Tính công của lực điện trong điện trường đều: Ta xét chuyển động của một điện tích q trong điện trường đều giữa hai bản kim loại trái dấu.. + Thế năng của một điện tích q trong điện trư
Trang 1CHỦ ĐỀ
3
CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN THẾ NĂNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN THẾ
I ĐIỆN TRƯỜNG, CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG VÀ ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN
1 Tính công của lực điện trong điện trường đều:
Ta xét chuyển động của một điện tích q trong điện trường đều giữa hai bản
kim loại trái dấu Ta tiến hành tính công của lực điện trong chuyển dời của q từ
M đến N, biết góc hợp bởi giữa MN với đường sức điện là α
+ Cách tính công thứ nhất :
Công của lực điện trong dịch chuyển từ M đến N được xác định bằng biểu thức A = qEd Trong đó :
o Dấu của q trong biểu thức được lấy đúng bằng tính chất âm hay dương của điện tích đó
o d scos MH, chiều dương của MH được chọn cùng chiều với chiều của đường sức
+ Cách tính công thứ hai:
Các tính này ta dựa trực tiếp vào biểu thức tính công A = Fscosα Trong đó :
o F và s là có giá trị độ lớn, luôn dương
o α là góc hợp bởi giữa hướng của lực và hướng của chuyển dời
Bài tập minh họa 1: Ba điểm A, B và C tạo thành một tam giác vuông tại C, với AC = 4
cm và BC = 3 cm Ba điểm này nằm trong một điện trường đều với vecto cường độ điện
trường E song song với AC và hướng từ A đến C như hình vẽ Cho E = 5000 V/m Công
của lực điện trong dịch chuyển một electron từ A đến B là
Hướng dẫn :
Từ hình vẽ, ta có
2 2
→ Ta tiến hành tính công theo cách thứ nhất : AAB = qEd
+ Trong đó q = –1,6.10–19
C ; d = ABcosα = 5cosα = –4 cm → AAB = –1,6.10–19.5000.0,04 = –3,2.10–17 J
→ Ta tiến hành tính công thec cách thứ hai :
AAB = Fscosα, với F và s đều là các giá trị độ lớn và α là góc hợp bởi hướng của vecto lực điện và hướng của chuyển dời
q < 0 lực điện ngược chiều với điện trường, do vậy α sẽ là góc bù với góc φ → cosα = –cosφ
AB
A q Escos 1,6.10 5000.0,05 0,8 3, 2.10 J
2 Tính chất công của lực điện trong điện trường đều:
+ Công của lực điện không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối của đường đi trong điện trường
Bài tập minh họa 1: Ba điểm A, B và C tạo thành một tam giác vuông tại C Ba điểm này
nằm trong một điện trường đều với vecto cường độ điện trường E song song với AC và
hướng từ A đến C như hình vẽ Công của lực điện trong dịch chuyển một electron từ A đến
B là AAB, từ B đến C là ABC từ A đến C là AAC Chọn biểu thức đúng ?
