Lý thuyết Điện trường đều (Kết nối tri thức) hay, chi tiết

Lý thuyết Điện trường đều (Kết nối tri thức) hay, chi tiết | Lý thuyết Vật lí 11

Giang Ngày: 14-11-2023 Lớp 11

507

Toptailieu.vn xin giới thiệu Lý thuyết Điện trường đều (Kết nối tri thức) hay, chi tiết | Lý thuyết Vật lí 11. Bài viết gồm phần lý thuyết trọng tâm nhất được trình bày một cách dễ hiểu, dễ nhớ bên cạnh đó là bộ câu hỏi trắc nghiệm có hướng dẫn giải chi tiết để học sinh có thể vận dụng ngay lý thuyết, nắm bài một cách hiệu quả nhất. Mời các bạn đón xem:

Lý thuyết Điện trường đều (Kết nối tri thức) hay, chi tiết | Lý thuyết Vật lí 11

A. Lý thuyết Điện trường đều

I. Khái niệm điện trường đều

- Điện trường đều là điện trường mà cường độ điện trường tại mỗi điểm có giá trị bằng nhau về độ lớn, giống nhau về phương và chiều.

II. Điện trường đều giữa hai bản phẳng nhiễm điện song song

- Có thể tạo ra điện trường đều bằng cách sử dụng hai bản kim loại được đặt song song và cách nhau khoảng d. Hiệu điện thế giữa hai bản là U (theo Hình 18.1).

- Trong thí nghiệm, dây treo điện tích q < 0 luôn lệch so với phương thẳng đứng một góc không đổi tại mọi điểm trong không gian giữa hai bản kim loại, chứng tỏ điện trường giữa hai bản kim loại là đều.

- Cường độ điện trường giữa hai bản phẳng nhiễm điện trái dấu đặt song song có độ lớn bằng tỉ số giữa hiệu điện thế giữa hai bản phẳng và khoảng cách giữa chúng: E = U/d.

- U là hiệu điện thế giữa hai bản phẳng, đơn vị là vôn (V); d là khoảng cách giữa hai bản phẳng, đơn vị là mét (m). E là cường độ điện trường giữa hai bản phẳng, đơn vị là vôn/mét (V/m).

Lý thuyết Điện trường đều – Vật lí 11 Kết nối tri thức (ảnh 1)

IV. Ứng dụng

- Gần bề mặt Trái Đất luôn có một điện trường có phương thẳng đứng, hướng từ trên xuống dưới, cường độ từ 100 V/m đến 200 V/m.

=> Trong một không gian hẹp gần bề mặt Trái Đất, điện trường được coi là đều vì các đường sức điện trường có thể coi là song song và cách đều.

- Các hạt bụi như sợi bông, bụi khói xe... thường nhiễm điện dương, tập trung gần mặt đất, gây hại cho sức khoẻ khi hít vào phổi.

- Công nghệ ion âm lọc không khí là một công nghệ tiên tiến để làm sạch không khí bằng cách tạo ra ion âm để diệt khuẩn, làm trung hoà các bụi mịn tích điện dương để chúng rơi xuống đất.

- Công nghệ này được áp dụng trên nhiều sản phẩm như máy lọc không khí, máy hút ẩm, máy điều hoà...

Lý thuyết Điện trường đều – Vật lí 11 Kết nối tri thức (ảnh 1)

Sơ đồ tư duy về "Điện trường đều''

Lý thuyết Góc lượng giác (Kết nối tri thức) Vật lí 11 (ảnh 1)

B. Bài tập Điện trường đều

Câu 1. Hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện phẳng bằng U = 300 V. Một hạt bụi nằm cân bằng giữa hai bản tụ điện và cách bản dưới của tụ điện d₁ = 0,8 cm. Hỏi trong bao nhiêu lâu hạt bụi sẽ rơi xuống mặt bản tụ, nếu hiệu điện thế giữa hai bản giảm đi một lượng ΔU = 60 V.

