§5. ĐIỆN THẾ. HIỆU ĐIỆN THẾ
A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
• Điện thế tại một điểm M đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt tại điểm đó một điện tích q (đặc trưng cho điện trường về mặt dự trữ năng lượng).
• Điện thế của điện trường tại điểm M
$V_{M}$ = $\large \frac{A_{M\infty }}{q}$ = $\large \frac{W_{M}}{q}$
• Điện thế ở vô cực bằng không
• Điện thế của điện trường tại một điểm gây ra bởi điện tích điểm Q đặt trong điện trường đồng chất
V = $\large \frac{kQ}{\varepsilon r}$
• Hiệu điện thế giữa hai điểm đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường trong sự di chuyển của điện tích q từ điểm nọ đến điểm kia.
$U_{MN}$ = $V_{M}$ – $V_{N}$ = $\large \frac{A_{MN}}{q}$
B. CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1. Điện thế tại một điểm trong điện trường là gì? Nó được xác định như thế nào?
Giải
Điện thế tại điểm M trong điện trường là đại lượng đặc trưng riêng cho điện trường về khả năng sinh công khi đặt tại đó một điện tích q. Nó được xác định bằng thương số của công của lực điện tác dụng lên q khi q di chuyển từ M ra vô cực và độ lớn của q.
$V_{M}$ = $\large \frac{A_{M\infty }}{q}$
Đơn vị điện thế là vôn (V).
Trong công thức trên, nếu q = 1 C; $A_{M\infty }$ = 1J ⇒ $V_{M}$ = 1V
2. Hiệu điện thế giữa hai điểm trong điện trường là gì?
Giải
Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của lực điện trong sự di chuyển của một điện tích từ M đến N. Nó được xác định bằng thương số của công lực điện tác dụng lên điện tích q trong sự di chuyển từ M đến N và độ lớn của q.
3. Viết hệ thức liên hệ hiệu điện thế giữa hai điểm với công do lực điện sinh ra khi có một điện tích q di chuyển giữa hai điểm đó.
Giải
.png)
4. Viết hệ thức giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường và nói rõ điều kiện áp dụng hệ thức đó.
Giải
.png)
$A_{MN}$ = q.E.d với d = MN
⇒ $U_{MN}$ = $\large \frac{A_{MN}}{q}$ = $\large \frac{qEd}{q}$ = E.d
Vậy U = E.d
Điều kiện áp dụng là khi $\vec{E}$ là điện trường đều
5. Biết hiệu điện thế $U_{MN}$ = 3 V. Hỏi biểu thức nào dưới đây chắc chắn đúng?
A. $V_{M}$ = 3 V;
B. $V_{N}$ = 3 V;
C. $V_{M}$ - $V_{N}$ = 3V;
D. $V_{N}$ - $V_{M}$ = 3V.
Giải
$U_{MN}$ = 3 ⇔ $V_{M}$ - $V_{N}$ = 3V ⇒ Chọn câu C
6. Khi một điện tích q = -2 C di chuyển từ điểm M đến điểm N trong điện trường thì lực điện sinh công -6 J. Hỏi hiệu điện thế $U_{MN}$ có giá trị nào sau đây.
A. +12 V;
B. -12 V;
C. +3 V;
D. -3V.
Giải
$U_{MN}$ = $\large \frac{A_{MN}}{q}$ = $\large \frac{-6}{-2}$ = 3V
⇒ Chọn câu C
7. Chọn câu đúng.
Thả một electron không vận tốc ban đầu trong một điện trường. Electron đó sẽ
A. chuyển động theo một đường sức điện.
B. chuyển động từ điểm có điện thế cao xuống điểm có điện thế thấp.
C. chuyển động từ điểm có điện thế thấp lên điểm có điện thế cao.
D. Đứng yên.
Giải
Do electron mang điện tích âm nên electron chuyển động ngược hướng với điện trường.
⇒ Chọn câu C
8. Hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và cách nhau 1 cm. Hiệu điện thế giữa hai bản dương và âm là 120 V. Hỏi điện thế tại điểm M nằm trong khoảng giữa hai bản, cách bản âm 0,6 cm sẽ là bao nhiêu? Mốc điện thế ở bản âm.
Giải
.png)
Cường độ điện trường giữa hai bản kim loại
E = $\large \frac{U}{d}$ = $\large \frac{120}{10^{-2}}$ = 12000 V/m
Hiệu điện thế giữa bản dương (điểm B) và điểm M
$U_{BM}$ = $V_{B}$ - $V_{M}$ = E.$d_{BM}$ = 12000.4.$10^{-3}$ = 48 V (1)
Mặt khác ta có: U = $U_{AB}$ = $V_{B}$ - $V_{A}$ = 120 V
Với $V_{A}$ = 0 ⇒ $V_{B}$ = 120 V (2)
Từ (1) và (2) ⇒ $V_{M}$ = $V_{B}$ - 48 = 120 – 48 = 72 V.
Vậy điện thế tại điểm M nằm giữa hai bản, cách bản âm 0,6 cm là $V_{M}$ = 72 V
9. Tính công mà lực điện tác dụng lên một electron sinh ra khi nó chuyển động từ điểm M đến điểm N. Biết hiệu điện thế $U_{MN}$ = 50 V.
Giải
Công của lực điện tác dụng lên êlectron khi electron di chuyển từ M đến N
$A_{MN}$ = $U_{MN}$.q = 50.(-1,6.$10^{-19}$) = -80.$10^{-19}$ J = -8.$10^{-18}$J