A AAC = AAB + ABC B AAC = AAB – ABC
C AAC = –AAB + ABC D AAC = –AAB – ABC
Hướng dẫn :
+ Trong dịch chuyển của điện tích từ A đến C, công này không phụ thuộc vào đường đi do vậy :
AAC = AAB + ABC
Đáp án A
II THẾ NĂNG CỦA ĐIỆN TÍCH TRONG ĐIỆN TRƯỜNG
1 Thế năng của điện tích trong điện trường
Trang 2+ Thế năng của điện tích q trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt tại đó một điện tích q
+ Thế năng của một điện tích q trong điện trường sẽ được tính bằng công của lực điện trong dịch chuyển điện tích đó
về gốc thế năng Trong trường hợp điện tích q nằm tại điểm M trong một điện trường bất kì do nhiều điện tích gây ra
ta có thể lấy gốc thế năng ở vô cùng
→ Với định nghĩa trên thì thế năng của một điện tích trong điện trường có thể âm hoặc dương Ta xét hai trường hợp đơn giản sau
o Thế năng của điện tích q > 0 trong điện trường của điện tích Q > 0 Rõ ràng trong dịch chuyển của q từ điểm
M đang xét ra vô cùng lực điện luôn sinh công dương → thế năng của q luôn dương và giảm khi đi đến vô cùng
o Thế năng của điện tích q > 0 trong điện trường của điện tích Q < 0 Dễ thấy rằng trong dịch chuyển của q từ điểm M đang xét ra vô cùng thì lực điện luôn sinh công âm → WM < 0 Vậy thế năng của q luôn am và tăng dần khi tiến về vô cùng
→ Tổng quát hóa :
o Thế năng của điện tích q trong điện trường của điện tích Q cùng loại luôn dương và giảm dần khi r tăng về
vô cùng
o Thế năng của điện tích q trong điện trường của điện tích Q khác loại luôn âm, và tăng dần khi r tằng về vông cùng
2 Công của lực điện và độ giảm thế năng của điện tích trong điện trường
+ Khi một điện tích q dị chuyển từ điểm M đến điểm N trong một điện trường thì công mà lực điện tác dụng lên điện tích đó sinh ra sẽ bằng độ giảm thế năng của điện tích q trong điện trường : AMN = WM – WN
II ĐIỆN THẾ VÀ HIỆU ĐIỆN THẾ
1 Điện thế :
+ Điện thế tại một điểm M trong điện trường là đại lượng đặc trưng riêng cho điện trường về phương diện tạo ra thế năng khi đặt tại đó một điện tích q Nó được xác định bằng thương số của công của lực điện tác dụng lên điện tích q khi q di chuyển từ M ra vô cực và độ lớn của q : M
M
A V
q
+ Đơn vị của điện thế là Vôn
+ Điện thế tại một điểm có thể âm hoặc dương, điện thế của đất và của một điểm ở vô cực thường được chọn làm mốc (bằng 0)
2 Hiệu điện thế :
Hiệu điện thế tại hai điểm M và N trong điện trường MN
MN M N
A
q
→ Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường trong sự di chuyển của một điện tích từ M đến N Nó được xác định bằng thương số của công của lực điện tác dụng lên điện tích q trong sự di chuyển từ M đến N và độ lớn của q
+ Hệ thức liên hệ giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường E U
d
