Giải SBT Vật lí 11 Kết nối mới bài 20: Điện thế

20.1. Đơn vị của điện thế là:

A. vôn (V).

B. jun (J).

C. vôn trên mét (V/m).

D. oát (W).

Trả lời:

Đáp án đúng: A

Đơn vị của điện thế là vôn (V), ngoài ra người ta còn dùng đơn vị kilôvôn (kV), 1kV = 1000 V.

20.2. Điện thế tại một điểm M trong điện trường bất kì có cường độ điện trường không phụ thuộc vào

A. vị trí điểm M.

B. cường độ điện trường $\overrightarrow{E}$.

C. điện tích q đặt tại điểm M.

D. vị trí được chọn làm mốc của điện thế.

Trả lời:

Đáp án đúng: C

Điện thế tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho điện trường tại điểm đó về thể năng, được xác định bằng công dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ vô cực về điểm đó: $V =\frac{A}{q}$

Điện thế có mối liên hệ với thế năng điện:

$V_{M} = \frac{W_{M}}{q}=\frac{qEd}{q}=Ed$

Điện thế tại một điểm M trong điện trường bất kì có cường độ điện trường không phụ thuộc vào điện tích q đặt tại điểm M.

20.3. Biết điện thế tại điểm M trong điện trường đều trái đất là 120 V. Mốc thế năng điện được chọn tại mặt đất. Electron đặt tại điểm M có thế năng là

A. -192.10$^{-19}$ V.

B. -192.10$^{-19}$ J.

C. 192.10$^{-19}$ V.

D. 192.10$^{-19}$ J.

Trả lời:

Đáp án đúng: B

Thế năng của của electron đặt tại điểm M là: $W=V.e=120.(-1,6.10^{-19})=-192.10^{-19}$ (J).

20.4. Khi ta tích điện âm cho một viên bi sắt hình cầu, do các electron cùng mang điện âm nên chúng đẩy nhau và phân bố ở phía ngoài viên bi. Trong lõi viên bị hoàn toàn trung hoà về điện. Với viên bi sắt nhiễm điện âm như vậy thì:

A. Phần lõi có điện thế cao hơn lớp ngoài.

B. Phần lớp ngoài có điện thể cao hơn phần lõi. 

C. Điện thế của mọi điểm trong viên bi là như nhau.

D. A và C đều có thể đúng.

Trả lời:

Đáp án đúng: C

Công thức tính điện thế: $V=\frac{A}{q}=Er=\frac{Q}{4\pi\varepsilon_{o}}$ (J)

Viên bi sắt nhiễm điện âm có điện thế của mọi điểm trong viên bi là như nhau.

20.5. Tại nơi có điện trường trái đất bằng 115 V/m, người ta đặt hai bản phẳng song song với nhau và song song với mặt đất. Bản thứ nhất cách mặt đất 1 m và được nối với mặt đất bằng một dây đồng. Bản thứ hai cách mặt đất 1,073 m và được tích điện dương. Hiệu điện thế đo được giữa hai bản là 1,5 V. Chọn mặt đất là mốc điện thế, điện thế bản nhiễm điện dương bằng

A. 1,5 V.

B. 8,39 V. 

C. 0 V.

D. -8,39 V.

Trả lời:

Đáp án đúng: A

Điện thế bản nhiễm điện dương là: 

$V_{M}-V_{-}=U_{M(-)}=1,5\Rightarrow V_{M}=1,5+9.10^{9}\frac{-1,6.10^{-19}}{1^{2}}=1,5 (V)$

20.6. Trong điện trường của một điện tích Q cố định, công để dịch chuyển một điện tích q từ vô cùng về điểm M cách Q một khoảng r có giá trị bằng $A_{\infty M}=q\frac{Q}{4\pi\varepsilon_{0}r}$. M là một điểm cách Q một khoảng 1 m và N là một điểm cách Q một khoảng 2 m.

a) Hãy tính hiệu điện thế $U_{MN}$

b) Áp dụng với $Q = 8.10^{- 10}$ C Tính công cần thực hiện để dịch chuyển một electron từ M đến N.

Trả lời:

a) Hiệu điện thế $U_{MN}=V_{M}-V_{N}\Rightarrow\frac{Q}{4\pi\varepsilon_{o}QM}-\frac{Q}{4\pi\varepsilon_{o}QN}$

Mà $A_{\infty M}=q\frac{Q}{4\pi\varepsilon_{0}r}\Rightarrow V_{M}=\ frac{Q}{4\pi\varepsilon_{0}r}=\frac{Q}{4\pi\varepsilon_{0}}$

$\Rightarrow U_{MN}=\frac{Q}{4\pi\varepsilon_{o}}-\frac{Q}{4\pi\varepsilon_{o}.2}=\frac{Q}{8\pi\varepsilon_{o}}$

b) Công cần thực hiện để dịch chuyển một electron từ M đến N là: 

$A_{MN}=U_{MN}.e=\frac{8.10^{-10}}{8\pi\varepsilon_{o}}.1,6.10^{-19}=\frac{-1,6.10^{-29}}{\pi\varepsilon}$ (J).

