BÀI 13. ĐIỆN THẾ VÀ THẾ ĐIỆN NĂNG

I. THẾ NĂNG ĐIỆN. ĐIỆN THẾ

Thảo luận 1 trang 80 sgk vật lý 11 ctst

Liệt kê một số lực thế đã được học. Trình bày đặc điểm về công của lực thế.

Đáp án chuẩn:

VD: lực tĩnh điện và lực hấp dẫn

Đặc điểm: độ lớn không phụ thuộc vào dạng của đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điềm đầu và điểm cuối.

Thảo luận 2 trang 80 sgk vật lý 11 ctst

Quan sát Hình 13.2, xác định công của lực điện tác dụng lên điện tích q >0 khi q di chuyển từ A' đến B'.

Đáp án chuẩn:

A_A’B’ = F.A’B’ = qEA'B'

Thảo luận 3 trang 82 sgk vật lý 11 ctst

Kết hợp công thức (13.5) và (13.7), em hãy rút ra công thức (13.8).

Đáp án chuẩn:

U_AB = V_A − V_B = AAq-ABq= AAq+A∞Bq=AA∞+B∞Bq 

A_A∞ + A_∞B = A_AB => U_AB = AABq

Thảo luận 4 trang 82 sgk vật lý 11 ctst

Xét hai điểm M và N trong điện trường đều. Biết vectơ cường độ điện trường hướng từ M đến N. Hãy so sánh giá trị điện thế tại M và N.

Đáp án chuẩn:

V_M > V_N 

Thảo luận 5 trang 83 sgk vật lý 11 ctst

Giải thích vì sao cường độ điện trường có thể được đo bằng đơn vị vôn trên mét (V/m).

Đáp án chuẩn:

E=U/d trong đó U có đơn vị là V (Vôn), d có đơn vị là m (mét) 

II. VẬN DỤNG CÔNG THỨC LIÊN HỆ GIỮA CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG VÀ HIỆU ĐIỆN THẾ

Luyện tập trang 84 sgk vật lý 11 ctst

Xét hai bản kim loại song song, cách nhau 2,0 cm và có hiệu điện thế 5,0 kV. Tính độ lớn lực điện tác dụng lên một hạt bụi nằm trong khoảng giữa hai bản, biết hạt bụi có điện tích 8,0.10⁻¹⁹ C

Đáp án chuẩn:

2.10-13N

Vận dụng: Đo điện tim trang 84 sgk vật lý 11 ctst

Trong máy đo điện tim, các điện cực được sử dụng để đo hiệu điện thế giữa các điểm khác nhau trên da của bệnh nhân, thường không vượt quá 1 mV đối với người bình thường (Hình 13.4). Đây là một phương pháp có độ nhạy cao để phát hiện sự bất thường của chức năng tim. Dựa vào sách, báo, intemet, các em hãy tìm hiểu và trình bày ngắn gọn nguyên lí hoạt động của máy đo điện tim.

Đáp án chuẩn:

Tín hiệu điện tim được lấy từ người bệnh nhân qua các nút thu tín hiệu qua đường dây cáp khám đến mạch tiền khuếch đại. 

Tín hiệu điện được khuếch đại lần thứ nhất sau đó đến tầng công suất để khuếch đại thành dòng điện. 

Dòng điện biến thiên được đưa vào một cuộn dây, sinh ra một từ trường biến thiên. Từ trường biến thiên này tác động lên thanh nam châm đồng thời là bút vẽ. Bút này di chuyển tịnh tiến khi cuộn rubăng giấy di chuyển sẽ vẽ lại trên giấy đồ thị của sự biến thiên, và đó cũng là tín hiệu điện tâm đồ.

III.  CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐIỆN TÍCH TRONG ĐIỆNTRƯỜNG ĐỀU

Thảo luận 6 trang 85 sgk vật lý 11 ctst

Áp dụng định lí động năng, em hãy rút ra công thức (13.11).

Đáp án chuẩn:

W_đ − W_đo = A⇒ 12mv² – 0 = q_eEd ⇒ v = q_eEdm

Thảo luận 7 trang 85 sgk vật lý 11 ctst

Xác định các lực tác dụng lên electron trong Hình 13.7. Từ đó, dự đoán chuyển động của electron. 

Đáp án chuẩn:

. Chuyển động của electron tương tự chuyển động của một vật ném ngang.

Thảo luận 8 trang 85 sgk vật lý 11 ctst

Mô tả chuyển động của proton chuyển động với vận tốc vo vào vùng điện trường đều như Hình 13.7.

Đáp án chuẩn:

Tương tự chuyển động của electron. Do lực điện tác dụng lên proton cùng chiều điện trường nên quỹ đạo của proton là một nhánh parabol hướng về tấm kim loại tích điện âm.

Luyện tập trang 86 sgk vật lý 11 ctst

Một electron chuyển động với vận tốc đầu 4.10⁷ m / s vào vùng điện trường đều theo phương vuông góc với các đường sức điện. Biết cường độ điện trường là E = 10³ V/m Hãy xác định:

a) Gia tốc của electron.

b) Vận tốc của electron khi nó chuyển động được 2.10⁻⁷ s trong điện trường.

Đáp án chuẩn:

a) 1,76. 1014 m/s²

b) 5,4.10⁷m/s

Vận dụng trang 86 sgk vật lý 11 ctst

Neutron là một hạt không mang điện, có khối lượng xấp xỉ proton. Một hạt neutron tự do có thể tồn tại khoảng 10 đến 15 phút, sau đó phân rã thành electron, proton và phản neutrino (là một hạt không mang điện, có khối lượng rất bé, chuyển động với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng trong chân không). Em hãy đề xuất phương án để tách hai hạt electron và proton ngay sau khi neutron bị phân rã 

Đáp án chuẩn:

Đặt hạt neutron vào vùng điện trường. Ngay khi neutron phân rã thành electron, proton và phản neutrino, dưới tác dụng của điện trường, proton bị hút về cực âm, electron hút về cực dương.

Bài tập 1 trang 86 sgk vật lý 11 ctst

Độ chênh lệch điện thế giữa mặt trong và mặt ngoài của màng tế bào trong cơ thể người là 90 mV. Biết mặt trong và mặt ngoài của màng tế bào lần lượt mang điện âm và mang điện dương. Xác định công mà tế bào cần thực hiện để đưa một ion Na+ chuyển động từ bên trong ra bên ngoài màng tế bào theo cơ chế chủ động qua kênh protein.

Đáp án chuẩn:

1, 44.10^-20J

Bài tập 2 trang 86 sgk vật lý 11 ctst

Một electron chuyển động với tốc độ ban đầu v0 = 1,6.10⁶m / s chuyển động vào vùng điện trường đều theo phương song song với hai bản và ở chính giữa khoảng cách hai bản như Hình 13P.1. Biết chiều dài mỗi bản là 3 cm và khoảng cách giữa hai bản là 1 cm. Giữa hai bản có điện trường hướng từ trên xuống, điện trường bên ngoài hai bản bằng 0. Biết electron di chuyển đến vị trí mép ngoài của tấm bản phía trên, tính độ lớn cường độ điện trường giữa hai bản.

 Đáp án chuẩn:

E≈161,78V/m