Bài tập minh họa 1 : Khi một điện tích q = –2 C di chuyển từ điểm M đến điểm N trong điện trường thì lực điện
sinh công – 6 J Hiệu điện thế UMN có giá trị nào sau đây ?
Trang 3A +12 V B – 12 V C +3 V D – 3 V
Hướng dẫn :
MN
Đáp án C
BÀI TẬP VẬN DỤNG Câu 1: Chọn phát biểu đúng Thả một electron không vận tốc ban đầu trong một điện trường bất kì Electron đó sẽ:
A chuyển động dọc theo một đường sức điện
B chuyển động từ điểm có điện thế cao đến điểm có điện thế thấp
C chuyển động từ điểm có điện thế thấp lên điểm có điện thế cao
D đứng yên
Hướng dẫn:
+ Thả một electron không vận tốc ban đầu trong một điện trường bất kì Electron đó sẽ chuyển động từ điểm có điện thế thấp lên điểm có điện thế cao
Đáp án C
Câu 2: Có hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và cách nhau 1cm Hiệu điện thế giữa hai bản dương và âm
là 120 V Hỏi điện thế tại điểm M nằm trong khoảng giữa hai bản, cách bản âm 0,6 cm sẽ là bao nhiêu? Mốc điện thế
ở bản âm
Hướng dẫn:
+ Cường độ điện trường trong khoảng không gian giữa hai bản là như nhau
1
U
U
E
Đáp án A
Câu 3: Tính công mà lực điện tác dụng lên một electron sinh ra khi nó chuyển động từ điểm M đến điểm N Biết hiệu
điện thế giữa hai điểm M, N là UMN = 50 V
A –8.10–18 J B +8.10–18 J C –4.10–18 J D +4.10–18 J
Hướng dẫn:
+ Công của lực điện AMN = qUMN = –1,6.10–19.50 = –8.10–18 J
Đáp án A
Câu 4: Hai bản kim loại song song, trái dấu đặt cách nhau 2 cm Cường độ diện trường giữa hai bản là E = 3000 V/m
Sát bản mang điện dương, ta đặt một hạt có khối lượng m = 4,5.10–6 g và mang điện q = 1,5.10–2 C Vận tốc của hạt khi chạm vào bản âm là
A 10000 m/s B 1500 m/s C 20000 m/s D 300 m/s
Hướng dẫn:
+ Công của lực điện trong dịch chuyển của hạt từ bản dương sang bản âm
A = qEd = 1,5.10–2.3000.0,02 = 0,9 J
+ Công này chính bằng động năng của hạt khi đập vào bản âm → v 2A 2.0,99 20000
m 4,5.10
Đáp án C
Câu 5: Một điện trường đều cường độ 4000 V/m, có phương song song với cạnh huyền BC của một tam giác vuông
ABC có chiều từ B đến C, biết AB = 6 cm, AC = 8 cm Tính hiệu điện thế giữa hai điểm BC:
Hướng dẫn:
BC
A
q
Đáp án A
Trang 4Câu 6: Một điện tích q chuyển động từ điểm M đến Q, đến N, đến P trong điện trường
đều như hình vẽ Đáp án nào là sai khi nói về mối quan hệ giữa công của lực điện trường
dịch chuyển điện tích trên các đoạn đường:
A AMN = AMQN B AMN = AMN + ANP
C AQP = –APQ D AMQ = AMN
Hướng dẫn:
+ Dễ thấy rằng AMQ ≠ AMN → D sai
Đáp án D
Câu 7: Hai tấm kim loại phẳng song song cách nhau 2 cm nhiễm điện trái dấu Muốn làm cho điện tích q = 5.10–10 C
di chuyển từ tấm này sang tấm kia cần tốn một công A = 2.10–9 J Xác định cường độ điện trường bên trong hai tấm kim loại, biết điện trường bên trong là điện trường đều có đường sức vuông góc với các tấm, không đổi theo thời gian:
