Giải SGK Vật lí 11 (Cánh diều) Bài 3: Điện thế, hiệu điện thế, tụ điện

Giải Vật lí 11 Bài 3: Điện thế, hiệu điện thế, tụ điện

Mở đầu trang 75 Vật Lí 11: Để dịch chuyển một điện tích dương đến gần điện tích dương khác, cần phải đẩy nó để thắng lực đẩy giữa chúng, Hình 3.1. Trong trường hợp này, ta nói rằng cần phải thực hiện một công để di chuyển một điện tích lại gần một điện tích khác.

Năng lượng của một điện tích di chuyển trong điện trường được xác định như thế nào?

Lời giải:

Năng lượng của một điện tích di chuyển trong điện trường được xác định bằng công của lực điện trường tác dụng lên điện tích dương q và có độ lớn: A = qEd.

I. Thế năng của điện tích trong điện trường

Giải Vật Lí 11 trang 76

Câu hỏi 1 trang 76 Vật Lí 11: Vì sao đường biểu diễn sự thay đổi thế năng điện trong điện trường đều ở Hình 3.2 là một đường thẳng?

Lời giải:

Vì thế năng tỉ lệ thuận với khoảng cách theo công thức W_M = A = qEd.

Câu hỏi 2 trang 76 Vật Lí 11: Vì sao thế năng của điện tích tăng theo chiều ngược với chiều của cường độ điện trường?

Lời giải:

Thế năng của điện tích tăng theo chiều ngược với chiều của cường độ điện trường vì:

- Mốc tính thế năng ở bản âm.

- Khi đưa một điện tích dương đến gần bản dương, công mà ta thực hiện đã chuyển thành thế năng điện của điện tích và làm tăng thế năng của nó trong điện trường.

- Nhìn vào hình vẽ ta có thể thấy ngay khi điện tích di chuyển đến gần bản dương thì thế năng tăng theo chiều ngược với chiều của cường độ điện trường.

Giải Vật Lí 11 trang 77

Câu hỏi 3 trang 77 Vật Lí 11: So sánh công của lực điện dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ điểm đang xét ra vô cùng và công thực hiện để dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ vô cùng về điểm đang xét.

Lời giải:

Công của lực điện dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ điểm đang xét ra vô cùng có độ lớn bằng với công thực hiện để dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ vô cùng về điểm đang xét nhưng trái dấu.

II. Điện thế và hiệu điện thế

Câu hỏi 4 trang 77 Vật Lí 11: Điện thế tại một điểm trong điện trường là gì?

Lời giải:

Điện thế tại một điểm trong điện trường là đại lượng đặc trưng cho điện trường tại điểm đó về thế năng của điện tích q trong điện trường đó.

Luyện tập 1 trang 78 Vật Lí 11: Cho hai bản cực song song, cách nhau 25 cm như hình 3.3. Hiệu điện thế giữa hai bản là 2 kV.

a) Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B là bao nhiêu?

b) Cường độ điện trường tại C và tại D là bao nhiêu?

c) Tìm lực điện tác dụng lên một điện tích +5 µCđặt tại C.

Lời giải:

a) Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B là 2kV.

b) Cường độ điện trường giữa hai bản tụ cũng chính là cường độ điện trường tại mọi điểm phía trong bản tụ (vì đây là điện trường đều).

$E=\frac{U}{d}=\frac{2000}{\mathrm{0,25}}=8000V/m$

c) Lực điện tác dụng lên điện tích đặt tại C

$F=qE={5.10}^{-6}.8000=\mathrm{0,04}N$

III. Tụ điện

Câu hỏi 5 trang 81 Vật Lí 11: Vì sao tụ điện có năng lượng?

Lời giải:

Khi tụ điện chưa được tích điện thì điện tích của tụ bằng không, hiệu điện thế của tụ điện cũng bằng không.

Khi tụ được tích điện, nguồn điện thực hiện công đưa các điện tích đến các bản tụ điện. Tức là phải thực hiện công để đẩy electron lên bản này và kéo chúng ra khỏi bản kia. Theo định luật bảo toàn năng lượng, công này bằng năng lượng của tụ điện.

Giải Vật Lí 11 trang 82

Luyện tập 2 trang 82 Vật Lí 11: Một tụ điện có điện dung 2 000 µFđược tích điện đến hiệu điện thế 10 V. Tính năng lượng của tụ điện.

Lời giải:

Năng lượng của tụ $W=\frac{C{U}^2}{2}=\frac{{2000.10}^{-6}{.10}^2}{2}=\mathrm{0,1}J$

Câu hỏi 6 trang 82 Vật Lí 11:

Lời giải:

Các em tham khảo ví dụ dưới đây:

Vận dụng trang 82 Vật Lí 11: Cho các dụng cụ sau: Một tụ điện có điện dung 100 µF và hiệu điện thế định mức khoảng 12 V; 4 pin 1,5 V; Một LED; Một điện trở 50Ω; công tắc, dây dẫn điện. Nêu phương án dùng các dụng cụ này chứng minh tụ điện có lưu trữ năng lượng.

Lời giải:

Phương án chứng minh tụ điện có lưu trữ năng lượng:

Bước 1: Mắc nối tiếp 4 pin lại với nhau để được bộ nguồn có hiệu điện thế lớn hơn.

Bước 2: Nối hai bản của tụ điện với 2 cực của bộ pin, khi đó pin sẽ tích điện cho tụ.

Bước 3: Tháo tụ ra khỏi mạch trên, lắp 2 bản của tụ vào 2 cực của đèn LED, công tắc, điện trở thì khi đóng công tắc ta thấy đèn LED sáng. Chứng tỏ tụ điện có lưu trữ năng lượng.

Xem thêm các bài giải SGK Vật Lí lớp 11 Cánh diều hay, chi tiết khác: