Giải chi tiết Vật lí 11 kết nối mới bài 19: Thế năng điện

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Chúng ta đã biết, có sự tương tự giữa chuyển động của một điện tích q trong điện trưởng 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?

Hướng dẫn trả lời:

Điện tích q trong điện trường có tồn tại thế năng tương tự như vật khối lượng m trong trọng trường. Thế năng của điện tích q trong điện trường đều đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường đều khi đặt điện tích q tại điểm đang xét.

I. CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN

II. THẾ NĂNG CỦA MỘT ĐIỆN TÍCH TRONG ĐIỆN TRƯỜNG

Hoạt động: 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 diện 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.

Hướng dẫn trả lời: 

1. Công điện trường đều của tụ điện có thể sinh ra khi dịch chuyển điện tích dương q từ điểm M tới bản cực âm bằng chính công của lực điện trường trong dịch chuyển này
A = F.d mà F = E.q $\Rightarrow$ A = E.q.d
2. Với q<0 thì lúc này ta sẽ thu được công âm A<0. 
Trong trường hợp này, lực điện trường sẽ hướng lên bản nhiễm điện dương và ngược chiều với chiều chuyển động của điện âm. Do đó, điện trường sẽ sinh một công âm và cản trở chuyển động.

Câu hỏi 1: 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.

Hướng dẫn trả lời:

Chúng ta đã biết rằng, công của lực điện trong sự dịch chuyển điện tích q không phụ thuộc vào hình dạng quãng đường mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối của độ dịch chuyển. Do đó, nếu xét dịch chuyển từ điểm M đến vô cực theo hai cung đường khác nhau từ M đến vô cùng mà cung đường thứ hai đi qua điểm N ta sẽ có cùng kết quả:
A_M∞ = A_MN∞=W_M (1)
Mặt khác: A_M∞ = A_MN + A_N∞ =A_MN + W_N (2)
Từ (1) và (2) ta có: 
W_M = A_MN +W_N hay bằng A_MN = W_M - W_N

Câu hỏi 2: 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 hay không? Hãy vẽ hình minh họa.

Hướng dẫn trả lời:

– Trong điện trường của một diện tích dương, khi ta đặt một điện tích âm q < 0 tại điểm M thì thế năng của điện tích âm sẽ có giá trị âm vì lực điện tác dụng lên q ngược chiều với chiều dịch chuyển từ M đến vô cùng.

– Trong điện trường của điện tích âm, tại điểm N ta đặt một điện tích q > 0, ta cũng có thế năng của điện tích q tại N có giá trị âm.