Hướng dẫn:
+ Hiệu điện thế giữa hai tấm kim loại
9 10
A 2.10
q 5.10
→ Cường độ điện trường giữa hai tấm kim loại E U 4 200
d 0,02
Đáp án B
Câu 8: Một hạt bụi khối lượng 3,6.10–15 kg mang điện tích q = 4,8.10–18
C nằm lơ lửng giữa hai tấm kim loại phẳng song song nằm ngang cách nhau 2 cm và nhiễm điện trái dấu Lấy g = 10 m/s2, tính hiệu điện thế giữa hai tấm kim loại:
Hướng dẫn:
+ Để hạt bụi có thể nằm cân bằng (lơ lửng) thì lực điện tác dụng lên nó phải cân bằng với trọng lực
F = P → qE = mg →
15 18
mg 3,6.10 10
q 4,8.10
→ Hiệu điện thế giữa hai bản U = Ed = 7500.0,02 = 150 V
Đáp án A
Câu 9: Một quả cầu kim loại khối lượng 4,5.10–3 kg treo vào đầu một sợi dây dài 1 m, quả cầu nằm giữa hai tấm kim loại phẳng song song thẳng đứng cách nhau 4 cm, đặt hiệu điện thế giữa hai tấm là 750 V, thì quả cầu lệch 1 cm ra khỏi vị trí ban đầu theo phương thẳng đứng, lấy g = 10 m/s2 Tính điện tích của quả cầu có độ lớn:
Hướng dẫn:
+ Cường độ điện trường giữa hai bản kim loại E U 750 18750
d 0,04
→ Dưới tác dụng thêm của lực điện tại vị trí cân bằng dây treo hợp với phương với sin 0, 01
1
→ α ≈ 0,570
Mặc khác tan q E
mg
mg tan 4,5.10 10.tan 0,57
Đáp án A
Câu 10: Giả thiết rằng một tia sét có điện tích q = 25 C được phóng từ đám mây dông xuống mặt đất, khi đó hiệu điện
thế giữa đám mây và mặt đất U = 1,4.108 V Tính năng lượng của tia sét đó:
A 35.108 J B 45.108 J C 55.108 J D 65.108 J
Hướng dẫn:
+ Năng lược của tia sét E = qU = 25.1,4.108
= 35.108 J
Đáp án A
Câu 11: Một điện tích điểm q = +10 μC chuyển động từ đỉnh B đến đỉnh C của tam giác đều ABC, nằm trong điện
trường đều có cường độ 5000 V/m có đường sức điện trường song song với cạnh BC có chiều từ C đến B Biết cạnh tam giác bằng 10 cm, tìm công của lực điện trường khi di chuyển điện tích trên theo đoạn thẳng B đến C:
A. 2,5.10–4 J B. –2,5.10–4J C –5.10-4
J D 5.10–4 J
Trang 5Hướng dẫn:
+ Công của lực điện A = Fscosα = 10.10–6.5000.0,1.cos1800 = –5.10–4 J
Đáp án C
Câu 12: Mặt trong của màng tế bào trong cơ thể sống mang điện tích âm, mặt ngoài mang điện tích dương Hiệu điện
thế giữa hai mặt này bằng 0,07 V Màng tế bào dày 8nm Cường độ điện trường trong màng tế bào này là:
A 8,75.106 V/m B 7,75.106 V/m C 6,75.106 V/m D 5,75.106 V/m
Hướng dẫn:
9
U 0,07
d 8.10
Đáp án A
Câu 13: Hai tấm kim loại phẳng nằm ngang song song cách nhau 5 cm Hiệu điện thế giữa hai tấm là 50 V Tính
cường độ điện trường và cho biết đặc điểm điện trường, dạng đường sức điện trường giữa hai tấm kim loại:
A điện trường biến đổi, đường sức là đường cong, E = 1200 V/m
B điện trường biến đổi tăng dần, đường sức là đường tròn, E = 800 V/m
