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.

Giải nhanh:

Trọng lực hay lực hấp dẫn của trái đất lên các vật là lực thế.

Các ví dụ của lực bảo toàn là lực tĩnh điện và lực hấp dẫn.

Công của lực thế không phụ thuộc và hình dạng quỹ đạo chuyển động của vật mà chỉ phụ thuộc và vị trí điểm 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'.

Giải nhanh:

Công của lực điện tác dụng lên điện tích q khi q di chuyển từ A' đến B' là: 

A_A’B’ = F.A’B’ = qE

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).

Giải nhanh:

U_AB = V_A − V_B =  

Mà  A_A∞ + A_∞B = A_AB.

Vậy U_AB =

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.

Giải nhanh:

Giá trị điện thế tại M là: V_M =  

Giá trị điện thế tại N là: V_N =        

Vì vectơ cường độ điện trường hướng từ M đến N nên ta có 

A_M∞ > A_N∞ ⇒ 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).

Giải nhanh:

Từ công thức: E=U/d 

trong đó U có đơn vị là V (Vôn), d là khoảng cách có đơn vị là m (mét) nên E có đơn vị là V/m.

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

Giải nhanh:

F = qE = q. = 8.10^-19 .N

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.

Giải nhanh:

Nguyên lý kỹ thuật đo điện tim

Tín hiệu điện tim được lấy từ bệnh nhân qua các điện cực, truyền qua dây cáp đến mạch tiền khuếch đại. Tín hiệu được khuếch đại lần đầu, sau đó đến tầng công suất để khuếch đại thành dòng điện. Dòng điện này tạo ra từ trường biến thiên trong cuộn dây, tác động lên thanh nam châm và bút vẽ. Khi cuộn rubăng di chuyển, vẽ đồ thị của 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).

Giải nhanh:

Độ biến thiên động năng bằng công của lực điện trường:

W_đ − W_đo = A⇒ mv² – 0 = q_eEd ⇒ v =

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.

Giải nhanh:

Trong điện trường, electron chịu lực điện và trọng lực. Khi trọng lực rất nhỏ so với lực điện, electron chỉ chịu tác dụng của lực điện, ngược chiều với vectơ cường độ điện trường và cùng chiều với chiều dương quy ước.

Thảo luận 8 trang 85 sgk vật lý 11 ctst

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

Giải nhanh:

Khi proton chuyển động vào vùng điện trường đều, lực điện tác dụng lên proton có phương thẳng đứng hướng lên. Quỹ đạo chuyển động của proton là một nhánh parabol với bề lõm hướng lên trên, ngược lại với quỹ đạo của electron.

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.

Giải nhanh:

a) Gia tốc của electron là: 

a = m/s²

b) Tại thời điểm 2.10⁻⁷ m/s

+ Theo phương Ox: v_x = v_o = 4.10⁷ m/s

+ Theo phương Oy: vy = at = 1,8.10¹⁴.2.10^-7 = 3,6.10⁷ m/s

Vận tốc của electron khi nó chuyển động sau khoảng thời gian là: 

v = 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 

Giải nhanh:

Đặt neutron vào vùng điện trường đều giữa hai bản kim loại tích điện trái dấu. Khi neutron phân rã thành electron, proton, và phản neutrino, proton sẽ chuyển động về phía bản kim loại tích điện âm, còn electron sẽ chuyển động về phía bản kim loại tích điện dương dưới tác dụng của điện trường

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.

Giải nhanh:

Công của lực điện để đưa một ion Na+  từ mặt trong ra mặt ngoài tế bào là

U = A/q ⇒ A = qU = 1,6.10⁻¹⁹.(−90.10⁻³) = −1,44.10⁻²⁰J

Vậy, công mà tế bào cần thực hiện để đưa một ion Na+ từ mặt trong ra mặt ngoài của màng tế bào: A' = - A = 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.

 Giải nhanh:

+ Theo phương Ox: Electron chuyển động thẳng đều với vận tốc vo

+ Theo phương Oy: Electron chuyển động thẳng nhanh dần đều không vận tốc ban đầu với gia tốc                     

Ta có:    x = v_ot ; y =1/2.at²=12|qe|E. m.e

x = 0,03m , y = 0,5.10^-2 m. Lấy khối lượng electron me = 9,1.10^-31 kg. Thay vào hai phương trình trên ta rút ra được: t = 1.875.10^-8  s, E≈161,78V/m