A. t = 0,9 s.

B. t = 0,19 s.

C. t = 0,09 s.

D. t = 0,29 s.

Hạt bụi nằm cân bằng chịu tác dụng của trọng lực P và lực điện F: P = F

Trước khi giảm U: $P = m g . q . E = q \frac{U}{d} \Rightarrow m = \frac{q U}{d g}$

Sau khi giảm U: $F_{1} = \frac{q (U - Δ U)}{d}$

Hiệu lực F – F1 gây ra gia tốc cho hạt bụi: $F - F_{1} = \frac{q . Δ U}{d} = m a \Rightarrow a = \frac{Δ U . g}{U}$

Ta có: $d_{1} = \frac{a t^{2}}{2} \Rightarrow t = \sqrt{\frac{2 d_{1}}{a}} = \sqrt{\frac{2 d_{1} U}{Δ U . g}} = 0,09 s$

Đáp án đúng là C

Câu 2. Phát biểu nào sau đây không phải đặc điểm của lực điện tác dụng lên một điện tích dương đặt trong điện trường đều là:

A. Điểm đặt tại điện tích điểm.

B. Phương song song với các đường sức từ.

C. Ngược chiều với $\vec{E}$ .

D. Độ lớn F = qE.

Lực điện cùng chiều với E, khi q > 0.

Đáp án đúng là C.

Câu 3. Một quả câu tích điện có khối lượng 0,1 g nằm cân bằng giữa hai bản tụ điện phẳng đứng cạnh nhau d = 1 cm. Khi hai bản tụ được nối với hiệu điện thế U = 1000 V thì dây treo quả cầu lệch khỏi phương thẳng đứng một góc a = 10°. Điện tích của quả cầu bằng

A. q_o= 1,33.10^-9 C.

C. q_o = 1,13.10^-9 C.

B. q_o = 1,31.10^-9 C.

D. q_o = 1,76.10^-9 C.

Các lực tác dụng lên quả cầu $\vec{P}; \vec{F}; \vec{T}$

$\vec{P} + \vec{F} + \vec{T} = \vec{0}$

Ta có: $F = P . \tan α = q_{0} . E = q_{0} \frac{U}{d}$

$\Rightarrow q_{0} = \frac{m g d \tan α}{U} = \frac{{0,1.10}^{- 3} .0,01.10. \tan 10^{0}}{1000} = {1,76.10}^{- 9} C$

Đáp án đúng là D

Câu 4. Giữa hai bản kim loại phẳng song song cách nhau 4 cm có một hiệu điện thế không đổi 50 V. Cường độ điện trường ở khoảng giữa hai bản kim loại là

A. 5000 V/m.

B. 1250 V/m.

C. 2500 V/m.

D. 1000 V/m.

Từ biểu thức $U = E . d \Rightarrow E = \frac{U}{d} = \frac{50}{0,04}$ = 1250 V/m

Đáp án đúng là B.

Câu 5. Bắn một electron với vận tốc đầu rất nhỏ vào một điện trường đều giữa hai bản kim loại phẳng theo phương song song với các đường sức điện (hình dưới). Electron được tăng tốc trong điện trường. Ra khỏi điện trường, nó có vận tốc bằng 10⁷ m/s. Tính hiệu điện thế giữa U_AB giữa hai bản. Điện tích của electron -1,6.10^-19 C. Khối lượng của electron là 9,1.10^-31 kg.

Trắc nghiệm Vật Lí 11 Kết nối tri thức Bài 18 (có đáp án): Điện trường đều

A. 284 V.

B. -284 V.

C. -248 V.

D. 248 V.

Công của lực điện trường tác dụng lên electron bằng độ biến thiên động năng.

$A = q U_{A B} = \frac{m v^{2}}{2} - \frac{m v_{0}^{2}}{2} \Leftrightarrow U_{A B} = \frac{m v^{2}}{2 q} = - 284 V$

Đáp án đúng là B

Câu 6. Một electron chuyển động dọc theo đường sức của một điện trường đều. Cường độ điện trường có độ lớn bằng 100 V/m. Vận tốc ban đầu của electron là 3.10⁵ m/s, khối lượng của electron là 9,1.10^-31 kg. Từ lúc bắt đầu chuyển động đến khi có vận tốc bằng 0 thì electron đã đi được quãng đường

