CHUYÊN ĐỀ 2 VẬT LÝ 11 - NÂNG CAO

NGUYỄN VĂN LÂM PHÂN LOẠI VÀ PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 11 Chun đề 2: CƠNG CỦA LỰC ĐIỆN ĐIỆN THẾ HIỆU ĐIỆN THẾ Dạng 1: TÍNH CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN THẾ NĂNG ĐIỆN THẾ HIỆU ĐIỆN THẾ TRONG ĐIỆN TRƢỜNG ĐỀU I PHƢƠNG PHÁP  E a) Công lực điện: A = qEdMN = q.UMN (J)    Trong đó: d MN  MN.cos MN; E             - + M H  dM +  + N +  + MN  E  cos MN; E   d MN  MN - + MN  E  cos MN; E  1  d MN  MN       + MN  E  cos MN; E   d MN  ☻Ghi nhớ:  + Khi điện tích di chuyển từ điểm M đến điểm N tác dụng lực điện trường F d  ngoại lực F n với vận tốc đầu vận tốc cuối AF  AF d n + Công lực điện trường tính theo: ' - Công ngoại lực (hay công cần thiết) làm di chuyển q từ M đến N: AMN   AMN 2 - Đònh lý động năng: AMN  qU MN  mvN2  mvM2 b) Thế tĩnh điện: W = qEd (J) + Chú ý 1: Công thức ta chọn tích điện âm làm mốc tính (W=0) + Chú ý 2: Nếu chọn vị trí khác làm mốc tính năng: W = qEd + C (với C số) c) Điện thế: V  W  E.d (V) (Trong đó: E cường độ điện trường – V/m; d khoảng cách từ q điểm cần tính đến âm – m) + Chú ý 1: Điện phụ thuộc vào việc chọn mốc tính điện thế, thường chọn mốc điện vô cùng, âm hay mặt đất + Chú ý 2: Điểm xa tích điện âm điện điểm lớn ngược lại d) Hiệu điện thế: U MN  AMN  Ed MN (V) q + Hiệu điện không phụ thuộc vào việc chọn mốc tính điện Page NGUYỄN VĂN LÂM PHÂN LOẠI VÀ PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 11 + Hiệu điện hai điểm A B thỏa mãn: UAB = VA – VB; UBA = VB – VA nên UAB = UBA e) Heä thức liên hệ cường độ điện trường hiệu điện điện trường đều: E U MN TQ U  E  d MN d + Nếu hai điểm nằm đường sức d khoảng cách hai điểm + Nếu hai điểm nằm hai đường sức khác hai điểm cách khoảng d0 d hình chiếu d0 xuống đường sức: d = d0.cosα M d  M N    E  E  H d d0  N II BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài Ba điểm A, B, C tạo thành tam giác vuông C AC = cm, BC = cm nằm ur điện trường Vectơ cường độ điện trường E song song với AC, hướng từ A C có độ lớn E = 5000V/m Tính: a UAC, UCB, UAB b Công điện trường electron (e) di chuyển từ A đến B ? Đ s: 200v, 0v, 200v.- 3,2 10-17 J    Bài Tam giác ABC vuông A đặt điện trường E ,  = ABC = 600, BA  E Bieát BC = cm, UBC= 120V a Tìm UAC, UBA cường độ điện trường E? b Đặt thêm C điện tích điểm q = 10-10 C Tìm cường độ điện trường tổng hợp A Đ s: UAC = 0V, UBA = 120V, E = 4000 V/m; E = 5000 V/m Bài Một điện tích điểm q = -4 10-8C di chuyển dọc theo chu vi tam giác MNP, vuông  P, điện trường đều, có cường độ 200 v/m Cạnh MN = 10 cm, MN  E NP = cm Môi trường không khí Tính công lực điện dòch chuyển sau q: a từ M  N b Từ N  P c Từ P  M d Theo đường kín MNPM Đ s: AMN= -8 10-7J ANP= 5,12 10-7J APM = 2,88 10-7J AMNPM = 0J Page NGUYỄN VĂN LÂM PHÂN LOẠI VÀ PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 11 Bài Một điện trường có cường