Giải SBT Vật lí 11 Bài 13 (Chân trời sáng tạo): Điện thế và thế năng điện

3.3 K

Với giải sách bài tập Vật lí 11 Bài 13: Điện thế và thế năng điện sách Chân trời sáng tạo hay, chi tiết giúp học sinh dễ dàng xem và so sánh lời giải từ đó biết cách làm bài tập trong SBT Vật lí 11. Mời các bạn đón xem:

Sách bài tập Vật lí 11 Bài 13: Điện thế và thế năng điện

A. Trắc nghiệm

Giải SBT Vật lí 11 trang 48

Câu 13.1 (B) trang 48 Sách bài tập Vật Lí 11: Công của lực điện tác dụng lên một điện tích

A. phụ thuộc vào hình dạng đường đi của điện tích.

B. không phụ thuộc vào hình dạng đường đi của điện tích.

C. chỉ phụ thuộc vào độ lớn điện tích.

D. chỉ phụ thuộc vào cường độ điện trường.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Công của lực điện tác dụng lên một điện tích không phụ thuộc vào hình dạng đường đi của điện tích.

Câu 13.2 (B) trang 48 Sách bài tập Vật Lí 11: Chọn từ/cụm từ thích hợp trong bảng dưới đây để điền vào chỗ trống.

điện trường

âm

từ trường

công

dương

lực

thế năng điện

hiệu điện thế

Điện thế tại một điểm trong (1)... là đại lượng đặc trưng cho (2) ... tại vị trí đó và được xác định bằng (3) ... mà ta cần thực hiện để dịch chuyển một đơn vị điện tích (4)... từ vô cực về điểm đó.

Lời giải:

(1) điện trường; (2) thế năng điện; (3) công; (4) dương.

Câu 13.3 (H) trang 48 Sách bài tập Vật Lí 11: Có bao nhiêu phát biểu sau đây là không chính xác?

(1) Công của lực điện bằng độ giảm thế năng điện.

(2) Lực điện thực hiện công dương thì thế năng điện tăng.

(3) Công của lực điện không phụ thuộc vào độ lớn cường độ điện trường.

(4) Công của lực điện khác 0 khi điện tích dịch chuyển giữa hai điểm khác nhau trên một đường vuông góc với đường sức điện của điện trường đều.

A. 1

B. 2

C. 3

D. 4

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Các ý sai: (2), (3), (4).

Câu 13.4 (H) trang 48 Sách bài tập Vật Lí 11: Trong vùng không gian có điện trường đều giữa hai bản kim loại phẳng tích điện trái dấu, xét một điện tích q chuyển động trên đường thẳng vuông góc với các đường sức điện. Nhận xét nào sau đây đúng?

A. Điện trường sinh công âm trong quá trình điện tích chuyển động.

B. Điện trường sinh công dương trong quá trình điện tích chuyển động.

C. Điện trường không sinh công trong quá trình điện tích chuyển động.

D. Điện trường sinh công dương trên nửa đoạn đường đầu và sinh công âm trên nửa đoạn đường sau.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Điện tích chuyển động vuông góc với đường sức điện nên không sinh công.

Giải SBT Vật lí 11 trang 49

Câu 13.5 (H) trang 49 Sách bài tập Vật Lí 11: Cho một hạt mang điện dương chuyển động từ điểm A đến điểm B, C, D theo các quỹ đạo khác nhau trong điện trường đều như Hình 13.1. Gọi A1, A2, A3 lần lượt là công do điện trường sinh ra khi hạt chuyển động trên các quỹ đạo (1), (2), (3). Nhận xét nào sau đây đúng?

Cho một hạt mang điện dương chuyển động từ điểm A đến điểm B, C, D theo các quỹ đạo khác nhau trong điện trường đều

A.A1>A3 .

B. A1>A2 .

C. A2>A3 .

D. A3>A1 .

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Điện tích chuyển động từ A đến B có phương vuông góc với điện trường nên không sinh công do đó A1 = 0.

