Vật lý 11 Bài 5: Điện thế và hiệu điện thế

1.1.1. Khái niệm điện thế

• Điện thế tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho điện trường về phương diện tạo ra thế năng của điện tích.

1.1.2. Định nghĩa

• Điện thế tại một điểm M trong điện trường là đại lượng đặc trưng 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 xa vô cực và độ lớn của q

• Công thức:  \({V_M} = \frac{{{A_{M\infty }}}}{q}\)

• Đơn vị điện thế là vôn (V).

\(1V = \frac{{1J}}{{1C}}\)

1.1.3. Đặc điểm của điện thế

• Điện thế là đại lượng đại số. Thường chọn điện thế ở mặt đất hoặc một điểm ở vô cực làm mốc (bằng 0).

• Với q > 0, nếu \({A_{M\infty }} > 0\) thì \({V_M} > {\rm{ }}0\) ; nếu \({A_{M\infty }} < 0\) thì \({V_M} < {\rm{ }}0\).

1.2.1. Định nghĩa

• Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N trong điện trường là đại lượng 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 giữa công của lực điện tác dụng lên điện tích q trong sự di chuyển của q từ M đến N  và độ lớn của q.

\({U_{MN}} = {\rm{ }}{V_M}-{V_N} = \frac{{{A_{MN}}}}{q}\)

• Đơn vị hiệu điện thế là V (Vôn)

1.2.2. Đo hiệu điện thế

• Đo hiệu điện thế tĩnh điện bằng tĩnh điện kế.

1.2.3. Hệ thức liên hệ giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường

Xét 2 điểm M, N trên một đường sức điện của một điện trường đều

• Hiệu điện thế: 

\({U_{MN}} = \frac{{{A_{MN}}}}{q} = Ed\)

• Cường độ điện trường:  

\(E = \frac{{{U_{MN}}}}{d} = \frac{U}{d}\)

Công thức này đúng cho trường hợp điện trường không đều, nếu trong khoảng d rất nhỏ dọc theo đường sức điện, cường độ điện trường thay đổi không đáng kể.

• Chú ý:

  • Điện thế, hiệu điện thế  là một đại lượng vô hướng có giá trị dương hoặc âm;

  • Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N trong điện trường có giá trị xác định còn điện thế tại một điểm trong điện trường có giá trị phụ thuộc vào vị trí ta chọn làm gốc điện thế.

  • Trong  điện trường,  véctơ cường độ điện trường có hướng từ nơi có điện thế cao sang nơi có điện thế thấp;

Hướng dẫn giải:

• Áp dụng công thức tính hiệu điện thế của một điện tích q di chuyển từ điểm M đến điểm N trong điện trường.

• Ta có: \({U_{MN}} = \frac{{{A_{MN}}}}{q} =  - \frac{6}{{ - 2}} = 3V\)

Bài 2:

 Cho ABC là một tam giác vuông góc tại A được đặt trong điện trường đều \(\vec E\)  .Biết \(\alpha  = \widehat {ABC} = {60^0},BC = 6cm,\,{U_{BC}} = 120V\)

 a). Tìm  \({U_{AC,}}\,\,{U_{BA}}\) và độ lớn  \(\vec E\)  .

 b). Đặt thêm ở C một điện tích \(q{\rm{ }} = {\rm{ }}{9.10^{ - 10}}C\) .Tính cường độ điện trường tổng hợp tại A.

Hướng dẫn giải:

a.  là \(\frac{1}{2}\)  tam giác đều, vậy nếu BC = 6cm.

Suy ra: BA = 3cm và \(AC = \frac{{6\sqrt 3 }}{2} = 3\sqrt 3 \)

\({U_{BA}} = {\rm{ }}{U_{BC}} = {\rm{ }}120V,{\rm{ }}{U_{AC}} = {\rm{ }}0\)

\(E = \frac{U}{d} = \frac{{{U_{BA}}}}{{BA}} = 4000V/m\)  .

b. \(\overrightarrow {{E_A}}  = \overrightarrow {{E_C}}  + \vec E \Rightarrow {E_A} = \sqrt {{E_C}^2 + {E^2}}  = 5000V/m\)

Qua bài giảng Điện thế và hiệu điện thế này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Trình bày được ý nghĩa, định nghĩa, đơn vị, đặc điểm của điện thế và hiệu điện thế.

• Nêu được mối liên hệ giữa hiệu điện thể và cường độ điện trường, giải bài tập tính điện thế và hiệu điện thế.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lý 11 Bài 5 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

• Câu 1:

  Biết hiệu điện thế \(U_{{MN}} = 3 V\). Hỏi đẳng thức nào sau đây chắc chắn đúng ?

  • A. \(V_M = 3 V\). 
  • B. \(V_N = 3 V\).
  • C. \(V_M - V_N = 3 V\).          
  • D. \(V_N - V_M = 3 V\).

• Câu 2:

  Khi một điện tích q = -2C di chuyển từ điểm M đến điểm N trong điện trường thì lực điện sinh công -6 J. Hỏi hiệu điện thế \(U_{{MN}}\) có giá trị nào sau đây ?

  • A. +12 V. 
  • B. -12 V.
  • C. +3 V.
  • D. -3 V.

• Câu 3:

  Thả một êlectron không vận tốc ban đầu trong một điện trường bất kì, êlectron sẽ :

  • A. Chuyển động dọc theo một đường sức điện.
  • B. Chuyển động từ một điểmcó điện thế cao xuống điểm có điện thế thấp.
  • C. Chuyển động từ điểm có điện thế thấp lên điểm có điện thế cao.
  • D. Đứng yên.

• Câu 4:

  Có hai bản kim loại phẳng song song với nhau và cách nhau 1 cm. Hiệu điện thế giữa hai bản dương và bản 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.

  • A.  \(V_M = 42 V\).   
  • B.  \(V_M = 48 V\).   
  • C.  \(V_M = 70 V\).   
  • D.  \(V_M = 72 V\).   

• Câu 5:

  Tính công mà lực điện tác dụng lên một êlectron sinh ra khi nó chuyển động từ điểm M đến điểm N. Biết hiệu điện thế \(U_{MN} = 50 V\).

  • A. \(-8.10^{-18}J.\)
  • B. \(-6.10^{-18}J.\)
  • C. \(-4.10^{-18}J.\)
  • D. \(-8.10^{-16}J.\)

Câu 6- Câu 14: Xem thêm phần trắc nghiệm để làm thử Online 

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lý 11 Bài 5 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Bài tập 3 trang 40 SGK Vật lý 11 nâng cao

Bài tập 4 trang 40 SGK Vật lý 11 nâng cao

Bài tập 5.1 trang 11 SBT Vật lý 11

Bài tập 5.2 trang 11 SBT Vật lý 11

Bài tập 5.3 trang 12 SBT Vật lý 11

Bài tập 5.4 trang 12 SBT Vật lý 11

Bài tập 5.5 trang 12 SBT Vật lý 11

Bài tập 5.6 trang 12 SBT Vật lý 11

Bài tập 5.7 trang 12 SBT Vật lý 11

Bài tập 5.8 trang 13 SBT Vật lý 11

Bài tập 5.9 trang 13 SBT Vật lý 11

Bài tập 5.10 trang 13 SBT Vật lý 11

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!