30 Bài tập về hiệu điện thế (2024) có đáp án chi tiết nhất

Bài tập về hiệu điện thế

I. Lý thuyết

1. Điện thế 

a) Khái niệm điện thế.

 Điện thế tại một điểm đặc trưng cho điện trường về phương diện tạo ra thế năng của điện tích q. Ta gọi nó là điện thế tại M :

$V_M={\displaystyle \frac{W_M}{q}}={\displaystyle \frac{A_{M\mathrm{\infty }}}{q}}$         (5.1)

b) Định nghĩa

Điện thế tại một điểm M trong điện trường là đại lượng đặc trưng riêng cho điện trường về khả năng sinh công khi đặt nó tại một điện tích q. Nó được xác định bằng thương số của công của lực điện tác dụng lên q khi q di chuyển từ M ra vô cực và độ lớn của q :

$V_M={\displaystyle \frac{A_{M\mathrm{\infty }}}{q}}$

c) Đơn vị  điện thế.

Đơn vị điện thế là Vôn, kí hiệu là V.

Trong công thức (5.1), nếu q = 1 C, A_M∞  = 1 J thì V_M­ = 1 V.        

d) Đặc điểm của điện thế.

- Điện thế là đại lượng số. Trong công thức $V_M={\displaystyle \frac{A_{M\mathrm{\infty }}}{q}}$  vì q  > 0 nên nếu A_M∞  >0 thì V_M­ > 0. Nếu A_M∞ < 0 thì V_M < 0.

- Điện thế của đất và của một điểm ở vô cực thường lấy bằng 0. (V_đất = 0).

- Điện thế tại điểm M gây bởi điện tích q: $V_M=k\frac{q}{r}$

- Điện thế tại một điểm do nhiều điện tích gây ra: $V=V_1+V_2+...+V_M$

2. Hiệu điện thế

a) Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N là hiệu điện thế giữa V_M­ và V_N. (Hình 5.1)

U_MN = V_M – V_N.              (5.2)

b) Định nghĩa 

Từ công thức (5.2) ta suy ra :

$U_{MN}={\displaystyle \frac{A_{M\mathrm{\infty }}}{q}}-{\displaystyle \frac{A_{N\mathrm{\infty }}}{q}}={\displaystyle \frac{A_{M\mathrm{\infty }}-A_{N\mathrm{\infty }}}{q}}$

Mặt khác ta có thể viết A_M∞ =A_MN + A_N∞ 

Kết quả thu được :$U_{MN}={\displaystyle \frac{A_{MN}}{q}}$      (5.3)

Vậy hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích từ M đến N. Nó được xác định bằng thương số công của lực điện tác dụng lên điện tích q trong sự di chuyển của M và N và độ lớn của q.

Đơn vị hiệu điện thế cũng là Vôn (V).

Vôn là hiệu điện thế giữa hai điểm mà nếu di chuyển điện tích q = 1 C từ điểm nọ đến điểm kia thì lực điện sinh công là 1 J.

c) Đo hiệu điện thế

Người ta đo hiệu điện thế tĩnh điện bằng tĩnh điện kế.

d)Hệ thức giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường 

$U_{MN}={\displaystyle \frac{A_{MN}}{q}}=Ed$ hay $E={\displaystyle \frac{U_{MN}}{d}}={\displaystyle \frac{U}{d}}$   (5.4)

Công thức này cho thấy tại sao ta lại dùng đơn vị của cường độ điện trường là Vôn trên mét (V/m).

II. Ví dụ minh hoạ

A. 3,84.10^-18 J

B. -3,84.10^-18 J

C. 1,5.10²⁰ J

D. -1,5.10²⁰ J

Ví dụ 2: Biểu thức nào sau đây sai:

A. U_MN= V_N- V_M

C. U_MN= -U_MN

D. U_MN= E.d

Đáp án: A

+ Điện thế tại một điểm M đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt tại đó một điện tích q:

+ Hiệu điện thế giữa hai điểm đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường trong sự di chuyển của điện tích q từ điểm nọ đến điểm kia:

Ví dụ 3: Điện tích q di chuyển trong điện trường giữa hai điểm M, N có hiệu điện thế U_MN=2,4V thì lực điện trường sinh công -3,84.10^-6J. Giá trị của điện tích q là

A.1,6.10^-6C

B.-1,6.10^-6C

C.1,2.10^-6C

D.-1,2.10^-6C

Đáp án: B

III. Bài tập vận dụng

Bài 1: Có hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và cách nhau 1cm. 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. 72V

B. -12V

C. 3V

D. 30V

Bài 2: Ba điểm A, B, C là ba đỉnh của một tam giác vuông trong điện trường đều, cường động E = 5000 V/m. Đường sức điện trường song song với AC. Biết AC = 4 cm, CB = 3 cm và . Tính công di chuyển một electron từ A đến B.

A. 5,2.10^-17J

B. 3,2.10^-17J

C. -5,2.10^-17J

D. -3,2.10^-17J

Đáp án: D

Ta có U_AB = E.AB.cosα = E.AC = 200 V

Suy ra công dịch chuyển electron:

A_AB = eU_AB = -3,2.10^-17J

Bài 3: Giữ hai bản của một tụ điện phẳng, đặt nằm ngang có một hiệu điện thế U₁ = 1000 V, khoảng cách giữa hai bản là d = 1 cm. Ở đúng giữa hai bản có một giọt thủy ngân nhỏ tích điện, nằm lơ lửng. Đột nhiên hiệu điện thế giảm xuống chỉ còn U₂ = 995 V. Hỏi sau bao lâu giọt thủy ngân rơi xuống bản dương?

