Giải SGK Vật Lí 11 (Kết nối tri thức) Bài 20: Điện thế

Giải Vật Lí 11 Bài 20: Điện thế

Khởi động trang 79 Vật Lí 11: Trong thực tế chúng ta gặp những đường dây dẫn điện cao thế, trung thế, hạ thế. Từ "thế" ở đây được hiểu như thế nào? Có liên quan tới thế năng điện đã học ở Bài 19 hay không?

Lời giải:

Từ “thế” trong trường hợp này được hiểu là hiệu điện thế của các cấp điện áp.

Nó có liên quan tới thế năng đã học ở bài 19.

I. Điện thế tại một điểm trong điện trường

Hoạt động 1 trang 79 Vật Lí 11: Để đặt một điện tích q vào điểm M trong điện trường chúng ta cần cung cấp thế năng W_M cho điện tích q. Điều này tương ứng với việc thực hiện một công A dịch chuyển điện tích q từ vô cực về điểm M. Hãy vận dụng công thức (19.3) và (19.4) để thu được công thức: $V=\frac{A}{q}$

Lời giải:

Công thức 19.2: $W_M=A_{M\infty }$

Công thức 19.3: $W_M=V_{M}q$

Điện thế tại điểm M: $V_M=\frac{W_M}{q}=\frac{A_{M\infty }}{q}$ hay $V=\frac{A}{q}$

Hoạt động 2 trang 79 Vật Lí 11: Tỉ số $V=\frac{A}{q}$ như trên được gọi là điện thế của điện trường tại điểm M.

a) Hãy dự đoán điện thế V đặc trưng cho đại lượng nào của điện trường.

b) Xác định độ lớn điện tích q khi điện thế V có giá trị bằng công A thực hiện để dịch chuyển điện tích q từ vô cực về điểm M.

Lời giải:

a) Điện thế V đặc trưng cho điện trường tại điểm đó về phương diện tạo ra thế năng khi đặt tại đó một điện tích q.

b) Độ lớn điện tích q là: $q=\frac{A}{V}$.

II. Mối liên hệ giữa điện thế và cường độ điện trường

Hoạt động trang 80 Vật Lí 11: Hãy vận dụng công thức để chứng tỏ rằng công thực hiện để dịch chuyển điện tích q từ điểm N đến điểm M bằng:

$A_{MN}=\left(V_M-V_N\right)q=U_{MN}q$ (20.3).

Lời giải:

Ta có: $A_{MN}=A_{M\infty }-A_{N\infty }=V_M.q-V_N.q=\left(V_M-V_N\right)q=U_{MN}q$

Em có thể trang 80 Vật Lí 11: Tế bào quang điện chân không (Hình 20.1) gồm một ống hình trụ có một cửa sổ trong suốt, được hút chân không (áp suất trong khoảng 10^-8 mmHg đến 10^-6 mmHg). Trong ống đặt một catôt (cực âm) có khả năng phát xạ electron khi được chiếu sáng và một anôt (cực dương). Electron trong điện trường giữa hai cực sẽ dịch chuyển về phía anôt nếu U_AK > 0. Cho hiệu điện thế U_AK = 45 V được đặt vào giữa hai cực của tế bào quang điện. Khi chiếu xạ ánh sáng phù hợp để catôt phát xạ eletron vào vùng điện trường giữa hai cực. Hãy tính công của điện trường trong dịch chuyển của electron từ catôt tới anôt.

Lời giải:

Công của điện trường trong dịch chuyển của electron từ catôt tới anôt:

$A=qU=-{\mathrm{1,6.10}}^{-19}.45=-{\mathrm{7,2.10}}^{-18}J$

Câu hỏi trang 80 Vật Lí 11:Tính thế năng điện của một electron đặt tại điểm M có điện thế bằng 1 000 V.

Lời giải:

Thế năng $W_M=V_M.q=1000.\left(-{\mathrm{1,6.10}}^{-19}\right)=-{\mathrm{1,6.10}}^{-16}J$

Câu hỏi trang 82 Vật Lí 11: Vận dụng mối liên hệ giữa điện thế và cường độ điện trường để xác định điện thế tại một điểm cách mặt đất 5 m ở nơi có điện trường của Trái Đất là 114 V/m.

Lời giải:

Chọn mặt đất là mốc điện thế, nên điện thế tại mặt đất V_đ = 0

Hiệu điện thế tại điểm M cách mặt đất 5 m khi đó là: U = V_M – V_đ = V_M

Lại có: U = E.d = 114.5 = 570 (V). Suy ra điện thế tại điểm cần xét là 570 V.

Em có thể trang 82 Vật Lí 11: Giải thích được ý nghĩa của hiệu điện thế giữa hai điểm.

Lời giải:

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.

Em có thể trang 82 Vật Lí 11: Vận dụng được mối liên hệ giữa thế năng điện với điện thế để tính được thế năng điện của điện tích nằm trong điện trường.

Lời giải:

Thế năng điện của điện tích nằm trong điện trường được tính theo công thức

W_M = V_M.q

Em có thể trang 82 Vật Lí 11: Tính được công dịch chuyển một điện tích q từ điểm N đến điểm M trong điện trường.

Lời giải:

Công dịch chuyển một điện tích q từ điểm N đến điểm M trong điện trường.

A_NM = (V_M – V_N).q = U_MN.q

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

Bài 18: Điện trường đều

Bài 19: Thế năng điện

Bài 21: Tụ điện

Bài 22: Cường độ dòng điện

Bài 23: Điện trở. Định luật Ôm