SGK Vật Lí 11 - Bài 4. Công của lực điện

  • Bài 4. Công của lực điện trang 1
  • Bài 4. Công của lực điện trang 2
  • Bài 4. Công của lực điện trang 3
  • Bài 4. Công của lực điện trang 4
1-
. . .
■ ■■
q
?
F
Hình 4.1
 Công GỦA Lực ĐIỆN
Tương tác tĩnh điện có nhiều điếm tương đồng với tương tác hấp dẫn. Ta sẽ thấy, công cúa lực điện cũng có những điểm tương tự như công của trọng lực.
-CÔNG CỦA Lực ĐIỆN
Đặc điểm của lực điện tác dụng lên một điện tích đặt trong điện trường đều
Đặt điện tích q dương ( 0) tại một điểm M trong điện trường đều (Hình 4.1), nó sẽ chịu tác dụng của một lực điện F = qE. Lực F là lực không đổi, có phương song song vói các đường sức điện, chiều hướng từ bản dương sang bản âm, độ lớn bằng qE.
Công của lực điện trong điện trường đều
a) Điện tích q dương di chuyển theo đường thẳng MN, làm với các đường sức điện một góc a, với MN = s (Hình 4.2). Ta có công của lực điện :
= F-S = Fscosa
với	F = qE và scosa = d thì :
^MN = 9Ed	(4 1)
trong đó d - MH là độ dài đại số, với M là hình chiếu của điểm đầu đường đi, H là hình chiếu của điểm cuối đường đi trên một đường sức. Ta chọn chiều dương cho MH cùng chiều với chiều của đường sức.
Vì q > 0 nên F cùng chiều với Ẽ . Do đó, a vừa là góc giữa lực điện F và độ dời S, vừa là góc giữa hướng của đường sức và hướng của độ dời ĩ.
Nếu a 0, do đó d > 0 (MH cùng chiều đường sức) và ÂMN > 0.
Nếu a > 90° thì cosa < 0, do đó d < 0 (MH ngược chiều đường sức) và ÂMN < 0.
Trong trường hợp q < 0, ta có thể chứng minh công thức (4.1) vẫn đúng và quy ước về dấu của d vẫn giữ như trên.
Điện tích q di chuyển theo đường gấp khúc MPN. Tương tự như trên, ta có ;
ríMPN = ^\cosai+ F52cosa2
Với ijCosaj + 52cos«2 - d, ta lại có.:
^MPN = qEd
Kết quả trên có thể mở rộng cho các trường hợp đường đi từ M đến N là một đường gấp khúc hoặc đường cong.
Như vậy, côhg của lực điện trong sự di chuyển của điện tích trong điện trường đều từ M đến N là AMN = qEd, không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị tri của diêm đầu M và điểm cuối -N của đường đi. HI
Công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích trong điện trường bất kì
Người ta cũng đã chứng minh đựợc rằng, công của lực điện trong sự di chuyển, của một điện tích q từ điểm M đến điểm N trong một điện trường bất kì không phụ thuộc hình dạng đường đi từ M đến N mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của M và N (Hình 4.3). Đây là một tính chất chung của điện trường tĩnh điện. Đặc tính này cho thấy, trường tĩnh điện là một trường thế. K3
- THÊ NĂNG CỦA MỘT ĐIỆN TÍCH TRONG ĐIỆN TRƯỜNG
HI Hãy nêu sự tương tự giữa công của lực điện trong trường hợp này với công của trọng lực.
GB Cho một điện tích điểm Q nằm tại tâm của một vòng tròn. Khi di chuyển một điện tích thử q dọc theo cung MN của vòng tròn đó thì công của lực điện sẽ bằng bao nhiêu ?
Khái niệm về thê' năng của một điện tích trong điện trường
Ở đây, ta hiểu độ giảm thế năng là hiệu giữa giá trị của thế năng ở điểm đầu và giá trị của thế năng ở điểm cuối. Độ giảm thế năng là một đại lượng đại số.
BĨ Thế năng của điện tích thử q trong điện trường của điện tích điểm Q nêu ở C2 sẽ thay đổi thế nào khi q di chuyển dọc theo cung MN ?
Tương tự như thế năng của một vật trong trọng trường, thế năng của một điện tích q trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt điện tích q tại điểm mà ta xét trong điện trường.