20.7. Một đám mây dông bị phân thành hai tầng, tầng trên mang điện dương cách xa tầng dưới mang điện âm. Đo bằng thực nghiệm, người ta thấy điện trường trong khoảng giữa hai tầng của đám mây dông đó gần đều, hưởng từ trên xuống dưới với E = 830 V/m, khoảng cách giữa hai tầng là 0,7 km, điện tích của tầng phía trên ước tính được bằng Q1 = 1,24 C. Coi điện thế của tầng mây phía dưới là V$_{1}$.

a) Hãy tính điện thế của tầng mây phía trên.

b) Ước tính thế năng điện của tầng mây phía trên.

Trả lời:

a) Mối liên hệ giữa cường độ điện trường và điện thế:

$E_{M} = \frac{V_{M}-V_{N}}{\overline{MN}}$ 

với M là điểm ở tầng mây phía dưới, N là điểm ở tầng mây phía trên, $\overline{MN}$ được tính ngược chiều đường sức điện nên có giá trị âm

$\Rightarrow$ Điện thế của tầng mây phía trên:

$V_{N} = V_{2}= V_{1} + 581 000$ (V). 

b) Mối liên hệ giữa thế năng điện và điện thế $W_{M} = Vq$. 

$\Rightarrow$ Thế năng điện của tầng mây phía trên:

W₂ = (V₁ +581 000).1,24 (J)

20.8. Tiếp tục đo bằng thực nghiệm tầng mây phía dưới của đám mây dông ở Bài 20.8, người ta thấy nó nằm cách mặt đất khoảng 6 450 m. Trong khoảng không gian nằm giữa mặt đất và tầng dưới đám mây có điện trường đều hướng thẳng đứng từ dưới lên trên với E = 250 V/m. Điện tích của tầng dưới đám mây ước tính được là Q2 = –2,03 C.

a) Chọn mốc điện thế là mặt đất, hãy ước tính điện thế của tầng phía dưới đám mây dông trên.

b) Tính thế năng điện của tầng dưới đám mây dông đó.

Trả lời:

a) Điện trường ($\overrightarrow{E_{2}}$) hướng từ dưới lên trên $\overline{MN}$ được tính ngược chiều đường sức điện nên có giá trị âm, điểm M là điểm ở tầng thấp đám mây, điểm N là điểm trên mặt đất trong công thức $E_{M}=\frac{V_{M} - V_{N}}{\overline{MN}}$. 

Ta có điện thế của tầng thấp đám mây là:

$V_{M} =V_{N} +E_{M} \overline{MN}=0+250.(-6 450)= - 1612 500$V

b) Thế năng điện của tầng dưới đám mây dông là:

$W_{M} = Vq =-1612 500.(-2,03)=3 273 375$ J

20.9. Một viên bi hình cầu bán kính R = 3 cm được đặt cách mặt đất 1,2 m. Tích điện dương cho viên bi tới khi mật độ điện tích ρ = 1,44.10$^{-8}$ (C/m$^{3}$) được phân bố đều trong viên bi. Thực hiện đo theo phương thẳng đứng từ mặt đất lên viên bi cho thấy cường độ điện trường có phương thẳng đứng, hướng đi xuống mặt đất, độ lớn có giá trị được ghi vào bảng sau:

a) Tính điện tích mà viên bị đã tích được.

b) Hãy ước tính điện thế của viên bi sau khi tích điện.

c) Xác định năng lượng cần dùng để tích điện cho viên bi như trên khi bỏ qua các hao phí.

Trả lời:

a) Thể tích của quả cầu là: $V=\frac{4}{3}\pi r^{3}=\frac{4}{3}\pi 0,03^{3}= 3,6\pi ^{-5} (m^{3})$

Điện thế của viên bi sau khi tích điện là: $q=\rho . V\approx  163.10^{- 14}$ (C)

b) $E_{M}=E_{N}=E=\frac{U_{MN}}{d_{MN}}=\frac{V_{M}-V_{N}}{ \overline{MN}}$

Áp dụng công thức trên để tính cho từng đoạn đã đo. Với chú ý mốc tính điện thế tại mặt đất và lấy E là trung bình trong đoạn đó, ta tính được $V \approx 317,55V $ 

c) Năng lượng cần dùng để tích điện cho viên bi như trên khi bỏ qua các hao phí là:

$W = Vq =317,55.163.10^{- 14}=5,176.10^{-10}$ J