độ E = 2500 V/m Hai điểm A , B cách 10 cm tính dọc theo đường sức Tính công lực điện trường thực điện tích q di chuyển từ A  B ngược chiều đường sức Giải toán khi: a q = - 10-6C b q = 10-6C Ñ s: 25 105J, -25 105J  E1  E2 Bài5 Cho kim loại phẳng A, B, C có tích điện đặt song song hình Cho d1 = cm, d2= cm Coi điện trường có chiều d1 d2 hình vẽ Cường độ điện trường tương ứng E1 =4.104V/m , E2 = 104V/m Tính điện B C lấy gốc điện điện A  Bài Ba điểm A, B, C nằm điện trường cho E // CA Cho AB AC vaø AB = cm AC = cm a Tính cường độ điện trường E, UAB UBC Biết UCD = 100V (D trung điểm AC) b Tính công lực điện trường electron di chuyển từ B  C, từ B D Đ s: 2500V/m,UAB= 0v, UBC = - 200v; ABC = 3,2 10-17J ABD= 1,6 1017 J Bài Điện tích q = 10-8 C di chuyển dọc theo cạnh tam giác ABC cạnh a = 10 cm điện trường có cường độ 300 V/m  E  E // BC Tính công lực điện trường q dòch chuyển cạnh tam giác Đ s: AAB = - 1,5 10-7 J; ABC = 10-7 J; ACA = -1,5 10-7 J Bài Điện tích q = 10-8 C di chuyển dọc theo cạnh tam giác   E MBC, cạnh 20 cm đặt điện trường E có hướng song song với BC có cường độ 3000 V/m Tính công thực để dòch chuyển điện tích q theo cạnh MB, BC CM tam giác Đ s: AMB = -3J, ABC = J, AMB = -3 J Bài Giữa hai điểm B C cách đoạn 0,2 m có điện trường với đường sức hướng từ B  C Hiệu điện UBC = 12V Tìm: a Cường độ điện trường B cà C b Công lực điện điện tích q = 10-6 C từ B C Đ s: 60 V/m 24 J Page NGUYỄN VĂN LÂM PHÂN LOẠI VÀ PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 11 Bài 10 Cho kim loại phẳng tích điện A, B, C đặt song song hình  E1 Điện trường điện trường có chiều hình vẽ Hai A B cách đoạn d1 = cm, Hai B C cách d1  E2 d2 đoạn d2 = cm Cường độ điện trường tương ứng E1 =400 V/m , E2 = 600 V/m Chọn gốc điện cùa A Tính điện B C Đ s: VB = - 20V, VC = 28 V Bài 11 Moät electron di chuyển môt đoạn cm, dọc theo đường sức điện, tác dụng lực điện điện trường có cường độ 1000 V/m Hãy xác đònh công lực điện ? Đ s: 1,6 10-18 J Dạng 2: TÍNH CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN THẾ NĂNG ĐIỆN THẾ HIỆU ĐIỆN THẾ TRONG ĐIỆN TRƢỜNG CỦA MỘT ĐIỆN TÍCH ĐIỂM GÂY RA I PHƢƠNG PHÁP Xét điện trường điện tích điểm Q đặt điểm O mơi trươnmg có số điện mơi ε gây điểm M N Biết M cách Q đoạn OM = rM ; N cách Q đoạn ON = rN a) Công lực điện làm di chuyển điện tích q từ M đến N: AMN  k Qq 1 (  )  rM rN b) Thế điện tích q điểm M điện trƣờng Q: WM  AM  k + Điểm bất kì: W  k Qq  rM Qq r + Nếu có điểm M nằm điện trường hệ điện tích Q1, Q2, , Qn tĩnh điện M: WM  W1 +W1   Wn  k Qq Q1q Qq  k   k n (Trong r1, r2, , rn khoảng  r1  r2  rn cách từ M đến Q1, Q2, , Qn) + Độ lớn dấu phụ thuộc vào việc chọn mốc Page NGUYỄN VĂN LÂM PHÂN LOẠI VÀ PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 11 c) Điện điểm M điện trƣờng điện tích điểm Q: V  W Q k q r + Điện phụ thuộc vào chọn mốc điện + Điện có tính chất cộng: Điện