Giải SBT Vật lí 11 Bài 19 (Kết nối tri thức): Thế năng điện

Sách bài tập Vật lí 11 Bài 19: Thế năng điện

Giải SBT Vật lí 11 trang 38

Câu 19.1 trang 38 Sách bài tập Vật Lí 11: Công của lực điện trong dịch chuyển của một điện tích trong điện trường đều được tính bằng công thức: A = qEd, trong đó:

A. d là quãng đường đi được của điện tích q.

B. d là độ dịch chuyển của điện tích q.

C. d là hình chiếu của độ dịch chuyển trên phương vuông góc với đường sức điện trường.

D. d là hình chiếu của độ dịch chuyển trên phương song song với đường sức điện trường.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Công của lực điện trong dịch chuyển của một điện tích trong điện trường đều được tính bằng công thức: A = qEd, trong đó: d là hình chiếu của độ dịch chuyển trên phương song song với đường sức điện trường.

Giải SBT Vật lí 11 trang 39

Câu 19.2 trang 39 Sách bài tập Vật Lí 11: Công của lực điện trong dịch chuyển của một điện tích q trong điện trường từ điểm M đến điểm N không phụ thuộc vào

A. cung đường dịch chuyển.

B. điện tích q.

C. điện trường $\overrightarrow{E}$.

D. vị trí điểm M.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Công của lực điện trong dịch chuyển của một điện tích q trong điện trường từ điểm M đến điểm N không phụ thuộc vào cung đường dịch chuyển mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm M và N.

Câu 19.3 trang 39 Sách bài tập Vật Lí 11: Trong điện trường đều của Trái Đất, chọn mặt đất là mốc thế năng điện. Một hạt bụi mịn có khối lượng m, điện tích q đang lơ lửng ở độ cao h so với mặt đất. Thế năng điện của hạt bụi mịn là:

A. W_t = mgh.

B. W_t = qEh.

C. W_t = mEh.

D. W_t = qgh.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Thế năng W_t = qEh

Câu 19.4 trang 39 Sách bài tập Vật Lí 11: Hạt bụi mịn ở Bài Câu 3 dịch chuyển thẳng đứng xuống dưới 10 cm so với vị trí ban đầu sau đó lại bị các luồng không khí nâng lên trở lại vị trí cũ. Lúc này công của điện trường đều của Trái Đất trong dịch chuyển trên của hạt bụi mịn sẽ bằng:

A. A = 0,1.qE.

B. A = 0,2.qE.

C. A = 0,1.mg.

D. A = 0.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Vị trí đầu và cuối trùng nhau nên A = 0.

Câu 19.5 trang 39 Sách bài tập Vật Lí 11: Thế năng điện của một điện tích q đặt tại điểm M trong một điện trường bất kì không phụ thuộc vào

A. điện tích q.

B. vị trí điểm M.

C. điện trường.

D. khối lượng của điện tích q.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Thế năng điện của một điện tích q đặt tại điểm M trong một điện trường bất kì không phụ thuộc vào khối lượng của điện tích q.

Câu 19.6 trang 39 Sách bài tập Vật Lí 11: Đặt vào hai bản kim loại phẳng song song một hiệu điện thế U = 100 V. Một hạt bụi mịn có điện tích q = +3,2.10^-19C lọt vào chính giữa khoảng điện trường đều giữa hai bản phẳng. Coi tốc độ hạt bụi khi bắt đầu vào điện trường đều bằng 0, bỏ qua lực cản của môi trường. Động năng của hạt bụi khi va chạm với bản nhiễm điện âm bằng:

A. $W_0=6,4\cdot {10}^{-17}\text{J}$.

B. $W_d=3,2\cdot {10}^{-17}\text{J}$.

C. $W_d=1,6\cdot {10}^{-17}\text{J}$.

D. W_d = 0J.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Động năng hạt bụi khi va chạm với bản âm bằng công của lực điện tác dụng lên điện tích khi nó di chuyển từ vị trí ban đầu đến bản âm

$W_d=A=qEd‘=qE\frac{d}{2}=q\frac{U}{2}=3,{2.10}^{-19}.\frac{100}{2}=1,6\cdot {10}^{-17}\text{J}$

Câu 19.7 trang 39 Sách bài tập Vật Lí 11: Đối với điện trường của một điện tích điểm Q, người ta tính toán được công để dịch chuyển một điện tích q từ vô cùng về điểm M cách Q một khoảng r có giá trị bằng $A_{\infty M}=q\frac{Q}{4\pi {\epsilon }_{0}r}$. Hãy tính công của lực điện trong dịch chuyển của điện tích q từ vị trí M cách Q một khoảng 1 m tới vị trí N cách Q một khoảng 2 m.

Lời giải:

$A_{MN}=q\frac{Q}{4\pi {\epsilon }_0{r}_2}-q\frac{Q}{4\pi {\epsilon }_0{r}_1}=q\frac{Q}{4\pi {\epsilon }_0.2}-q\frac{Q}{4\pi {\epsilon }_0.1}=-q\frac{Q}{8\pi {\epsilon }_0}\left(J\right)$.

Giải SBT Vật lí 11 trang 40

Câu 19.8 trang 40 Sách bài tập Vật Lí 11: Trong điện trường của điện tích Q cố định.

a) Xác định thế năng điện của một electron tại điểm M cách Q một khoảng 2 m.

b) Dưới tác dụng của lực điện kéo electron từ điểm M và với vận tốc ban đầu bằng 0, dịch chuyển theo đường thẳng về phía điện tích Q>0. Tính tốc độ của electron khi còn cách điện tích Q một khoảng 1 m.

