Bài tập công của lực điện trang 25

VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phíGiải bài tập trang 25 SGK Vật lý lớp 11: Công của lựcI. Tóm tắt kiến thức cơ bản: Công của lực1. Công của lực điện: Công của lực điện trong sự di chuyển của một điện tích trong điệntrường đều từ M đến N là AMN = qEd, không phụ thuộc vào hình dạng đường đi mà chỉphụ thuộc vị trí của điểm đầu M và điểm cuối N của đường đi.2. Thế năng của một diện tích điểm q tại điểm M và N trong diện trường lần lượt là:WM = AM = VM.q và WN = AN = VN.q3. Công của lực điện hằng độ giảm thế năng của diện tích trong điện trường:AMN = WM - WN II. Giải bài tập trang 25 SGK Vật lý lớp 11Câu 1. Viết biểu thức công của lực điện trường trọng sự di chuyến của một điện tíchtrong một điện trường đều.Trả lời:Công thức: AMN = qEd.Trong đó q là điện tích, E là cường độ điện trường và d là khoảng cách giừa điếm đầu Mvà điểm cuối N tính dọc theo phương của đường sức.Câu 2. Nêu đặc điểm của công của lực điện tác dụng lên điện tích thử q khi cho q dichuyên trong điện trường.Trả lời: Công của lực điện tác dụng lên điện tích thử q khi cho q di chuyển trong điệntrường không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểmđầu và điểm cuối của đường đi.Câu 3. Thế năng của điện tích q trong một điện trường phụ thuộc vào q như thế nào?Trả lời: Thể năng của điện tích q trong một điện trựờng tỉ lệ thuận với q. Câu 4. Cho một điện tích thử q di chuyến trong một điện trường đều dọc theo hai đoạnthẳng MN và NP và lực điện sinh công dương. Biết rằng 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.VnDoc - Tải tài liệu, văn bản pháp luật, biểu mẫu miễn phíD. Cả ba trường hợp A, B, C đều có thể xảy ra.Trả lời: Chọn D.Câu 5. Một êlectron di chuyến một đoạn đường lcm, dọc theo một đường sức điện, dướitác dụng của lực điện, trong một điện trường đều có cường độ điện trường 1000 v/m. Hỏicông của lực điện có giá trị nào sau đây?A. -1,6.10-16JB. -1,6.10-18JC. +1,6.10-16JD. +1,6.10-18JTrả lời: Chọn DCâu 6. Cho một điện tích di chuyển trong một điện trường theo một đường cong kín, xuấtphát từ điểm A rồi trở lại điếm A. Công của lực điện trường bằng bao nhiêu?Trả lời: Công của lực điện trường bằng 0.Câu 7. Một êlectron được thả không vận tốc đầu ở sát bản âm, trong điện trường đầugiữa hai bản kim loại phăng, tích điện trái dấu. Cường độ điện trường giữa hai bản là1000V/m. Khoảng cách giữa hai bản là 1cm. Tính động năng của êlectron khi nó đến đậpvào bản dương.Trả lời: Ban đầu êlectron đứng yên nên động năng bằng 0. Khi đến bản dương nó có độngnăng Wđ. Độ biến thiên động năng bằng công của lực điện trường.Ta có Wd = qEd = 1,6.10-19 . 1000.10-2 = 1,6.10-18JCâu 8. Cho một điện tích dương Q đặt tại điếm O. Đặt một điện tích âm q tại một điểm M.Chứng minh răng thế năng của q ở M có giá trị âm.Trả lời: Ta có thế năng WM = AMĐiện tích Q > 0 có các đường sức xuất phát từ Q hướng ra xa vô cùng nên công của lựcđiện trường làm dịch chuyển điện tích q < 0 từ M ra xa vô cùng là công âm, do đó thếnăng của q ở M có giá trị âm. 

[1]

[2]

Hướng dẫn giải Bài 4. Công của lực điện sgk Vật Lí 11. Nội dung bài Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 trang 25 sgk Vật Lí 11 bao gồm đầy đủ phần lý thuyết, câu hỏi và bài tập, đi kèm công thức, định lí, chuyên đề có trong SGK để giúp các em học sinh học tốt môn vật lý 11, ôn thi tốt nghiệp THPT quốc gia.