điểm M nhiều điện tích Q1, Q2, ,Qn gây là: VM  V1  V2  V3   Vn  k Q Q Q1 Q  k  k   k n  r1  r2  r3  rn d) Hiệu điện hai điểm M N cách Q lần lƣợt rM = OM rN = ON: U MN  VM  VN  AMN Q Q kQ 1 k k  (  ) q  rM  rN  rM rN + Hiệu điện không phụ thuộc vào chọn mốc điện + Nếu chọn mốc điện điểm N (VN = 0) giá trị hiệu điện UMN cho ta biết giá trị điện M: UMN = VM + Hạt mang điện dương ln có xu hướng chuyển động từ nơi có điện cao nơi có điện thấp ngược lại hạt mang điện âm chuyển động từ nơi có điện thấp lên nơi có điện cao e) Tìm di chuyển điện tích hai cầu q1  V  k  R1 q  + Bước 1: Tính điện hai cầu: V  k   R V  k q2  R2 + Bước 2: So sánh điện hai cầu: ⍟ V1 > V2: Điện tích dương di chuyển từ cầu sang cầu Điện tích âm (hay electron) di chuyển từ cầu sang cầu ⍟ V1 < V2: Điện tích dương di chuyển từ cầu sang cầu Điện tích âm (hay electron) di chuyển từ cầu sang cầu ⍟ V1 = V2: Điện tích khơng di chuyển f) Tính điện lƣợng di chuyển qua dây nối hai cầu q1  q2  q1'  q2' q1'   ' ' + Bước 1: Tính điện tích hai cầu sau nối dây:  q1  ' q2 k R  k R q2   + Bước 2: Tính điện lượng di chuyển qua dây nối: q  q1  q1'  q2  q2' II BÀI TẬP VẬN DỤNG Page NGUYỄN VĂN LÂM PHÂN LOẠI VÀ PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 11 Bài 1: Tại hai điểm A B không khí (AB = 8cm) người ta đặt hai điện tích điểm q1 = 10-8C q2 = -10-8C a Tính điện trung điểm O AB M với MA vng góc với MB, MA = 6cm b Tính cơng lực điện làm di chuyển q = -10-9C từ O đến M theo quỹ đạo nửa đường tròn đường kính OM ĐS: VO = 0, VM = 600V; AOM = 6.10-7J Bài 2: Cho hai cầu: cầu có bán kính R1 = 5cm, tích điện q1 = 6nC; cầu có bán kính R2 = 15cm, tích điện q2 = -2nC Nối hai cầu dây dẫn mảnh Tính điện tích cầu sau nối điện lượng truyền qua dây nối ĐS: q’1 = 1nC, q’2 = 3nC Δq = 5nC Bài 3: Hai cầu kim loại nhỏ co bán kính R1, R2 với R1 = 3R2 đặt cách r = 2cm khơng khí Chúng hút với lực F = 27 mN Nối hai cầu dây dẫn Bỏ dây nối chúng hút lực F’ = 6,75 mN Tính điện hai cầu trước nối dây (cho biết q1 > q2) ĐS: q1 = 60nC; q2 = -20nC Bài 4: Có điện tích Q = 5nC đặt điểm O khơng khí Cần thực cơng để di chuyển điện tích q = 40nC từ điểm M đến điểm N Biết M N cách O 40cm 25cm? ĐS: 2,7.10-6J Bài 5: Xác định điện tích q1 = 80nC điện trường của điệnt ích q2 = -40nC Biết hai điện tích đặt cách 10cm khơng khí Lấy mốc vơ cực khơng ĐS: -0,288mJ Bài 6: Hai điện tích q1 = 3.10-8C, q2 = -5.10-8C đặt hai điểm A B khơng khí Biết AB = 8cm Tìm điểm mà điện khơng a) Trên AB ĐS: CA = 3cm CA = 12 cm b) Trên đường thẳng vng góc với AB A ĐS: CA = 6cm Bài 7: Tại ba đỉnh tam giác ABC cạnh a  3cm đặt khơng khí, người ta đặt ba điện tích q1 = -10-8C; q2 = q3 = 10-8C Tính: a) Điện trọng tâm G chân đường cao BH ĐS: VG = 1500V; VH = 1000V b) Hiệu điện hai điểm G H c) Đặt q4 = -10-9C G Tinhs công cần thiết để di chuyển q4 từ G đến H ĐS: UGH = 500V ĐS: A = 5.10-7J Page NGUYỄN VĂN