Điện tích chuyển động từ A đến D cùng hướng với điện trường nên công sinh ra lớn nhất.

Do đó A1<A2<A3 .

Câu 13.6 (VD) trang 49 Sách bài tập Vật Lí 11: Một điện tích q chuyển động từ điểm A đến P theo lộ trình như Hình 13.2 (A → Q → N → P) trong điện trường đều. Đáp án nào sau đây là đúng khi nói về mối quan hệ giữa công của lực điện trường làm dịch chuyển điện tích trên từng đoạn đường?

Một điện tích q chuyển động từ điểm A đến P theo lộ trình như Hình 13.2

A. AAQ=AQN .

B. AAN=ANP .

C. AAN=AQN .

D. AAQ=AAP .

Lời giải:

Đáp án đúng là B

AAN=ANP=0 vì hướng dịch chuyển vuông góc với điện trường.

B. Tự luận

Bài 13.1 (B) trang 49 Sách bài tập Vật Lí 11: Khi thả một electron không có vận tốc ban đầu trong một điện trường đều thì electron chuyển động như thế nào? Bỏ qua tác dụng của trọng lực.

Lời giải:

Electron chuyển động nhanh dần đều ngược chiều điện trường, dọc theo phương của đường sức điện, từ điểm có điện thế thấp hơn đến điểm có điện thế cao hơn.

Bài 13.2 (B) trang 49 Sách bài tập Vật Lí 11: Cho hai bản kim loại phẳng đặt song song, tích điện trái dấu. Thả một electron không vận tốc ban đầu vào điện trường giữa hai bản kim loại trên. Bỏ qua tác dụng của trọng lực. Mô tả quỹ đạo chuyển động của electron.

Lời giải:

Quỹ đạo chuyển động của electron là một đường thẳng song song với các đường sức điện giữa hai bản kim loại.

Bài 13.3 (H) trang 49 Sách bài tập Vật Lí 11: Cho một hạt nhân nguyên tử helium chuyển động ngược chiều đường sức điện của một điện trường đều với tốc độ ban đầu là 5.105 m/s. Sau khi chuyển động được 10 cm trong điện trường thì hạt dừng lại. Một cách gần đúng, có thể xem như hạt chỉ chịu tác dụng của lực điện. Biết rằng hạt nhân nguyên tử helium có 2 proton và khối lượng của hạt nhân này là 6,64.10-27 kg, điện tích của proton là 1,6.10-19 C. Cường độ điện trường có độ lớn bằng bao nhiêu?

Lời giải:

Chọn chiều dương là chiều của đường sức điện.

Độ biến thiên động năng của vật bằng công của lực điện trường: WdWd0=A

 12mHev212mHev02=qHeEd

 E=12mHev02qHed=6,64.1027.5.10522.2.1,6.1019.0,1=25937,5 V/m

Giải SBT Vật lí 11 trang 50

Bài 13.4 (H) trang 50 Sách bài tập Vật Lí 11: Một hạt bụi mang điện tích q=1μC có khối lượng m đang nằm cân bằng trong một điện trường đều giữa hai bản kim loại phẳng nằm ngang, tích điện trái dấu và cách nhau 1,5 cm. Khi đó các đường sức điện hướng theo phương thẳng đứng. Biết hiệu điện thế giữa hai bản là 100 V, lấy g=9,8 m/s2 . Xác định khối lượng của hạt bụi.

Lời giải:

Vì hạt bụi nằm cân bằng nên trọng lực cân bằng với lực điện. Ta có:F=PqUd=mgm=qUgd=1061009,81,51020,68103 kg=0,68 g

Bài 13.5 (H) trang 50 Sách bài tập Vật Lí 11: Xét một vùng không gian có điện trường đều, cho 3 điểm A, B, C tạo thành một tam giác đều có độ dài các cạnh a = 6 cm, AB song song với các đường sức điện như Hình 13.3 . Biết cường độ điện trường có độ lớn E= 1000 V/m.

