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

Giải bài tập Vật lí lớp 11 Bài 19: Thế năng điện

Khởi động trang 76 Vật Lí 11: Chúng ta đã biết, có sự tương tự giữa chuyển động của một điện tích q trong điện trường đều với chuyển động của một vật khối lượng m trong trường trọng lực. Như vậy thì điện tích q trong điện trường có tồn tại thế năng tương tự như vật khối lượng m trong trọng trường không?

Lời giải:

Điện tích q trong điện trường có tồn tại thế năng tương tự như vật khối lượng m trong trọng trường.

II. Thế năng của một điện tích trong điện trường

Hoạt động trang 77 Vật Lí 11: Một điện tích dương q được đặt tại điểm M trong điện trường đều của một tụ điện có độ lớn của cường độ điện trường là E (Hình 19.2).

1. Chứng minh rằng công mà điện trường đều của tụ điện có thể sinh ra khi dịch chuyển điện tích dương q từ điểm M tới bản cực âm là A = qEd.

2. Hãy nhận xét về công A khi ta thay q bằng một điện tích âm.

Lời giải:

1. Vì lực cùng phương, cùng chiều với độ dịch chuyển nên công của lực điện tác dụng lên điện tích dương là

A = F. s. cos 0⁰ = q. E. d (vì $E = \frac{F}{q}$ , s = d)

2. Nếu thay điện tích dương bằng điện tích âm thì công của lực điện sẽ có giá trị âm.

Câu hỏi 1 trang 78 Vật Lí 11: Chứng tỏ rằng, công của lực điện trong sự dịch chuyển của điện tích q từ điểm M đến điểm N sẽ bằng độ giảm thế năng của điện tích q trong điện trường. Hãy mở rộng cho trường hợp M ở xa vô cùng.

Lời giải:

Thế năng của điện tích khi ở điểm M: $W_{M} = q E d_{M}$

Thế năng của điện tích khi ở điểm N: $W_{N} = q E d_{N}$

Độ giảm thế năng: $Δ W = W_{M} - W_{N} = q E d_{M} - q E d_{N} = q E d$

Công của lực điện khi điện tích q di chuyển từ M đến N: $A = q E d$

Chứng tỏ công của lực điện trong sự dịch chuyển của điện tích q từ điểm M đến điểm N sẽ bằng độ giảm thế năng của điện tích q trong điện trường.

Mở rộng cho trường hợp M ở xa vô cùng: $Δ W = W_{M} - W_{N} = 0 - W_{N} = - q E d_{N} = A_{\infty N}$

Câu hỏi 2 trang 78 Vật Lí 11: Trong điện trường bất kì, khi chọn mốc là ở xa vô cùng, có trường hợp mà số đo thế năng sẽ có giá trị âm không? Hãy vẽ hình minh hoạ.

Lời giải:

Khi chọn mốc là ở xa vô cùng, trường hợp có số đo thế năng âm khi điện tích q âm tại điểm M trong điện trường bị dịch chuyển tới vô cực.

$A_{M \infty} = W_{M} = - q . E . d$

Em có thể trang 78 Vật Lí 11: Xác định được thế năng điện của quả cầu tích điện đều đặt trong điện trường đều của Trái Đất.

Lời giải:

W_M = q.E.d

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.

Em có thể trang 78 Vật Lí 11: Xác định được công dịch chuyển một điện tích giữa hai điểm trong điện trường đều của Trái Đất.

Lời giải:

Giả sử điện tích di chuyển từ điểm M tới điểm N, ta có:

A_MN = W_M – W_N = (V_M – V_N)q.

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.

Xem thêm các bài giải SGK 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 22: Cường độ dòng điện

Bài liên quan:

Để lại một bình luận Huỷ trả lời