Bài 4: 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 8.106m/s... II.BÀI TẬP VẬN DỤNG.[r]
Trang 1O x
y b
d
l
0
CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐIỆN TÍCH ĐIỂM TRONG ĐIỆN TRƯỜNG ĐỀU
A.LÍ THUYẾT
Một điện tích điểm q dương, khối lượng m bay vào điện trường đều tại điểm M (Điện trường đều được tạo bởi hai bản kim loại phẳng rộng đặt song song, đối diện nhau, hai bản được tích điện trái dấu và bằng nhau về độ lớn) với vận tốc ban đầu V 0
q, Viết phương trình quĩ đạo của điện tích q rồi xét các trường hợp của góc
l(m), Hai bản cách nhau d(m), gia tốc trọng trường là g
Lời giải:
**Chọn hệ trục tọa độ 0xy:
0x: theo phương ngang(Vuông góc với các
đường sức)
0y: theo phương thẳng đứng từ trên xuống dưới
(Cùng phương, chiều với đường sức)
Gọi α là góc mà vectơ vận tốc ban đầu của điện
Tích hợp với phương thẳng đứng
Lực điện : F q.E
Hai lực này có phương, chiều cùng phương chiều
với.Đường sức điện(Cùng phương chiều với trục 0y)
.Phân tích chuyển động của q thành hai chuyển động
thành phần theo hai trục 0x và 0y
1 Xét chuyển động của q trên phương 0x.
Trên phương này q không chịu bất kì một lực nào nên q
Sẽ chuyển động thẳng đều trên trục 0x với vận tốc không
2 Xét chuyển động của q theo phương 0y:
F+P
q.E
g
(3)
*Vận tốc của q trên trục 0y ở thời điểm t là: Vy= V0y+ a.t = V0.cos + (
q.E g
=> Phương trình chuyển động của q trên trục 0y: y = V0.cos t +
1
2(
q.E g
TÓM LẠI: Đặc điểm chuyển động của q trên các trục là:
Trang 2O x
y b
d
l
0
Trên trục 0x
x
0
x=V sin t
y
2 0
q.E
m
q.E
m
1 q.E
2 m
c c
** Phương trình quĩ đạo chuyển động của điện tích q là(
khử t ở phương trình tọa độ theo trục 0y bằng cách rút t = 0
x
y = V0.cos 0
x
V cos + 1 2(q.E m g
)
2 0
x
y = cotg x +
1
1
q.E g
Vậy quĩ đạo của q có dạng là một Parabol(Trừ nhận giá trị góc 00, 1800 sẽ nêu ở dưới)
Chú ý:Bài toán chuyển động của e thường bỏ qua trọng lực
B.CÁC DẠNG BÀI TẬP
DẠNG 1: VECTƠ VẬN TỐC CỦA ĐIỆN TÍCH CÙNG HƯỚNG ĐƯỜNG SỨC
a Góc =0 (Ban đầu q chuyển động vào điện trường theo hướng của đường sức)
Trường hợp này V 0cùng hướng với E .
Dựa vào (I), (II) Ta có:
Trên trục 0x
x
0
x=V sin t=0
(III)
trên trục 0y:
y
q.E
m
c c
v 0 hướng cùng chiều dương, xét tổng hợp lực theo 0y, nếu nó hướng cùng chiều dương thì vật chuyển động nhanh dần đều
Trang 31 Thời gian mà q đến bản âm: khi đó y= b => b=
2 0
1 q.E
2 Vận tốc khi q đập vào bản âm là V xác định theo 2 cách:
C1: Thay t ở (9) vào vào công thức vận tốc của IV=> V
C2: Áp dụng công thức liên hệ giữa vận tốc, gia tốc và đường đi trong chuyển động thẳng nhanh dần đều:
2.a.S = V2 - V0 tức là 2.a.b = V2 - V0 (10)
v 0 hướng cùng chiều dương, xét tổng hợp lực theo 0y, nếu nó hướng ngược chiều dương thì vật chuyển động
chậm dần đều đến khi v=0 thì chuyển động nhanh dần đều theo hướng nguợc lại
II.BÀI TẬP VẬN DỤNG
Bài 1:Giữa 2 bản của tụ điện đặt nằm ngang cách nhau d=40 cm có một điện trường đều E=60V/m Một hạt bụi có
khối lượng m=3g và điện tích q=8.10-5C 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
ĐS:v=0,8m/s
Bài 2: Một electron bay vào trong một điện trường theo hướng ngược với hướng đường sức với vận tốc 2000km/s.