Xét một vùng không gian có điện trường đều, cho 3 điểm A , B, C tạo thành một tam giác đều

a) Tính các hiệu điện thế UAB, UBC, UCA.

b) Tính công của lực điện trường khi một proton chuyển động từ C đến B. Lấy điện tích của proton là q=1,6.1019C .

c) Nếu proton đó bắt đầu chuyển động không vận tốc ban đầu tại A thì tốc độ của proton đó khi đến B là bao nhiêu? Lấy khối lượng của proton là m=1,67.1027 kg .

Lời giải:

a) UAB=E.AB.cos0°=1000.6.102=60 V

UBC=E.BC.cos120°=1000.6.102.0,5=30 V

UCA=E.CA.cos120°=1000.6.102.0,5=30 V

b) Công của lực điện trường khi một proton chuyển động từ C đến B:ACB=qUCB=1,6.1019.30=4,8.1018 J

c) Theo định lí động năng, ta có: WdBWdA=AAB12mvB2=qUAB

vB=2qUABm=2.1,6.1019.601,67.1027107,22.103 m/s

Bài 13.6 (VD) trang 50 Sách bài tập Vật Lí 11: Cho 3 bản kim loại phẳng A, B, C mang điện với bản A và C tích điện âm còn bản B tích điện dương. Các bản được đặt song song nhau. Xem gần đúng điện trường giữa các bản kim loại là đều. Biết rằng khoảng cách giữa hai bản A và B là d1=3 cm còn khoảng cách giữa hai bản B và C là d2=5 cm như Hình 13.4 . Chọn gốc điện thế tại bản B. Hãy xác định điện thế tại các bản A và C nếu cường độ điện trường giữa hai bản A và B, B và C có độ lớn lần lượt là E1=200 V/m E2=600 V/m .

Cho 3 bản kim loại phẳng A, B, C mang điện với bản A và C tích điện âm còn bản B tích điện dương

Lời giải:

Vì bản A và C tích điện âm còn bản B tích điện dương nên các vectơ cường độ điện trường E1E2 có chiều như hình bên.

Cho 3 bản kim loại phẳng A, B, C mang điện với bản A và C tích điện âm còn bản B tích điện dương

Vì gốc điện thế được chọn tại bản B nên VB=0 V .

Điện thế tại bản A: UBA=VBVA=0VA=E1d1=200.0,03=6 VVA=6 V

Điện thế tại bản C: UBC=VBVC=0VC=E2d2=600.0,05=30 VVC=30 V

Giải SBT Vật lí 11 trang 51

Bài 13.7 (VD) trang 51 Sách bài tập Vật Lí 11: Trong vùng không gian giữa hai tấm kim loại phẳng, tích điện trái dấu nhau và cách nhau một đoạn d = 5 cm có một hạt bụi kim loại tích điện âm, khối lượng m=2.106 g đang lơ lửng tại vị trí cách đều hai tấm kim loại như Hình 13.5. Biết rằng hiệu điện thế giữa hai tấm kim loại khi đó là U=1000 V . Nếu hiệu điện điện thế đột ngột giảm đến giá trị U'=850 V , hạt bụi kim loại sẽ chuyển động về tấm nào? Sau bao lâu thì hạt bụi này chạm đến một trong hai tấm kim loại nói trên? Lấy g=9,8 m/s2 .