LÍ THUYẾT

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]

CÂU HỎI [C]

1. Trả lời câu hỏi C1 trang 23 Vật Lý 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.

2. Trả lời câu hỏi C2 trang 23 Vật Lý 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 thì lực điện không thực hiện công vì lực điện luôn vuông góc với phương di chuyển của điện tích thử.

3. Trả lời câu hỏi C3 trang 24 Vật Lý 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 \[A_{MN}=W_M-W_N=0\] suy ra \[W_M=W_N\].

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 măt đẳng thế của điện trường của điện tích điểm Q.

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

Dưới đây là phần Hướng dẫn Giải bài 1 2 3 4 5 6 7 8 trang 25 sgk Vật Lí 11 đầy đủ và ngắn gọn nhất. Nội dung chi tiết bài giải [câu trả lời] các câu hỏi và bài tập các bạn xem sau đây:

❓

1. Giải bài 1 trang 25 Vật Lý 11

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

Trả lời:

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 chuyể,. 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 ANP.

B. AMN < ANP.

C. AMN = ANP.

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

Bài giải:

Ta có: Công của lực điện trong sự di chuyển của một điện tích không phụ thuộc hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vị trí điểm đầu và điểm cuối của đường đi trong điện trường.

\[A=Fscos \alpha = qEd\]

Tuy MN dài hơn NP nghĩa là \[s_1 > s_2\], nhưng nếu với góc \[\alpha\] khác nhau thì có thể xảy ra \[A_{MN} > A_{NP}\], \[A_{MN} < A_{NP}\], \[A_{MN} = A_{NP}\].

⇒ Đáp án D.

2. Giải bài 5 trang 25 Vật Lý 11

Một electron di chuyển được đoạn đường 1 cm, 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 có giá trị nào sau đây ?

A. -1,6.10-16 J.

B. +1,6.10-16­ J.

C. -1,6.10-18 J.

D. +1,6.10-18 J.

Bài giải:

Dưới tác dụng của lực điện, electron di chuyển ngược chiều điện trường [tức ngược chiều đường sức điện].

Ta có: \[A = {q_e}.E.s.\cos \alpha \]

Với \[\alpha = \left[ {\overrightarrow F ,\overrightarrow d } \right] = {180^0}\]

\[ \Rightarrow A = {q_e}.E.s.\cos \alpha \]

\[= – {1,6.10^{ – 19}}{.1000.10^{ – 2}}.c{\rm{os}}180 \]

\[= {1,6.10^{ – 18}}J\]

⇒ Đáp án D.

3. Giải bài 6 trang 25 Vật Lý 11

Cho một điện tích di chuyển trong 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 ?

Bài giải:

Khi điện tích di chuyển trong điện trường dọc theo một đường cong kín, xuất phát từ điểm M rồi trở lại điểm M thì hình chiếu của điểm đầu và điểm cuối đường đi trùng nhau tại một 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.

4. Giải bài 7 trang 25 Vật Lý 11

Một electron được thả không vận tốc ban 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 1000V/m. Khoảng cách giữa hai bản là 1 cm. Tính động năng của electron khi nó đến đập vào bản dương.

Bài giải:

Electron bị bản âm đẩy và bản dương hút nên bay từ bản âm về bản dương và lực điện sinh công dương.

Điện trường giữa hai bản là điện trường đều \[E = 1000 V/m\].

Áp dụng định lí động năng ta có:

\[W_{đ_2}-W_{đ_1}=A_{ng}\] [1]

Lại có:

\[v_1=0m/s\] ⇒ \[W_{đ_1}=0\]

Công của lực điện: \[A=qEd\]

khoảng cách giữa hai bản \[a=1cm=0,01m\]

\[d=acos \alpha=a cos \pi=-0,01m\]

Thay vào [1], ta được:

\[W_{đ_2}-0=qEd\]

\[\begin{array}{l} \Rightarrow {{\rm{W}}_{{đ_2}}} = qEd = \left[ { – 1,{{6.10}^{ – 19}}} \right].1000.\left[ { – 0,01} \right]\\ = 1,{6.10^{ – 18}}J\end{array}\]

Vậy động năng của electron khi nó đập đến bản dương là \[W_{đ_2}=1,6.10^{-18}J\]

5. Giải bài 8 trang 25 Vật Lý 11

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

Bài giải:

Ta có: \[{\rm{W_M}} = {A_{M\infty }}\]

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: \[{A_{M\infty }} = qEsc{\rm{os}}{{\rm{0}}^0} < 0\] vì \[q < 0\].

Do đó \[W_M