Vận tốc của electron ở cuối đoạn đường sẽ là bao nhiêu nếu hiệu điện thế ở cuối đoạn đường đó là 15V
ĐS:v=3,04.10 6 m/s
Bài 3: Một electron bắt đầu chuyển động dọc theo chiều đường sức điện trường của một tụ điện phẳng, hai bản
cách nhau một khoảng d = 2cm và giữa chúng có một hiệu điện thế U = 120V Electron sẽ có vận tốc là bai nhiêu
sau khi dịch chuyển được một quãng đường 1cm
Bài 4: 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 8.106m/s Hiệu điện thế tụ phải có giá trị nhỏ nhất là bao nhiêu để electron
không tới được bản đối diện
ĐS:U>=182V
a.Tính điện tích hạt bụi?
b.Nếu hạt bụi mất đi 5e thì muốn hạt bụi cân bằng , U=?
Trang 4O x
y b
d
l
0
v
E
DẠNG 2: VECTƠ VẬN TỐC CỦA ĐIỆN TÍCH NGƯỢC HƯỚNG ĐƯỜNG SỨC I.LÍ THUYẾT
b Góc =180 0 (Ban đầu q vào điện trường ngược hướng đường sức)
Trường hợp này V 0ngược hướng với véc tơ cường độ điện trườngE .
Dựa vào I, II ta có:
Trên trục 0x
x
0
x=V sin t=0
Trên trục 0y:
y
q.E
m
c c
Nếu tổng hợp lực điện và trọng lực trên phương Oy mà hướng cùng Oy thì vật chuyển động theo hai quá trình.
+
Giả sử: Khi đến N thì q dừng lại, quá trình này diễn ra trong thời gian t1 thỏa mãn:
q.E
m
= 0 => t1=
0
V q.E g
m (11)
Quãng đường MN=S được xác định: 2.a.S = V2- V0 = - V0 (12) (V0 trong trường hợp này lấy giá trị âm vìV 0 ngược hướng 0y)
* Nếu S > d - b thì q chuyển động thẳng chậm dần đều ngược chiều dương trục 0y và đập vào bản dương gây ra
va chạm
Ở đây a chỉ xét S < d- b (Điểm N vẫn nằm trong khoảng không gian giữa hai bản)
+
Quá trình 2 : Tại N điện tích q bắt đầu lại chuyển động thẳng nhanh dần đều theo trục 0y Với vận tốc tại N bằng không, gia tốc a = y
q.E
m
và bài toán như trường hợp =0
Nếu tổng hợp lực điện và trọng lực trên phương Oy mà ngược hướng cùng Oy thì vật chuyển động nhanh dần đều theo hướng ngược Oy.
Trang 5II.BÀI TẬP VẬN DỤNG
1 Một e có vận tốc ban đầu vo = 3 106 m/s chuyển động dọc theo chiều đường sức của một điện trường có cường
độ điện trường E = 1250 V/m Bỏ qua tác dụng của trọng trường, e chuyển động như thế nào?
Đ s: a = -2,2 1014 m/s2, s= 2 cm
2 Một e chuyển động với vận tốc ban đầu 104 m/s dọc theo đường sức của một điện trường đều được một quảng đường 10 cm thì dừng lại
a Xác định cường độ điện trường
b Tính gia tốc của e
Đ s: 284 10-5 V/m 5 107m/s2
3 Một e chuyển động dọc theo đường sức của một điện trường đều có cường độ 364 V/m e xuất phát từ điểm M
với vận tốc 3,2 106 m/s,Hỏi:
a e đi được quảng đường dài bao nhiêu thì vận tốc của nó bằng 0 ?
b Sau bao lâu kể từ lúc xuất phát e trở về điểm M ?