C điện trường đều, đường sức là đường thẳng, E = 1200 V/m
D điện trường đều, đường sức là đường thẳng, E = 1000 V/m
Hướng dẫn:
+ Cường độ điện trường giữa hai bản là đều và có độ lớn E U 50 1000
d 0,05
Đáp án D
Câu 14: Một hạt bụi kim loại tích điện âm khối lượng 10–10 kg lơ lửng trong khoảng giữa hai bản tụ điện phẳng nằm ngang bản tích điện dương ở trên, bản tích điện âm ở dưới Hiệu điện thế giữa hai bản bằng 1000 V, khoảng cách giữa hai bản là 4,8 mm, lấy g = 10 m/s2 Tính số electron dư ở hạt bụi:
A 20000 hạt B 25000 hạt C 30000 hạt D 40000 hạt
Hướng dẫn:
Cường độ điện trường giữa hai bản E U 10003 625000
+ Để hạt bụi có thể nằm cân bằng thì lực điện tác dụng lên vật phải cân bằng với trọng lực:
F = P →
10
15
mg 10 10.3
→ Số electron trong hạt bụi n q 30000
e
Đáp án C
Câu 15: Một điện trường đều E = 300 V/m Tính công của lực điện trường trên di
chuyển điện tích q = 10 nC trên quỹ đạo ABC với ABC là tam giác đều cạnh a = 10 cm
như hình vẽ:
A 4,5.10–7 J B 3.10–7 J
C –1,5.10–7 J D 1,5.10–7 J
Hướng dẫn:
+ Công của lực điện dịch chuyển điện tích từ A → B → C đúng bằng công dịch chuyển điện tích này từ A → C
→ A = qEscosα = 10.10–9
.300.0,1.cos1200 = –1,5.10–7 J
Đáp án C
Câu 16: Giả thiết rằng một tia sét có điện tích q = 25 C được phóng từ đám mây dông xuống mặt đất, khi đó hiệu điện
thế giữa đám mây và mặt đất U = 1,4.108 V Năng lượng của tia sét này có thể làm bao nhiêu kg nước ở 1000
C bốc thành hơi ở 1000
C, biết nhiệt hóa hơi của nước bằng 2,3.106 J/kg
Hướng dẫn:
+ Năng lượng của tia sét E = qU = 25.1,4.108
= 35.108 J
Trang 6→ Khối lượng nước đã hóa hơi
8 6
E 35.10
2,3.10
Đáp án B
Câu 17: Cho hai bản kim loại phẳng đặt song song tích điện trái dấu, thả một êlectron không vận tốc ban đầu vào điện
trường giữa hai bản kim loại trên Bỏ qua tác dụng của trọng trường Quỹ đạo của êlectron là:
A đường thẳng song song với các đường sức điện
B đường thẳng vuông góc với các đường sức điện
C một phần của đường hypebol
D một phần của đường parabol
Hướng dẫn:
+ Quỹ đạo của electron sẽ là một đường thẳng song song với các đường sức điện
Đáp án A
Câu 18: (Chuyên KHTN – 2018) Cho ba bản kim loại phẳng tích điện 1, 2, 3 đặt song song lần lượt nhau cách nhau
những khoảng d12 = 5 cm, d23 = 8 cm, bản 1 và 3 tích điện dương, bản 2 tích điện âm Biết cường độ điện trường giữa các bản là E12 = 4.104 V/m, E23 = 5.104 V/m Tính điện thế V2, V3 của các bản 2 và 3 nếu lấy gốc điện thế ở bản 1
A V2 = ‒2000 V; V3 = 4000 V B V2 = 2000 V; V3 = ‒2000 V
C V2 = ‒2000 V; V3 = 2000 V D V2 = 2000 V; V3 = 4000 V
Hướng dẫn:
+ Hiệu điện thế giữa hai bản 1 và 2: U12 = E12d12 = 2000 V
+ Hiệu điện thế giữa hai bản 3 và 2: U32 = E23d23 = 4000 V
→ Chọn mốc thế năng tại bản 1 → bản 2 có V2 = –2000 V