Ta sẽ lấy số đo thế năng của điện tích trong điện trường là công mà điện trường có thể sinh ra khi cho điện tích di chuyển từ điểm mà ta xét đến điểm mốc để tính thế năng. Điểm mốc thường được coi là điểm mà lực điên hết khả năng sinh công.
Đối với một điện tích q (dương) đặt tại điểm M trong điện trường đều thì công này là :
A = qEd = 1Tm
trong đó d là khoảng cách từ điểm M đến bản âm ; VkM là thế năng của điện tích q tại M.
Trong trường hợp điện tích q nằm tại điểm M trong một điện trường bất kì do nhiều điện tích gây ra thì có thể lấy thế năng bằng công của lực điện khi di chuyển q từ M ra vô cực (ÂMoo). Đó là vì ở vô cực, tức là ở rất xa các điện tích gây ra điện trường, thì điện trường bằng 0 và lực điện cũng bằng 0. Do vậy :
=	(4-2)
Sự phụ thuộc của thê năng	vào điện tích q
Vì độ lớn của lực điện luôn tỉ lệ thuận với điện tích thử q nên công ÂMoovà do đó, thế năng của điện tích tại M cũng tỉ lệ thuận với q :
Avix = Wm -	(4.3)
VM là một hệ số tỉ lệ, không phụ thuộc q mà chỉ phụ thuộc vị trí điểm M trong điện trường.
Công của lực điện và độ giảm thế năng của điện tích trong điện trường
Từ định luật bảo toàn và chuyển hoá năng lượng, ta có thể suy ra kết quả sau đây :
Khi một điện tích q di chuyển từ điểm M đến điểm N trong một điện trường thì công mà lực điện tác dụng lên điện tích đó sinh ra sẽ bằng độ giảm thê' năng của điện tích q trong điện trường. EE
^MN - Wn
‘(4.4)
E
Công cùa lực điện trong sự di chuyển của một điện tích không phụ thuộc hình dạng đường đi mà chi phụ thuộc vị trí điểm đầu và điểm cuối của đường đi trong điện trường. Thê' nẳng của một điện tích điểm q tại điểm M trong điện trường :
= ^M°o =
Thê' năng tỉ lệ thuận với q.
Công của lực điện bằng độ giảm thê' năng của điện tích trong điện trường.
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
Hỉ
Viết công thức tính công của lực điện trong sự di chuyển của một điện tích trong một điện trường đều.
Nêu đặc điểm của cõng của lực điện tác dụng lên điện tích thử q khi cho q dl chuyển trong điện trường.
Thế năng của điện tích q trong một điện trường phụ thuộc vào q như thế nào ? ’
Cho điện tích thử q di chuyển trong một điện trường đéu dọc theo hai đoạn thẳng MN và NP.
Biết rằng lực điện sinh công dưong và MN dài hon NP. Hỏi kết quả nào sau đây là đúng, khi so sánh các công AMN và ANP của lục điện ?
A- AMN > ANP.
B- AMN < ANp.
C- 4mn = Anp.
D. Cả ba trường họp A, B, c đéu có thể xảy ra.
Một electron di chuyên đưọc đoạn đường 1 cm, dọc theo một đường sức điện, dưới tác dụng của lực điện trong một điện trường đéu có cường độ điện trường 1 000 v/m. Hỏi công của lực điện có giá trị nào sau đây ?
A.-1,6.10“16J.	B. +1,6.10“16J.
c. —1.6.10-18 J.	D.+1,6.10“18J.
Cho một điện tích di chuyển trong điện trường dọc theo một đường cong kín, xuất phát từ điểm M rổi trở lại điểm M. Công của lục điện bằng bao nhiêu ?
Một electron được thả không vận tốc ban đáu ở sát bản âm, trong điện trường đều giữa hai bản kim loại phẳng, tích điện trái dấu. Cường
• độ điện trường giữa hai bản là 1 000 v/m. Khoảng cách giữa hai bản là 1 cm.
Tính động năng của electron khi nó đến đập vào bản dương.
Cho một điện tích dưong Q đặt tại điểm 0. Đặt một điện tích ãm q tại điểm M. Chứng minh rằng thế năng của q ở M có giá trị âm.