Đ s: 0,08 m, 0,1 s
4: Một electron bay từ bản âm sang bản dương của một tụ điện phẳng Điện trường trong khoảng hai bản tụ có
a Tính gia tốc của electron (1,05.1016 m/s2)
b tính thời gian bay của electron biết vận tốc ban đầu bằng 0.(3ns)
c Tính vận tốc tức thời của electron khi chạm bản dương (3,2.107 m/s2)
5: Giữa hai bản kim loại đặt song song nằm ngang tích điện trái dấu có một hiệu điện thế U1=1000V khoảng cách giữa hai bản là d=1cm Ở đúng giưã hai bản có một giọt thủy ngân nhỏ tích điện dương nằm lơ lửng Đột nhiên
DẠNG 3: VECTƠ VẬN TỐC CỦA ĐIỆN TÍCH VUÔNG GÓC ĐƯỜNG SỨC I.LÍ THUYẾT
c Góc =90 0(Ban đầu q bay vào theo hướng vuông góc vơi đường sức điên)
Dưa vào I, II ta có:
Trên trục 0y:
y
0
q.E
m
c c
Từ trên ta khẳng định q chuyển động như chuyển độngcủa vật bị ném ngang
Thời gian để q đến được bản âm là t1 thỏa mãn: y = b b =
2 1
1 q.E
2 m => t1 (13)
Để kiểm tra xem q có đập vào bản âm không ta phải xét: x =V t0 1 ≤ l (14)
II.BÀI TẬP VẬN DỤNG
Trang 6Bài1 Một e được bắn với vận tốc đầu 2 10-6 m/s vào một điện trường đều theo phương vuông góc với đường sức
tích của e là –1,6 10-19C, khối lượng của e là 9,1 10-31 kg
Đ s: F = 1,6 10-17 N a = 1,76 1013 m/s2 vy = 1, 76 106 m/s, v = 2,66 106 m/s
Bài 2 Một e được bắn với vận tốc đầu 4 107 m/s vào một điện trường đều theo phương vuông góc với các đường sức điện Cường độ điện trường là 103 V/m Tính:
a Gia tốc của e
b Vận tốc của e khi nó chuyển động được 2 10-7 s trong điện trường
Đ s: 3,52 1014 m/s2 8,1 107 m/s
Bài 3 Cho 2 bản kim loại phẳng có độ dài l=5 cm đặt nằm ngang song song với nhau,cách nhau d=2 cm Hiệu
điện thế giữa 2 bản là 910V Một e bay theo phương ngang vào giữa 2 bản với vận tốc ban đầu v0=5.107 m/s Biết e
ra khỏi được điện trường Bỏ qua tác dụng của trọng trường
1) Viết ptrình quĩ đạo của e trong điện trường(y=0,64x2)
2) Tính thời gian e đi trong điện trường? Vận tốc của nó tại điểm bắt đầu ra khỏi điện trường?(10-7s, 5,94m/s)
3) Tính độ lệch của e khỏi phương ban đầu khi ra khỏi điện trường? ( ĐS: 0,4 cm)
Bài 4: Một electron bay trong điện trường giữa hai bản của một tụ điện đã tích điện và đặt cách nhau 2cm với
electron lệch đi 2,5mm khi đi được đoạn đường 5cm trong điện trường
Bài 5.Sau khi được tăng tốc bởi U=200V, một điện tử bay vào chính giữa hai bản tụ theo phương song song hai
bản.Hai bản có chiều dài l=10cm, khoảng cách giữa hai bản d=1cm.Tìm U giữa hai bản để điện tủ không ra khỏi đuợc tụ?
ĐS: U>=2V
Bài 6.Một e có động năng 11,375eV bắt đầu vào điện trường đều nằm giữa hai bản theo phương vuông góc với
đường sức và cách đều hai bản
a.Tính vận tốc v0 lúc bắt đầu vào điện trường?
b,Thời gian đi hết l=5cm của bản
c.Độ dịch theo phương thẳng đứng khi e ra khỏi điện trường, biết U=50V, d=10cm
d.Động năng và vận tốc e tại cuối bản
Bài 7.Điện tử mang năng lượng 1500eV bay vào tụ phẳng theo hướng song song hai bản.Hai bản dài l=5cm, cách
ĐS:U=120V
DẠNG 4: VECTƠ VẬN TỐC CỦA ĐIỆN TÍCH XIÊN GÓC ĐƯỜNG SỨC
d Trường hợp góc 90 0 < < 180 0 thì điện tích q chuyển động như một vật bị ném xiên lên
Tọa độ của đỉnh Parabol là:
(Dựa theo công thức y = cotg x +
1
1
x=
0
cotg
.
2 V sin
(15)
Trang 7y= - V0 cos2α +
1
2.V02..4.cos2α = V0 cos2α (16) Xột xem q cú đập dương hay khụng:
Xem tọa độ đỉnh:y>b-d thỡ cú và ngược lại thỡ khụng
Xột xem q cú đập vào bản õm hay khụng:
Thời gian để q cú tọa độ y = b là tthỏa món phương trỡnh (13)
Kiểm tra xem khi đú x< l hay chưa
e Trường hợp 0 0 < < 90 0 thỡ q chuyển động như vật
bị nộm xiờn xuống
Tọa độ đỉnh của Parabol là x=0, y=0
q đập vào bản õm thời điểm t1 thỏa món y = b
(Nếu x(t1) > l thỡ q bay ra ngoài mà khụng đập vào bản õm chỳt nào)
Thường là x(t1) < l nờn q đập vào bản õm tại điểm K
K cỏch mộp trỏi bản õm khoảng x(t1)
II.BÀI TẬP VẬN DỤNG
Bài 1: Hai bản kim loại nối với nguồn điện không đổi có hiệu điện thế U = 228 V Hạt electron có vận tốc ban
d-ơng góc 600.
a, Tìm quỹ đạo của electron sau đó
b, Tính khoảng cách h gần bản âm nhất mà electron đã đạt tới, bỏ qua tác dụng của trọng lực
Bài 2:Hai bản kim loại tớch điện trỏi dấu đặt cỏch nhau d=3cm, chiều dài mỗi bản l=5cm Một điện tử lọt vào giữa
song với hai bản? ĐS: U=47,9V