Ta có V3 = V2 + U32 = –2000 + 4000 = 2000 V
Đáp án C
Trang 7CHỦ ĐỀ
4
CHUYỂN ĐỘNG CỦA HẠT MANG ĐIỆN
TRONG ĐIỆN TRƯỜNG ĐỀU
I CHUYỂN ĐỘNG CỦA HẠT DỌC THEO ĐƯỜNG SỨC
Khi hạt chuyển động dọc theo đường sức thì lực điện tác dụng lên vật cũng có phương dọc theo đường sức này → lực điện sẽ gây ra gia tốc có độ lớn a qE
m
Có hai khả năng xảy ra :
o Lực điện cùng chiều với chuyển động → hạt chuyển động thẳng nhanh dần đều với gia tốc a
o Lực điện ngược chiều chuyển động → hạt chuyển động chậm dần đều với gia tốc a
II CHUYỂN ĐỘNG ‘NÉM XIÊN’ CỦA HẠT TRONG ĐIỆN TRƯỜNG ĐỀU
1 Phân tích chuyển động của hạt mang điện trong điện trường đều
Xét chuyển động của hạt mang điện tích q > 0 vào điện trường đều E giữa hai
bản kim loại tích điện trái dấu với vận tốc ban đầu v0
Khảo sát chuyển động của hạt mang điện chỉ dưới tác dụng của lực điện, bỏ qua
tác dụng của trọng lực lên hạt
+ Ta tiến hành phân tích chuyển động của vật theo hai phương : phương nằm
ngang Ox và phương thẳng đứng Oy trong hệ tọa độ Oxy
Chọn hệ trục tọa độ như hình vẽ :
→ Phương trình động học cho quá trình chuyển động của hạt mang điện F ma → x
y
F qE
+ Theo phương Oy vật chuyển động biến đổi đều với gia tốc ay a qE
m
o Phương trình vận tốc : vv sin0 at
o Phương trình tọa độ : 2
0
1
2
+ Theo phương Ox vật chuyển động thẳng đều :
o Phương trình vận tốc : v = v0cosα
o Phương trình tọa độ : yv cos0 t
2 Tổng hợp hai chuyển động thành phần
Từ hai chuyển động thành phần, loại t ta thu đươc :
2 2 0
ax
2 v cos
→ Quỹ đạo chuyển động có dạng là một parabol
Bài tập minh họa 1 : Một electron bay vào điện trường đều E = 910 V/m với vận tốc ban đầu v0 = 3,2.106 m/s theo cùng chiều đường sức Quãng đường mà electron đi được cho đến khi dừng lại là :
Trang 8Hướng dẫn :
Electron chuyển động cùng chiều đường sức → lực điện ngược chiều đường sức gây ra gia tốc
19
14 31
q E 1,6.10 910
m/s2 là electron chuyển động chậm dần đều
→ Quãng đườg mà nó đi được cho đến khi dừng lại là 62
2 0
14
3, 2.10 v
2a 2.1,6.10
Đáp án A
Bài tập minh họa 2 : Một electron bay vào điện trường của một tụ điện phẳng theo phương song song cùng hướng
với các đường sức điện trường với vận tốc ban đầu là 8.106 m/s Hiệu điện thế tụ phải có giá trị nhỏ nhất là bao nhiêu
để electron không tới được bản đối diện
Hướng dẫn :
Để electron không đến được bản đối diện thì lực điện phải sinh công thắng động năng ban đầu của electron
A ≥ Wd → qU 1mv20
2
2 0
9,1.10 8.10 mv
Đáp án B
Bài tập minh họa 3: Một electron có động năng Wd = 11,375 eV bắt vào bay vào điện
trường đều nằm giữa hai bản kim loại đặc song song theo phương vuông góc với đường
sức và cách đều hai bản Biết 1eV = 1,6.10–19 J Với chiều dài của hai bản là 5 cm và