A. 5,12 mm.

B. 0,256 m.

C. 5,12 m.

D. 2,56 mm.

Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng trong điện trường đều

Trắc nghiệm Vật Lí 11 Kết nối tri thức Bài 18 (có đáp án): Điện trường đều

Đáp án đúng là B

Câu 7. Hai bản kim loại phẳng song song mang điện tích trái dấu, cách nhau 2 cm, cường độ điện trường giữa hai bản là 3.10³ V/m. Một hạt mang điện q = 1,5.10^-2 C di chuyển từ bản dương sang bản âm với vận tốc ban đầu bằng 0, khối lượng của hạt mang điện là 4,5.10^-6 g. Vận tốc của hạt mang điện khi đập vào bản âm là

A. 4.10⁴ m/s.

B. 2.10⁴ m/s.

C. 6.10⁴ m/s.

D. 10⁵ m/s.

Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng trong điện trường đều

$q E d = \frac{1}{2} m v^{2} \Rightarrow v = \sqrt{\frac{2 q E d}{m}} = \sqrt{\frac{{2.1,5.10}^{- 2} {.3.10}^{3} .0,02}{{4,5.10}^{- 9}}} = {2.10}^{4} m / s$

Đáp án đúng là B

Câu 8. Một hạt bụi nhỏ có khối lượng m = 0,1 mg, nằm lơ lửng trong điện trường giữa hai bản kim loại phẳng. Các đường sức điện có phương thẳng đứng và chiều hướng từ dưới lên trên. Hiệu điện thế giữa hai bản là 120 V. Khoảng cách giữa hai bản là 1 cm. Xác định điện tích của hạt bụi. Lấy g = 10 m/s².

A. 8,3.10^-8 C.

B. 8,0.10^-10 C.

C. 3,8.10^-11 C.

D. 8,9.10^-11 C.

Hạt bụi nằm cân bằng, chịu tác dụng của trọng lực và lực điện. Vì trọng lực hướng xuống nên lực điện phải hướng lên. Mà cường độ điện trường hướng từ dưới lên trên nên điện tích q dương.

$P = F \Leftrightarrow m g = q E = q \frac{U}{d} \Rightarrow q = \frac{m g d}{U} = {8,3.10}^{- 11} C$

Đáp án đúng là A

Câu 9. Đặc điểm nào sau đây là đặc điểm của điện trường đều?

A. cường độ điện trường có hướng như nhau tại mọi điểm.

B. cường độ điện trường có độ lớn như nhau tại mọi điểm.

C. cường độ điện trường có độ lớn giảm dần theo thời gian.

D. đường sức điện là những đường thẳng song song, cách đều.

Điện trường đều: là điện trường mà véctơ cường độ điện trường có hướng và độ lớn như nhau tại mọi điểm. Đường sức của điện trường đều là những đường song song cách đều.

Đáp án đúng là D.

Câu 10. Nối hai cực của nguồn điện không đổi có hiệu điện thế 50 V lên hai bản của tụ điện phẳng có khoảng cách giữa hai bản tụ bằng 5 cm. Trong vùng không gian giữa hai bản tụ, 1 proton có điện tích 1,6.10^-19 C và khối lượng 1,67.10^-27 kg chuyển động từ điểm M cách bản âm của tụ điện 6 cm đến điểm N cách bản âm của tụ 2 cm. Biết tốc độ của proton tại M bằng 10⁵ m/s. Tốc độ của proton tại N bằng

A. 1,33.10⁵ m/s.

B. 3,57.10⁵ m/s.

C. 1,73.10⁵ m/s.

D. 1,57.10⁶ m/s.

Ta có cường độ điện trường giữa hai bản tụ điện là: $E = \frac{U}{d} = \frac{50}{0,05} = 1000 V / m$

Lực điện trường tác dụng lên điện tích là: $F = q E = {1,6.10}^{- 16} N$

Định luật II Niuton có F = ma

Điện tích di chuyển trong điện trường với gia tốc:

$a = \frac{F}{m} = \frac{{1,6.10}^{- 16}}{{1,67.10}^{- 27}} = {9,58.10}^{10} m / s^{2}$