Lời giải:

a) $W_M=q{V}_M=q\frac{Q}{4\pi {\epsilon }_{0}r}=-1,{6.10}^{-19}.\frac{Q}{4\pi {\epsilon }_0.2}=-0,2\cdot {10}^{-19}\cdot \frac{Q}{\pi {\epsilon }_0}\left(J\right)$.

b) Dựa vào công thức ở bài 19.8 tính được: $v_M=\sqrt{\frac{0,4}{9,1}\cdot \frac{Q}{\pi {\epsilon }_0}}\cdot {10}^6\left(\text{m}/\text{s}\right)$.

Câu 19.9 trang 40 Sách bài tập Vật Lí 11: Một ion âm OH^– có khối lượng 2,833.10^-26 kg được thổi ra từ máy lọc không khí với vận tốc 10 m/s, cách mặt đất 80 cm ở nơi có điện trường của Trái Đất bằng 120 V/m. Dưới tác dụng của lực điện, sau một thời gian, người ta quan sát thấy ion đang chuyển động với vận tốc 0,5 m/s ở vị trí cách mặt đất 1,5 m. Hãy xác định công cản mà môi trường đã thực hiện trong quá trình dịch chuyển của ion nói trên.

Lời giải:

Cơ năng lúc ban đầu của ion âm OH^– bằng:

$W_1=qE{h}_1+\frac{m{v}_1^2}{2}=\left(-1,6\cdot {10}^{-19}\right)\cdot 120\cdot 0,8+\frac{2,833\cdot {10}^{-26}\cdot {10}^2}{2}=-1,536\cdot {10}^{-17}\text{J}$

Cơ năng lúc sau của ion âm OH^– bằng:

$W_2=qE{h}_2+\frac{m{v}_2^2}{2}=\left(-1,6\cdot {10}^{-19}\right)120\cdot 1,5+\frac{2,833\cdot {10}^{-26}\cdot 0,5^2}{2}=-2,880\cdot {10}^{-17}\text{J}$

Độ biến thiên cơ năng sẽ bằng với công cản của môi trường trong chuyển động của ion âm từ vị trí thứ nhất đến vị trí thứ hai: $A_{\text{can}}=W_2-W_1=-1,344\cdot {10}^{-17}\text{J.}$

Câu 19.10 trang 40 Sách bài tập Vật Lí 11: Hình 19.1 là đồ thị tốc độ thay đổi theo độ cao của một electron chuyển động từ điểm A đến điểm B theo phương thẳng đứng trong điện trường của Trái Đất bỏ qua lực cản của không khí.

a) Hãy cho biết khoảng thay đổi của tốc độ khi electron chuyển động từ A đến B.

b) Tính cường độ điện trường của Trái Đất tại điểm A.

Hình 19.1. Đồ thị tốc độ thay đổi theo độ cao của một electron chuyển động trong điện trường của Trái Đất

Lời giải:

a) Khi chuyển động từ A với độ cao 3 m đến B với độ cao 2,9 m, tốc độ của electron giảm từ 2.10⁶ (m/s) về 0 (m/s).

b) Áp dụng công thức bảo toàn cơ năng, ta tính được cường độ điện trường trái đất E tại điểm quan sát.

$W_1=qE{h}_1+\frac{m{v}_1^2}{2}=qE{h}_2+\frac{m{v}_2^2}{2}=W_2$

Do đó $E=\frac{m{v}_1^2}{2}\cdot \frac{1}{q\left(h_2-h_1\right)}=113,75\text{V}/\text{m}$.

Xem thêm các bài giải SBT Vật Lí lớp 11 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 18: Điện trường đều

Bài 19: Thế năng điện

Bài 20: Điện thế

Bài 21: Tụ điện

Bài tập cuối chương 3

Bài 22: Cường độ dòng điện

Lý thuyết Thế năng điện

I. Công của lực điện

· Công của lực điện trong dịch chuyển của điện tích q từ điểm M đến điểm N trong điện trường đều bằng qEd, không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu M và vị trí điểm cuối N của độ dịch chuyển trong điện trường.

A_MN = qEd

Trong đó:

– d là độ dài đại số của đoạn MM’, là hình chiếu của đoạn MN trên một đường sức điện

· Công của lực điện trong dịch chuyển của điện tích q không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu M và vị trí của điểm cuối N của độ dịch chuyển.

· Lực điện được coi là lực thế.

II. Thế năng của một điện tích trong điện trường

1. Thế năng của một điện tích trong điện trường đều

– Bản cực mang điện âm thường được chọn làm mốc tính thế năng. Với điện trường của một điện tích hoặc của một hệ điện tích bất kì, người ta thường chọn điểm mốc thế năng ở vô cực, vì ở đó điện trường và lực điện trường đều bằng không.

– Thế năng của điện tích trong điện trường còn được gọi là thế năng điện. Thế năng của một điện tích q trong điện trường đều đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường đều khi đặt điện tích q tại điểm đang xét.

– Thế năng của điện tích q tại điểm M trong điện trường đều bằng công của lực điện có thể sinh ra khi điện tích q di chuyển từ điểm M tới điểm mốc để tính thế năng:

W_M = qEd

Trong đó d là khoảng cách từ M đến bản cực âm, W_M là thế năng điện của điện tích q tại điểm M.

2. Thế năng của một điện tích trong điện trường bất kì

– 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 đang xét.

– Khi chọn mốc thế năng tại vô cực, thế năng của điện tích q tại điểm M trong điện trường bằng công của lực điện trong dịch chuyển của điện tích q từ điểm M tới vô cực:

W_M = $A_{M\infty }$

– Độ lớn của lực điện tỉ lệ thuận với điện tích q nên thế năng tại điểm M cũng tỉ lệ với điện tích q: W_M = V_Mq

Hệ số tỉ lệ V_M = V không phụ thuộc vào điện tích q mà chỉ phụ thuộc vào điện trường và vị trí của điểm M.