LÂM PHÂN LOẠI VÀ PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 11 Bài 8: Cho hình chữ nhật ABCD có cạnh AB = 4m BC = 3m Tại hai đỉnh C D đặt hai điện tích điểm q1 = 3.10-8C Q2 = -3.10-8C Tính hiệu điện hai đỉnh A B, ĐS: UAB = 72 V Bài 9: Một giọt thủy ngân có điện bề mặt V0 = 2,88(V) Người ta nhập n = 1000 giọt thành giọt lớn Tính điện giọt thủy ngân lớn ĐS: V  n2 V0  288(V ) Bài 10: Hai điện tích q1 = 10-8C q2 = 4.10-8C đặt cách 12 cm khơng khí Tính điện điểm có cường độ điện trường không? ĐS: VE =0 = 6750 (V) Bài 11: Một cầu kim loại có bán kính R = 4cm tích điện dương Để di chuyển điện tích q = 109 C từ vô cực đến M cách mặt cầu 20 cm, người ta cần thực công A’ = 5.10 -7J Tính điện mặt cầu điện tích cầu gây ĐS: V = 3000V Bài 12: Hai cầu (1) (2) kim loại có bán kính R1 R2 tích điện q1, q2 đặt hai nơi xa khơng khí Điện cầu V 1, V2 Hỏi nói hai cầu dây dẫn electron chuyển động từ cầu sang cầu nào? Trong trường hợp sau: a) R1 > R2; q1 = q2 >0 ĐS: Electron di chuyển từ cầu (1) sang cầu (2) b) R1 > R2; V1 = V2 ; So sánh q1 q2 c) q1 > 0; q2 < ĐS: Electron không di chuyển; q1 > q2 ĐS: Electron di chuyển từ cầu (2) sang cầu (1) Bài 13: Hai cầu kim loại đặt xa nha Quả cầu (1) có bán kính R1 = 5cm điện tích q1 = 6.109 C; cầu (2) có R2 = 15cm q2 = -2.10-9C Nối hai cầu dây dẫn mảnh Tìm điện tích cầu sau điện lượng chạy qua dây nối ĐS: q1'  109 C; q2'  3.109 C; q  5.109 C Bài 14: Còng dây tròn bán kính R, tích điện với điện tích Q Tính điện điểm M trục vòng dây cách tâm vòng dây đoạn h ĐS: VM  Q 4 0 R  h2  kQ  R  h2 Bài 15: Tìm điện điểm cách tâm cầu đoạn r Biết cầu bán kính R tích điện với mật độ điện tích khối ρ Page NGUYỄN VĂN LÂM PHÂN LOẠI VÀ PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 11 Dạng 3: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐIỆN TÍCH TRONG ĐIỆN TRƯỜNG ĐỀU I PHƢƠNG PHÁP   a) Bài tốn 1: Điện tích chuyển động dọc theo đƣờng sức điện trƣờng ( v0  E ) + Bước 1: Chọn trục tọa độ Ox, có gốc O vị trí điện tích bắt đầu chuyển động, chiều dương trùng   với chiều chuyển động ( v ) hay trùng với chiều điện trường ( E ), gốc thời gian lúc điện tích bắt đầu chuyển động   + Bước 2: Phân tích lực tác dụng lên hạt điện tích: P; F    + Bước 3: Áp dụng định luật II Niu tơn: m.a  P  F Lực điện trường lớn so với trọng lực Điện tích chủ yếu chuyển động tác dụng lực điện trường Dưới tác dụng lực điện trường làm cho điện tích dương (q>0) chuyển động theo chiều điện trường, điện tích âm (q R2; q1 = q2 >0 ĐS: Electron di chuyển từ cầu (1) sang cầu (2) b) R1 > R2; V1 = V2 ; So sánh q1 q2 c) q1 > 0; q2 < ĐS: Electron không di chuyển; q1 > q2 ĐS: Electron di chuyển từ cầu (2) sang... 80nC điện trường của điệnt ích q2 = -4 0nC Biết hai điện tích đặt cách 10cm khơng khí Lấy mốc vô cực không ĐS: -0 ,28 8mJ Bài 6: Hai điện tích q1 = 3.1 0-8 C, q2 = -5 .1 0-8 C đặt hai điểm A B khơng khí