì ta dùng công thức:

\({{\text{A}}_{\text{MN}}}=q.E.{{d}_{MN}}.\)

Lưu ý quan trọng \({{d}_{MN}}\) là hình chiếu của MN trên phương của đường sức.

  • Nếu bài toán cho độ giảm điện thế của điện tích thì: \({{\text{A}}_{\text{MN}}}={{\text{W}}_{M}}-{{\text{W}}_{N}}.\)

Dạng 2. Chuyển động của hạt điện tích trong điện trường.

  • Căn cứ vào chiều của lực và hướng chuyển động để biết điện tích sẽ chuyển động nhanh dần hay chậm dần đều, tính gia tốc của điện tích theo định luật II Niu-tơn \(a=\frac{F}{m}.\)
  • Vận dụng các công thức của chuyển động biến đổi đều: \(\left\{ \begin{align}   & v={{v}_{0}}+a.t \\  & s={{v}_{0}}.t+\frac{1}{2}a.{{t}^{2}} \\  & {{v}^{2}}-v_{0}^{2}=2.a.s \\  & {{\text{W}}_{d2}}-{{\text{W}}_{d1}}=A \\ \end{align} \right.   \)

với lưu ý chuyển động nhanh dần đều thì a.v > 0, chậm dần đều thì a.v < 0.

C. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu C1 (trang 23 SGK Vật Lí 11):

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.

Câu C2 (trang 23 SGK Vật Lí 11):

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.

Câu C3 (trang 24 SGK Vật Lí 11):

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.

D. CÂU HỎI – BÀI TẬP

Bài 1 (trang 25 SGK Vật Lí 11):

Viết công thức tính công của lực điện trong sự di chuyển của một điện tích trong một điện trường đều.

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 là điện tích di chuyển, có thể dương hay âm (C);
  • E là cường độ điện trường đều (V/m);
  • d là 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.

Bài 2 (trang 25 SGK Vật Lí 11):

Nêu đặc điểm của công của lực điện tác dụng lên điện tích thử q khi cho q di chuyển trong điện trường.

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.

Bài 3 (trang 25 SGK Vật Lí 11):

Thế năng của một điện tích q trong một điện trường phụ thuộc vào q như thế nào?

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

Bài 4 (trang 25 SGK Vật Lí 11):

Cho một điện tích thử q di chuyển trong một điện trường đều dọc theo hai đoạn thẳng MN và NP và lực điện sinh công dương. Biết rằng lực điện sinh công dương và MN dài hơn NP. Hỏi kết quả nào sau đây là đúng, khi so sánh các công AMN và ANP của lực điện?

A. AMN > ANP. B. AMN < ANP.

C. AMN = ANP. D. Cả ba trường hợp A, B, C đều có thể xảy ra.

Lời giải: Chọn D.

Công của lực điện là A = qEd không phụ thuộc vào độ dài MN và NP mà chỉ phụ thuộc vào hình chiếu của độ dời xuống đường sức điện, do đó cả ba A, B, C đều có thể xảy ra.

Bài 5 (trang 25 SGK Vật Lí 11):

Chọn đáp số đúng.

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. -1,6.10-18 J. D. + 1,6.10-18 J.

Lời giải: Chọn D.

Ta có: E = 1000 V/m; qe = -1,6.10-19 C;

Dưới tác dụng của lực điện êlectron di chuyển ngược chiều điện trường (tức ngược chiều đường sức điện) nên d = - 1 cm = - 0,01 m.

Công của lực điện trường là: A = qe.E.d = -1,6.10-19.1000.(- 0,01) = 1,6.10-18 J.

Bài 6 (trang 25 SGK Vật Lí 11):

Cho một điện tích di chuyển trong một điện trường dọc theo một đường cong kín, xuất phát từ điểm M rồi trở lại điểm M. Công của lực điện bằng bao nhiêu?

Lời giải:

Khi điện tích trở lại điểm M, lúc này hình chiếu của điểm đầu và điểm cuối đường đi trùng nhau tại điểm M (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

Bài 7 (trang 25 SGK Vật Lí 11):

Một êlectron được thả không vận tốc đầu ở sát bản âm, trong điện trường đều giữa hai bản kim loại phẳng, tích điện trái dấu. Cường độ điện trường giữa hai bản là 1000 V/m. Khoảng cách giữa hai bản là 1 cm. Tính động năng của êlectron khi nó đến đập vào bản dương.

Lời giải:

Lực điện trường tác dụng lên êlectron (điện tích âm) có chiều ngược với chiều điện trường do đó êlectron di chuyển ngược chiều điện trường \(\Rightarrow \left( \vec{E};\,\vec{s} \right)=180{}^\circ\)

Áp dụng định lí động năng cho sự di chuyển của êlectron: Wđ(+) – Wđ(-) = A = q.E.s.cos180°

Động năng ban đầu tại bản (-) của electron: Wđ(-) = 0 do êlectron được thả không vận tốc đầu.

⇒ Động năng của êlectron khi nó đến đập vào bản dương:

Wđ(+) = q.E.s.cos180° = -1,6.10-19 .1000. 0,01.(-1) = 1,6.10-18 J.

Bài 8 (trang 25 SGK Vật Lí 11):

Cho một điện tích dương Q đặt tại điểm O. Đặt một điện tích âm tại một điểm M. Chứng minh rằng thế năng của q ở M có giá trị âm.

Lời giải:

Ta có: WM = AM∞

Q > 0 nên đường sức điện do Q gây ra tại M có hướng ra xa Q.

Công để đưa q từ M ra vô cực (hướng chuyển dời của q cùng chiều đường sức điện nên d > 0) là:

AM∞ = q.E.d < 0 do q < 0 ⇒ WM < 0.

 

Trên đây là gợi ý giải bài tập Vật Lý 11 bài Công của lực điện do giáo viên Ican trực tiếp biên soạn theo chương trình mới nhất. Chúc các bạn học tập vui vẻ

Đánh giá (320)
ican
  • Một thương hiệu của 
    ICAN
  • ICAN
  • ICAN © 2023, All Rights Reserved.

  • Trụ sở Hồ Chí Minh: B0003 C/C Sarina, Khu đô thị Sala, Khu phố 3, Đường Hoàng Thế Thiện, Phường An Lợi Đông, TP. Thủ Đức

  • Văn phòng Hà Nội: Tòa nhà 25T2 Đường Hoàng Đạo Thúy, Phường Trung Hòa, Quận Cầu Giấy