Trong vùng không gian giữa hai tấm kim loại phẳng, tích điện trái dấu nhau và cách nhau một đoạn

Lời giải:

Khi U=1000 V , vì hạt bụi kim loại lơ lửng nên trọng lực cân bằng với lực điện. Khi đó, bản tích điện dương sẽ ở trên và bản tích điện âm sẽ ở dưới. Ta có: Fd=PqE=mgq=mgE=mgdU=21099,851021000=9,81013C

Khi hiệu điện thế giảm đến , vì lực điện giảm so với ban đầu nên hạt sẽ rơi xuống bản âm với gia tốc: a=PFa'm=mgqU'dm=21099,89,8101385051022109=1,47 m/s2

Thời gian hạt bụi kim loại chuyển động đến khi gặp bản âm là:

t=2sa=22,51021,47=15210,18 s

Bài 13.8 (VD) trang 51 Sách bài tập Vật Lí 11: Ống tia âm cực (CRT) là một thiết bị thường được thấy trong dao động kí điện tử cũng như màn hình ti vi, máy tính (CRT),... Hình 13.6 cho thấy mô hình của một ống tia âm cực, bao gồm hai bản kim loại phẳng có chiều dài 8 cm, tích điện trái dấu, đặt song song và cách nhau 2 cm. Hiệu điện thế giữa hai bản kim loại là U = 12V. Một electron được phóng ra từ điểm A (cách đều hai bản kim loại) với vận tốc ban đầu có độ lớn v0=7.106 m/s và hướng dọc theo trục của ống. Cho rằng bản kim loại bên dưới có điện thế lớn hơn. Xem tác dụng của trọng lực là không đáng kể. Lấy khối lượng của electron là 9,1.10-31 kg.

a) Xác định tốc độ của electron khi vừa ra khỏi vùng không gian giữa hai bản kim loại.

b) Sau khi ra khỏi vùng không gian nói trên, hạt chuyển động thẳng đều đến đập vào màn huỳnh quang S. Biết S cách hai bản kim loại một đoạn 15 cm. Xác định vị trí trên màn S mà electron này đập vào.

Ống tia âm cực (CRT) là một thiết bị thường được thấy trong dao động kí điện tử cũng như màn hình ti vi

Lời giải:

a) Cường độ điện trường giữa hai bản kim loại: E=Ud=122102=600 V/m .

Vì lực điện hướng thẳng đứng xuống dưới nên độ lớn gia tốc trên phương thẳng đứng của electron là: ay=|q|Em=1,610196009,110311,051014 m/s2

Ống tia âm cực (CRT) là một thiết bị thường được thấy trong dao động kí điện tử cũng như màn hình ti vi

Thời gian để electron ra khỏi vùng không gian giữa hai bản kim loại là: t=lvx=81027.10611,43109 s

với l=8 cm là chiều dài bản kim loại phẳng.

Thành phần vận tốc của hạt theo phương thẳng đứng khi hạt vừa ra khỏi vùng không gian giữa hai bản kim loại: vy=ayt=1,05101411,431091,2106 m/s

Tốc độ của electron khi vừa ra khỏi vùng không gian giữa hai bản kim loại: v=vx2+vy2=7.1062+1,2.10627,1.106 m/s

b) Độ lệch của hạt so với ban đầu theo phương thẳng đứng khi hạt vừa ra khỏi vùng không gian giữa hai bản kim loại là: y=12ayt2=121,05101411,4310926,86103 m

Vì sau đó hạt chuyển động thẳng đều nên thành phần vx, vy vẫn không thay đổi. Khi hạt đến đập vào màn huỳnh quang S, ta có: sx=vxt'sy=vyt'sy=vysxvx=1,2.1060,157.10625,71.103 m

Vị trí hạt chạm vào màn S cách trục của ống một đoạn:

y+sy=6,86103+25,71103=32,57103 m

Giải SBT Vật lí 11 trang 52

Bài 13.9 (VD) trang 52 Sách bài tập Vật Lí 11: Cho quả cầu kim loại A mang điện tích qA=3μC được giữ cố định trên một giá đỡ cách điện. Một vật nhỏ B có khối lượng m = 0.5 g mang điện tích qB=8μC bay từ rất xa tiến lại gần quả cầu A như Hình 13.7. Khi tâm hai quả cầu cách nhau một đoạn d = 0,5 m thì tốc độ của quả cầu B là v = 20 m/s. Bỏ qua lực hấp dẫn giữa hai quả cầu và tác dụng của trọng lực. Xem gần đúng các quả cầu là các điện tích điểm. Biết rằng thế năng điện của quả cầu B được xác định bằng biểu thức Wt=kqAqBr với r là khoảng cách giữa hai quả cầu. Hãy xác định:

a) Khoảng cách ngắn nhất giữa hai quả cầu.

b) Tốc độ của quả cầu B khi khoảng cách giữa hai quả cầu là 0,8 m và khi chúng ở rất xa nhau.