A. 1,68s

B. 2,02s

C. 3,25s

D. 0,45s

Đáp án: D

+ Khi giọt thủy ngân nằm cân bằng:

+ Khi giọt thủy ngân rơi xuống bản dương thì gia tốc của nó là:

+ Thời gian rơi:

Bài 4: Một electron bay trong điện trường giữa hai bản của một tụ điện đã được tích điện và đặt cách nhau 2 cm, với vận tốc 3.10⁷ m/s theo phương song song với các bản của tụ điện. Hiệu điện thế giữa hai bản phải là bao nhiêu để electron lệch đi 2,5 mm khi đi được quãng đường 5 cm trong điện trường.

A. 100V

B. 200V

C. 50V

D. 110V

Đáp án: B

+ Gia tốc chuyển động của electron:

+ Mặt khác

+ Từ hai biểu thức trên ta thu được

Bài 5: Một quả câu tích điện có khối lượng 0,1g nằm cân bằng giữa hai bản tụ điện phẳng đứng cạnh nhau d = 1 cm. Khi hai bản tụ được nối với hiệu điện thế U = 1000 V thì dây treo quả cầu lệch khỏi phương thẳng đứng một góc α = 10^o. Điện tích của quả cầu bằng

A. q₀ = 1,33.10^-9C

B. q₀ = 1,31.10^-9C

C. q₀ = 1,13.10^-9C

D. q₀ = 1,76.10^-9C

Đáp án: D

Bài 6: Một electron bay với vận tốc 1,2.10⁷ m/s từ điểm M có điện thế V_M = 900V dọc theo một đường sức điện trong một điện trường đều. Biết điện tích của electron bằng -1,6.10^-19 C, khối lượng của electron bằng 9,1.10^-31 kg. Điện thế tại điểm N mà ở đó electron dừng lại là:

A. 1035V

B. 490,5V

C. 450V

D. 600V

Đáp án: B

Bài 7: Một hạt bụi khối lượng m mang điện tích q > 0 nằm cân bằng trong điện trường đều giữa hai bản kim loại mang điện tích trái dấu. Khoảng cách giữa hai bản là d. Hiệu điện thế giữa hai bản là U. Nhận xét nào sau đây sai?

A. Hạt bụi cân bằng d tác dụng của lực điện trường cân bằng với trọng lực

B. Đường sức của điện trường đều hướng thẳng đứng từ trên xuống dưới

C. Điện tích của hạt bụi là 

D. Hai bản kim loại được đặt nằm ngang, bản tích điện âm ở phía trên

Đáp án: B

Hạt bụi cân bằng do tác dụng của lực điện trường cân bằng với trọng lực

Vì trọng lực P→ hướng thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới nên lực điện F→ có hướng thẳng đứng, chiều từ dưới đi lên.

Mà F→ = qE→ và q > 0 nên F→ cùng hướng với E→⇒E→ có hướng thẳng đứng, chiều từ dưới đi lên. Suy ra, các đường sức điện trường đều có hướng thẳng đứng, chiều từ dưới đi lên ⇒ hai bản kim loại được đặt nằm ngang, bản tích điện âm ở phía trên.

Bài 8: Một electron chuyển động dọc theo một đường sức điện trong điện trường đều giữa hai bản kim loại tích điện trái dấu. Hiệu điện thế giữa hai bản là 120V. Biết rằng electron được đặt không vận tốc ban đầu cách bản điện tích dương 1,5cm. Khoảng cách giữa hai bản là 2cm. Điện tích của electron bằng -1,6.10^-19 C, khối lượng electron bằng 9,1.10^-31 kg. Vận tốc của electron khi đến bản dương là:

A. 2,425.10⁶m/s

B. 2,425.10⁵m/s

C. 5,625.10⁶m/s

D. 5,625.10⁵m/s

Đáp án: C

Electron được đặt không vận tốc ban đầu, chịu tác dụng của lực điện trường F→ = qE→ ngược chiều E→ làm nó chuyển động dọc theo đường sức điện về phía bản tích điện dương. Lực điện trường sinh công làm tăng động năng của electron:

(với d₁ = -0,015m là hình chiếu đường đi của electron trên một đường sức điện, electron chuyển động ngược chiều E→ nên d₁ < 0).

Bài 9: Chọn đáp án đúng. Khi một điện tích q = -2C di chuyển từ điểm M đến điểm N trong điện trường thì lực điện sinh công -6J. Hỏi hiệu điện thế UMN bằng bao nhiêu?

A. +12V

B. -12V

C. +3V

D. -3V

Đáp án: C

Hiệu điện thế U_MN bằng:

Bài 10: Chọn câu đúng. Thả cho một êlectron không có vận tốc đầu trong một điện trường. Êlectron đó có

A. Chuyển động dọc theo một đường sức điện.

B. Chuyển động từ điểm có 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.

Xem thêm các dạng câu hỏi và bài tập liên quan khác:

30 Bài tập về Năng lượng và ứng dụng của tụ điện (2024) có đáp án chi tiết nhất

30 Bài tập về Điện thế, hiệu điện thế, tụ điện (2024) có đáp án chi tiết nhất

70 Bài tập về Điện thế. Hiệu điện thế (có đáp án năm 2024)

30 Bài tập về Nguồn điện (2024) có đáp án chi tiết nhất