khoảng cách giữa hai bản là 10 cm Hiệu điện thế giữa hai bản U = 50 V Độ lệch h của
electron khi electron vào điện trường và khi electron rời khỏi điện trường là
A 0,75 mm B 1,75 cm
C 2,75.10–4 m D 86 mm
Hướng dẫn :
+ Gia tốc của hạt theo phương vuông góc với bản kim loại
19
13 31
qE qU 1,6.10 50
m md 9,1.10 0,1
Vận tốc ban đầu của electron khi vào điện trường
19
6 0d
2E 2.11,375.1,6.10
→ Thời gian chuyển động của electron trong điện trường
3
9 6
0
L 5.10
v 2.10
+ Độ lệch h đúng bằng quãng đường chuyển động nhanh dần đều theo phương vuông góc với bản kim loại của electron:
h at 8,8.10 2,5.10 2,75.10
Đáp án C
BÀI TẬP VẬN DỤNG Câu 1: Giữa hai bản của tụ điện đặt nằm ngang cách nhau d = 40 cm có một điện trường đều E = 60 V/m Một hạt bụi
có khối lượng m = 3 g và điện tích q = 8.10–5 C bắt đầu chuyển động từ trạng thái nghỉ từ bản tích điện dương về phía tấm tích điện âm Bỏ qua ảnh hưởng của trọng trường Xác định vận tốc của hạt tại điểm chính giữa của tụ điện
A 100 cm/s2 B 1,6 m/s2 C 3 m/s2 D 8,6 m/s2
Hướng dẫn:
+ Gia tốc của hạt trong chuyển động này là
5 3
qE 8.10 60
Đáp án B
Câu 2: Một electron bay vào trong một điện trường theo hướng ngược với hướng đường sức với vận tốc 2000 km/s
Vận tốc của electron ở cuối đoạn đường sẽ là bao nhiêu nếu hiệu điện thế ở cuối đoạn đường so với đầu đoạn đường
đó là 15 V
A 3,05.106 m/s B 4,05.106 m/s C 5,06.106 m/s D 1,05.106 m/s
Trang 9Hướng dẫn:
+ Động năng của electron ở cuối đoạn đường bằng tổng công của lực điện và động năng của electron ở đầu đoạn đường
0
Đáp án A
Câu 3: Một electron bắt đầu chuyển động dọc theo chiều đường sức điện trường của một tụ điện phẳng không vận tốc
ban đầu, hai bản cách nhau một khoảng d = 2 cm và giữa chúng có một hiệu điện thế U = 120 V Electron sẽ có vận
tốc là bao nhiêu sau khi dịch chuyển được một quãng đường 1 cm
A 4,6.106 m/s B 4.106 m/s C 5,6.106 m/s D 1,05.106 m/s
Hướng dẫn:
+ Cường độ điện trường giữa hai bản là không đổi → 1
1
U U E
→ Tốc độ của electron sau khi đi được 1 cm
19
6 1
31
2qU 2.1,6.10 60
Đáp án A
Câu 4: Hại bụi có khối lượng m = 10–12 g nằm cân bằng giữa điện trường đều giữa hai bản kim loại Biết U = 125 V
và d = 5 cm Nếu hạt bụi này mất đi 5 electron, để hạt bụi tiếp tục nằm cân bằng thì điện áp U giữa hai bản kim loại là
Hướng dẫn:
+ Hạt bụi nằm cân bằng khi lực điện cân bằng với trọng lực → F = P → qU P
d →
12
6
Pd 10 0,05
Mặc khác biểu thức trên cũng cho thấy q ~ U
→
6 19 2
1
Đáp án A
Câu 5: Một electron chuyển động dọc theo một đường sức của điện trường đều có cường độ 364 V/m Electron xuất
phát từ điểm M với vận tốc 3,2.106 m/s Vecto vận tốc của electron cùng hướng với đường sức điện Sau bao lâu kể từ lúc xuất phát electron trở lại M?
