KHỞI ĐỘNG

Câu hỏi: 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?

Giải chi tiết:

Điện thế là đại lượng vật lý đặc trưng riêng cho điện trường về khả năng tạo ra năng lượng tiềm năng (thế năng), thế năng sẽ cung cấp năng lượng cho các điện tích dịch chuyển trong điện trường (giống như trong trường hấp dẫn thế năng của lực hấp dẫn sẽ cung cấp năng lượng cho vật ở độ cao h chuyển động rơi về phía tâm trái đất).

I. ĐIỆN THẾ TẠI MỘT ĐIỂM TRONG ĐIỆN TRƯỜNG

Câu 1: 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:

Giải chi tiết:

Ta có:

Công thức (19.3): trong đó AM là công thức điện dịch chuyển điện tích từ điểm M đến vô cùng. cũng chính bằng công A cần thực hiện để dịch chuyển điện tích q từ vô cùng về điểm M.

Công thức (19.4): W_M = V_Mq, trong đó V_M thường kí hiệu đơn giản là V.

Câu 2: Tỉ số 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.

Giải chi tiết:

a) Điện thế tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho điện trường tại điểm đó về thế năng, được xác định bằng công dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ vô cực về điểm đó.

b) Điện tích q có độ lớn .

II. MỐI LIÊN HỆ GIỮA ĐIỆN THẾ VÀ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG

Câu 1: Hãy vận dụng công thức V = A/q để chứng tỏ rằng công thực hiện để dịch chuyển điện tích q từ điểm N đến điểm M bằng: A_MN = (V_M - V_N)q = U_MNq.

Giải chi tiết:

Xét cung đường dịch chuyển từ vô cùng tới điểm M có đi qua điểm N:

Hiệu điện thế U_MN bằng độ biến thiên thế năng từ M đến N: U_MN = V_M - V_N

Câu 2: 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 đến10^-6 mmHg). Trong ống đặt một catôt (cực âm) có khả năng phát xạ electron khi chiếu 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 electron vào vùng điện trường giữa hai cực. Hãy tính công của điện trường trong dịch chuyển của electron từ catôt tới anôt.

Giải chi tiết:

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

A_KA = e.U_AK = 1,6.10^-19.45 = 720.10^-20 (J)

Câu 3: Tính thế năng điện của một electron đặt tại điểm M có điện thế bằng 1000 V.

Giải chi tiết:

Thế năng điện của một electron đặt tại điểm M là:

W_M = V_M.e = 1000.1,6.10^-19 = 1,6.10^-16(J)

Câu 4: 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.

Giải chi tiết:

Khi mốc điện thế tại mặt đất bằng 0, áp dụng công thức

Ta có: , vì chiều của MN cùng chiều với chiều điện trường nên điện thế tại điểm cần tìm cách mặt đất 5m là: V = E.h = 114.5 = 570 (V)