Cho quả cầu kim loại A mang điện tích  được giữ cố định trên một giá đỡ cách điện

Lời giải:

a) Khi khoảng cách giữa hai quả cầu đạt cực tiểu thì động năng của quả cầu B bằng 0 . Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: 12mv2+kqAqBd=0+kqAqBrmin

rmin=1mv22kqAqB+1d=10,51032022910931068106+10,50,41 m

b) Khi khoảng cách giữa hai quả cầu là r1=0,8 m , ta có: 12mv2+kqAqBd=12mv12+kqAqBr1

v1=v2+2kqAqBm1d1r1

v1=202+29109310681060,510310,510,832,37 m/s

Khi quả cầu B tiến ra vô cùng thì thế năng điện bằng không, ta có:

12mv2+kqAqBd=12mv22+0

 v2=v2+2kqAqBmd=202+29109310681060,51030,546,13 m/s

Xem thêm các bài giải SBT Vật Lí lớp 11 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

Bài 12: Điện trường

Bài 13: Điện thế và thế năng điện

Bài 14: Tụ điện

Bài 16: Dòng điện. Cường độ dòng điện

Bài 17: Điện trở. Định luật Ohm

Lý thuyết Điện thế và thế năng điện

1. Thế năng điện. Điện thế

Công của lực điện

Lý thuyết Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 13: Điện thế và thế năng điện

Công của lực điện tác dụng lên một điện tích không phụ thuộc vào dạng đường đi của điện tích mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối của đường đi trong điện trường. Do đó, lực điện là lực thế và điện trường là một trường thế.

AAB=qEA'B'¯

Thế năng điện

Thế năng điện của một điện tích q tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường để dịch chuyển điện tích q từ điểm đó ra xa vô cùng.

WA=AA

Trong hệ SI, thế năng điện có đơn vị là jun (J).

Điện thế

Điện thế tại một điểm trong điện trường là đại lượng đặc trưng cho thế năng điện tại vị trí đo và được xác định bằng công mà ta cần thực hiện để dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ vô cực về điểm đó:

VA=A'Aq

Trong hệ SI, điện thế có đơn vị là vôn (V).

Hiệu điện thế

Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B trong điện trường là đại lượng đặc trưng cho khả năng thực hiện công của điện trường để dịch chuyển một đơn vị điện tích giữa hai điểm đó và được xác định bằng biểu thức:

UAB=VA-VB=AABq

Trong hệ SI, hiệu điện thế có đơn vị là vôn (V).

Mối liên hệ giữa cường độ điện trường với hiệu điện thế

E=Ud

Với d là khoảng cách giữa hai điểm đang xét trên phương của vecto cường độ điện trường.

2. Chuyển động của điện tích trong điện trường đều

Điện tích chuyển động với vận tốc ban đầu song song với vecto cường độ điện trường

Lý thuyết Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 13: Điện thế và thế năng điện

Tốc độ của hạt electron tại bản dương (vận tốc ban đầu bằng 0): v=2qeEdm

Điện tích chuyển động với vận tốc ban đầu vuông góc với vecto cường độ điện trường

Lý thuyết Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 13: Điện thế và thế năng điện

- Quỹ đạo chuyển động của electron giống với quỹ đạo của chuyển động ném ngang

- Trên phương Ox: electron chuyển động thẳng đều với tốc độ v0.

- Trên phương Oy: lực điện F gây ra gia tốc a=qe.Em

Đánh giá

0

0 đánh giá