Giải SGK Vật Lí 11 (Kết nối tri thức) Bài 19: Thế năng điện

Giải Vật Lí 11 Bài 19: Thế năng điện

Khởi động trang 76 Vật Lí 11: Chúng ta đã biết, có sự tương tự giữa chuyển động của một điện tích q trong điện trường đều với chuyển động của một vật khối lượng m trong trường trọng lực. Như vậy thì điện tích q trong điện trường có tồn tại thế năng tương tự như vật khối lượng m trong trọng trường không?

Lời giải:

Điện tích q trong điện trường có tồn tại thế năng tương tự như vật khối lượng m trong trọng trường.

II. Thế năng của một điện tích trong điện trường

Hoạt động trang 77 Vật Lí 11: Một điện tích dương q được đặt tại điểm M trong điện trường đều của một tụ điện có độ lớn của cường độ điện trường là E (Hình 19.2).

1. Chứng minh rằng công mà điện trường đều của tụ điện có thể sinh ra khi dịch chuyển điện tích dương q từ điểm M tới bản cực âm là A = qEd.

2. Hãy nhận xét về công A khi ta thay q bằng một điện tích âm.

Lời giải:

1. Vì lực cùng phương, cùng chiều với độ dịch chuyển nên công của lực điện tác dụng lên điện tích dương là

A = F. s. cos 0⁰ = q. E. d (vì $E=\frac{F}{q}$, s = d)

2. Nếu thay điện tích dương bằng điện tích âm thì công của lực điện sẽ có giá trị âm.

Câu hỏi 1 trang 78 Vật Lí 11: Chứng tỏ rằng, công của lực điện trong sự dịch chuyển của điện tích q từ điểm M đến điểm N sẽ bằng độ giảm thế năng của điện tích q trong điện trường. Hãy mở rộng cho trường hợp M ở xa vô cùng.

Lời giải:

Thế năng của điện tích khi ở điểm M: $W_M=qE{d}_M$

Thế năng của điện tích khi ở điểm N: $W_N=qE{d}_N$

Độ giảm thế năng: $\Delta W=W_M-W_N=qE{d}_M-qE{d}_N=qEd$

Công của lực điện khi điện tích q di chuyển từ M đến N: $A=qEd$

Chứng tỏ công của lực điện trong sự dịch chuyển của điện tích q từ điểm M đến điểm N sẽ bằng độ giảm thế năng của điện tích q trong điện trường.

Mở rộng cho trường hợp M ở xa vô cùng: $\Delta W=W_M-W_N=0-W_N=-qE{d}_N=A_{\infty N}$

Câu hỏi 2 trang 78 Vật Lí 11: Trong điện trường bất kì, khi chọn mốc là ở xa vô cùng, có trường hợp mà số đo thế năng sẽ có giá trị âm không? Hãy vẽ hình minh hoạ.

Lời giải:

Khi chọn mốc là ở xa vô cùng, trường hợp có số đo thế năng âm khi điện tích q âm tại điểm M trong điện trường bị dịch chuyển tới vô cực.

$A_{M\infty }={\text{W}}_M=-q.E.d$

Em có thể trang 78 Vật Lí 11: Xác định được thế năng điện của quả cầu tích điện đều đặt trong điện trường đều của Trái Đất.

Lời giải:

W_M = q.E.d

Trong đó d là khoảng cách từ M đến bản cực âm, W_M là thế năng điện của điện tích q tại điểm M.

Em có thể trang 78 Vật Lí 11: Xác định được công dịch chuyển một điện tích giữa hai điểm trong điện trường đều của Trái Đất.

Lời giải:

Giả sử điện tích di chuyển từ điểm M tới điểm N, ta có:

A_MN = W_M – W_N = (V_M – V_N)q.

Xem thêm các bài giải SGK Vật lí 11 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 17: Khái niệm điện trường

Bài 18: Điện trường đều

Bài 20: Điện thế

Bài 21: Tụ điện

Bài 22: Cường độ dòng điện