Giải bài tập Vật lí 11 Bài 20: Điện thế
Giải Vật lí 11 trang 79
Khởi động trang 79 Vật Lí 11: Trong thực tế chúng ta gặp những đường dây dẫn điện cao thế, trung thế, hạ thế. Từ "thế" ở đây được hiểu như thế nào? Có liên quan tới thế năng điện đã học ở Bài 19 hay không?
Lời giải:
Từ “thế” trong trường hợp này được hiểu là hiệu điện thế của các cấp điện áp.
Nó có liên quan tới thế năng đã học ở bài 19.
I. Điện thế tại một điểm trong điện trường
Hoạt động 1 trang 79 Vật Lí 11: Để đặt một điện tích q vào điểm M trong điện trường chúng ta cần cung cấp thế năng WM cho điện tích q. Điều này tương ứng với việc thực hiện một công A dịch chuyển điện tích q từ vô cực về điểm M. Hãy vận dụng công thức (19.3) và (19.4) để thu được công thức: V=Aq
Lời giải:
Công thức 19.2: WM=AM∞
Công thức 19.3: WM=VMq
Điện thế tại điểm M: VM=WMq=AM∞q hay V=Aq
Hoạt động 2 trang 79 Vật Lí 11: Tỉ số V=Aq như trên được gọi là điện thế của điện trường tại điểm M.
a) Hãy dự đoán điện thế V đặc trưng cho đại lượng nào của điện trường.
b) Xác định độ lớn điện tích q khi điện thế V có giá trị bằng công A thực hiện để dịch chuyển điện tích q từ vô cực về điểm M.
Lời giải:
a) Điện thế V đặc trưng cho điện trường tại điểm đó về phương diện tạo ra thế năng khi đặt tại đó một điện tích q.
b) Độ lớn điện tích q là: q=AV.
II. Mối liên hệ giữa điện thế và cường độ điện trường
Giải Vật lí 11 trang 80
Hoạt động trang 80 Vật Lí 11: Hãy vận dụng công thức để chứng tỏ rằng công thực hiện để dịch chuyển điện tích q từ điểm N đến điểm M bằng:
AMN=VM−VNq=UMNq (20.3).
Lời giải:
Ta có: AMN=AM∞−AN∞=VM.q−VN.q=VM−VNq=UMNq
Em có thể trang 80 Vật Lí 11: Tế bào quang điện chân không (Hình 20.1) gồm một ống hình trụ có một cửa sổ trong suốt, được hút chân không (áp suất trong khoảng 10-8 mmHg đến 10-6 mmHg). Trong ống đặt một catôt (cực âm) có khả năng phát xạ electron khi được chiếu sáng và một anôt (cực dương). Electron trong điện trường giữa hai cực sẽ dịch chuyển về phía anôt nếu UAK > 0. Cho hiệu điện thế UAK = 45 V được đặt vào giữa hai cực của tế bào quang điện. Khi chiếu xạ ánh sáng phù hợp để catôt phát xạ eletron vào vùng điện trường giữa hai cực. Hãy tính công của điện trường trong dịch chuyển của electron từ catôt tới anôt.
Lời giải:
Công của điện trường trong dịch chuyển của electron từ catôt tới anôt:
A=qU=−1,6.10−19.45=−7,2.10−18J
Câu hỏi trang 80 Vật Lí 11: Tính thế năng điện của một electron đặt tại điểm M có điện thế bằng 1 000 V.
Lời giải:
Thế năng WM=VM.q=1000.−1,6.10−19=−1,6.10−16J
Giải Vật lí 11 trang 82
Câu hỏi trang 82 Vật Lí 11: Vận dụng mối liên hệ giữa điện thế và cường độ điện trường để xác định điện thế tại một điểm cách mặt đất 5 m ở nơi có điện trường của Trái Đất là 114 V/m.
Lời giải:
Chọn mặt đất là mốc điện thế, nên điện thế tại mặt đất Vđ = 0
Hiệu điện thế tại điểm M cách mặt đất 5 m khi đó là: U = VM - Vđ = VM
Lại có: U = E.d = 114.5 = 570 (V). Suy ra điện thế tại điểm cần xét là 570 V.
Em có thể trang 82 Vật Lí 11: Giải thích được ý nghĩa của hiệu điện thế giữa hai điểm.
Lời giải:
Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích từ M đến N. Nó được xác định bằng thương số công của lực điện tác dụng lên điện tích q trong sự di chuyển của M và N và độ lớn của q.
Em có thể trang 82 Vật Lí 11: Vận dụng được mối liên hệ giữa thế năng điện với điện thế để tính được thế năng điện của điện tích nằm trong điện trường.
Lời giải:
Thế năng điện của điện tích nằm trong điện trường được tính theo công thức
WM = VM.q
Em có thể trang 82 Vật Lí 11: Tính được công dịch chuyển một điện tích q từ điểm N đến điểm M trong điện trường.
Lời giải:
Công dịch chuyển một điện tích q từ điểm N đến điểm M trong điện trường.
ANM = (VM - VN).q = UMN.q
Lý thuyết Điện thế
I. Điện thế tại một điểm trong điện trường
- Điện thế tại một điểm trong điện trường được xác định bằng công dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ vô cực về điểm đó (đơn vị là vôn hoặc kV), V = A/q, 1 kV = 1000 V.
- Điện thế có giá trị đại số, phụ thuộc vào dấu của công A và điện tích q.
- Mốc điện thế thường được chọn là vô cực hoặc bản nhiễm điện âm trong điện trường đều, và mặt đất trong thực tế.
- Hiệu điện thế UMN được đo là hiệu giữa điện thế tại hai điểm M và N (đơn vị vôn), UMN = VM-VN
- Cả điện thế và thế năng đều có đơn vị vôn.
II. Mối liên hệ giữa điện thế và cường độ điện trường
- Trong điện trường, để dịch chuyển một điện tích q từ điểm N tới điểm M ngược chiều điện trường, cần cung cấp một lực ít nhất bằng với lực điện và ngược chiều. Công ta bỏ ra có độ lớn bằng nhưng trái dấu với công của lực điện trường.
- Điện thế là đại lượng gắn với điện trường, còn thế năng điện là đại lượng gắn với điện tích đặt trong điện trường.
- Công A sử dụng để dịch chuyển điện tích q từ vô cực về điểm M trong công thức (20.1) chính bằng thế năng điện W của điện tích q đặt tại M trong điện trường, và hai đại lượng này liên hệ với nhau bởi công thức WM = Vq.
- Trong điện trường đều, chiều của vectơ cường độ điện trường E hướng theo chiều giảm của điện thế. Độ lớn cường độ điện trường bằng độ giảm của điện thế dọc theo một đơn vị độ dài đường sức. EM = EN = E= U/d = (VM-VN)/MN
- Công thức (20.5) vẫn áp dụng được trong trường hợp hai điểm M và N ở gần nhau trong điện trường bất kì.
- Cường độ điện trường tại một điểm M bằng thương của hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trên một đoạn nhỏ đường sức chia cho độ dài đại số của đoạn đường sức đó.
Sơ đồ tư duy về “Điện thế”
Xem thêm lời giải bài tập Vật lí 11 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:
Bài 19: Thế năng điện
Bài 20: Điện thế
Bài 21: Tụ điện
Bài 22: Cường độ dòng điện
Bài 23: Điện trở. Định luật Ôm