Hướng dẫn:
+ Dưới tác dụng của lực điện, hạt chuyển động chậm dần đều với gia tốc
19
13 31
qE 1,6.10 364
m 9,1.10
→ Thời gian để electron quay lại điểm M là 0 6
13
2v 2.3, 2.10
a 6, 4.10
Đáp án A
Câu 6: Một electrôn chuyển động dọc theo hướng đường sức của một điện trường đều có cường độ 100 V/m với vận
tốc ban đầu là 300 km/s Hỏi nó chuyển động được quãng đường dài bao nhiêu thì vận tốc của nó bằng không:
Hướng dẫn:
+ Electron chuyển động dọc theo hướng của đường sức → lực điện gây ra gia tốc ngược chiều chuyển động của electron:
19
13 31
qE 1,6.10 100
m 9,1.10
→ Electron chuyển động chậm dần đều quãng đường đi được 2
5 2
3 0
13
3.10 v
2a 2.1,76.10
Đáp án C
Câu 7: Trong đèn hình của máy thu hình, các electrôn được tăng tốc bởi hiệu điện thế 25000 V Hỏi khi đập vào màn
hình thì vận tốc của nó bằng bao nhiêu, bỏ qua vận tốc ban đầu của nó:
Trang 10A 6,4.107 m/s B 7,4.107 m/s C 8,4.107 m/s D 9,4.107 m/s
Hướng dẫn:
+ Động năng khi electron đập vào màn hình đúng bằng công của lực điện tác dụng lên nó khi di chuyển trong điện trường:
2
1
19
7 31
2qU 2.1,6.10 25000
Đáp án D
Câu 8: Một prôtôn bay theo phương của một đường sức điện trường Lúc ở điểm A nó có vận tốc 2,5.104 m/s, khi đến điểm B vận tốc của nó bằng không Biết nó có khối lượng 1,67.10–27 kg và có điện tích 1,6.10–19 C Điện thế tại A là
500 V, tìm điện thế tại B:
Hướng dẫn:
+ Công của lực điện trong dịch chuyển của hạy từ A đến B bằng độ biến thiên động năng giữa A và B
2
dA A
1,67.10 2,5.10
Đáp án C
Câu 9: Hai tấm kim loại phẳng nằm ngang song song cách nhau 5 cm Hiệu điện thế giữa hai tấm là 50 V Một
electron không vận tốc ban đầu chuyển động từ tấm tích điện âm về tấm tích điện dương Hỏi khi đến tấm tích điện dương thì electron có vận tốc bao nhiêu:
A 4,2.106 m/s B 3,2.106 m/s C 2,2.106 m/s D 1,2.106 m/s
Hướng dẫn:
+ Vận tốc của của electron khi đến tấm tích điện dương
19
7 31
2qU 2.1,6.10 50
Đáp án A
Câu 10: Trong Vật Lý hạt nhân người ta hay dùng đơn vị năng lượng là eV eV là năng lượng mà một electrôn thu
được khi nó đi qua đoạn đường có hiệu điện thế 1 V Tính eV ra Jun, và vận tốc của electrôn có năng lượng 0,1 MeV:
A 1eV = 1,6.1019 J B 1eV = 22,4.1024 J
C 1eV = 9,1.10-31 J D 1eV = 1,6.10-19 J
Hướng dẫn:
+ 1eV = 1,6.10–19 J
Đáp án A
Câu 11: Hai bản kim loại phẳng nằm ngang song song cách nhau 10 cm có hiệu điện thế giữa hai bản là 100 V Một
electrôn có vận tốc ban đầu 5.106 m/s chuyển động dọc theo đường sức về bản âm Tính gia tốc của nó Biết điện trường giữa hai bản là điện trường đều và bỏ qua tác dụng của trọng lực:
A –17,6.1013 m/s2 B 15.9.1013 m/s2 C –27,6.1013 m/s2 D + 15,2.1013 m/s2
Hướng dẫn:
+ Gia tốc của chuyển động
19
13 31
qE qU 1,6.10 100
Đáp án A
Câu 12: Một hạt bụi kim loại tích điện âm khối lượng 10–10 kg lơ lửng trong khoảng giữa hai bản tụ điện phẳng nằm ngang bản tích điện dương ở trên, bản tích điện âm ở dưới Hiệu điện thế giữa hai bản bằng 1000 V, khoảng cách giữa hai bản là 4,8 mm, lấy g = 10 m/s2 Chiếu tia tử ngoại làm hạt bụi mất một số electrôn và rơi xuống với gia tốc 6 m/s2 Tính số hạt electrôn mà hạt bụi đã mất:
A 18000 hạt B 20000 hạt C 24000 hạt D 28000 hạt
Hướng dẫn:
Cường độ điện trường giữa hai bản tụ E U 10003 625000
+ Ban đầu hạt bụi nằm lơ lửng → trọng lực cân bằng với lực điện → qE = mg →
10
15
mg 10 10.3