Các chủ đề bài tập môn Vật lý Lớp 11 - Chủ đề 3: Công của lực điện thế năng điện và điện thế - Bùi Xuân Dương

Nội dung text: Các chủ đề bài tập môn Vật lý Lớp 11 - Chủ đề 3: Công của lực điện thế năng điện và điện thế - Bùi Xuân Dương

1. Các chủ đề bài tập Vật Lý 11 – Cơ bản 2018 CHỦ ĐỀ CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN THẾ NĂNG ĐIỆN VÀ ĐIỆN THẾ 3 I. ĐIỆN TRƯỜNG, CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG VÀ ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN 1. Tính công của lực điện trong điện trường đều: Ta xét chuyển động của một điện tích q trong điện trường đều giữa hai bản kim loại trái dấu. Ta tiến hành tính công của lực điện trong chuyển dời của q từ M đến N, biết góc hợp bởi giữa MN với đường sức điện là α. + Cách tính công thứ nhất : Công của lực điện trong dịch chuyển từ M đến N được xác định bằng biểu thức A = qEd. Trong đó : o Dấu của q trong biểu thức được lấy đúng bằng tính chất âm hay dương của điện tích đó. o d scos MH , chiều dương của MH được chọn cùng chiều với chiều của đường sức. + Cách tính công thứ hai: Các tính này ta dựa trực tiếp vào biểu thức tính công A = Fscosα. Trong đó : o F và s là có giá trị độ lớn, luôn dương. o α là góc hợp bởi giữa hướng của lực và hướng của chuyển dời. Bài tập minh họa 1: Ba điểm A, B và C tạo thành một tam giác vuông tại C, với AC = 4 cm và BC = 3 cm. Ba điểm này nằm trong một điện trường đều với vecto cường độ điện trường E song song với AC và hướng từ A đến C như hình vẽ. Cho E = 5000 V/m. Công của lực điện trong dịch chuyển một electron từ A đến B là. A. 200 J. B. 300 J. C. 400 J. D. 500 J. Hướng dẫn : AC 4 Từ hình vẽ, ta có cos 0,8 . AB 4322 → Ta tiến hành tính công theo cách thứ nhất : AAB = qEd. –19 –19 –17 + Trong đó q = –1,6.10 C ; d = ABcosα = 5cosα = –4 cm → AAB = –1,6.10 .5000.0,04 = –3,2.10 J. → Ta tiến hành tính công thec cách thứ hai : AAB = Fscosα, với F và s đều là các giá trị độ lớn và α là góc hợp bởi hướng của vecto lực điện và hướng của chuyển dời. q < 0 lực điện ngược chiều với điện trường, do vậy α sẽ là góc bù với góc φ → cosα = –cosφ. 19 17 + Vậy AAB q Escos 1,6.10 .5000.0,05. 0,8 3,2.10 J. 2. Tính chất công của lực điện trong điện trường đều: + Công của lực điện không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối của đường đi trong điện trường. Bài tập minh họa 1: Ba điểm A, B và C tạo thành một tam giác vuông tại C. Ba điểm này nằm trong một điện trường đều với vecto cường độ điện trường E song song với AC và hướng từ A đến C như hình vẽ. Công của lực điện trong dịch chuyển một electron từ A đến B là AAB, từ B đến C là ABC từ A đến C là AAC. Chọn biểu thức đúng ? A. AAC = AAB + ABC. B. AAC = AAB – ABC. C. AAC = –AAB + ABC. D. AAC = –AAB – ABC. Hướng dẫn : + Trong dịch chuyển của điện tích từ A đến C, công này không phụ thuộc vào đường đi do vậy : AAC = AAB + ABC.  Đáp án A II. THẾ NĂNG CỦA ĐIỆN TÍCH TRONG ĐIỆN TRƯỜNG 1. Thế năng của điện tích trong điện trường 1 Bùi Xuân Dương – 0914 082 600
2. Các chủ đề bài tập Vật Lý 11 – Cơ bản 2018 + Thế năng của điện tích q trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt tại đó một điện tích q. + Thế năng của một điện tích q trong điện trường sẽ được tính bằng công của lực điện trong dịch chuyển điện tích đó về gốc thế năng. Trong trường hợp điện tích q nằm tại điểm M trong một điện trường bất kì do nhiều điện tích gây ra ta có thể lấy gốc thế năng ở vô cùng. → Với định nghĩa trên thì thế năng của một điện tích trong điện trường có thể âm hoặc dương. Ta xét hai trường hợp đơn giản sau. o Thế năng của điện tích q > 0 trong điện trường của điện tích Q > 0. Rõ ràng trong dịch chuyển của q từ điểm M đang xét ra vô cùng lực điện luôn sinh công dương → thế năng của q luôn dương và giảm khi đi đến vô cùng. o Thế năng của điện tích q > 0 trong điện trường của điện tích Q < 0. Dễ thấy rằng trong dịch chuyển của q từ điểm M đang xét ra vô cùng thì lực điện luôn sinh công âm → WM < 0. Vậy thế năng của q luôn am và tăng dần khi tiến về vô cùng. → Tổng quát hóa : o Thế năng của điện tích q trong điện trường của điện tích Q cùng loại luôn dương và giảm dần khi r tăng về vô cùng. o Thế năng của điện tích q trong điện trường của điện tích Q khác loại luôn âm, và tăng dần khi r tằng về vông cùng. 2. Công của lực điện và độ giảm thế năng của điện tích trong điện trường + Khi một điện tích q dị chuyển từ điểm M đến điểm N trong một điện trường thì công mà lực điện tác dụng lên điện tích đó sinh ra sẽ bằng độ giảm thế năng của điện tích q trong điện trường : AMN = WM – WN. II. ĐIỆN THẾ VÀ HIỆU ĐIỆN THẾ 1. Điện thế : + Điện thế tại một điểm M trong điện trường là đại lượng đặc trưng riêng cho điện trường về phương diện tạo ra thế năng khi đặt tại đó một điện tích q. Nó được xác định bằng thương số của công của lực điện tác dụng lên điện tích q A khi q di chuyển từ M ra vô cực và độ lớn của q : V M . M q + Đơn vị của điện thế là Vôn. + Điện thế tại một điểm có thể âm hoặc dương, điện thế của đất và của một điểm ở vô cực thường được chọn làm mốc (bằng 0). 2. Hiệu điện thế : A Hiệu điện thế tại hai điểm M và N trong điện trường UVV MN . MN M N q → Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường trong sự di chuyển của một điện tích từ M đến N. Nó được xác định bằng thương số của công của lực điện tác dụng lên điện tích q trong sự di chuyển từ M đến N và độ lớn của q. U + Hệ thức liên hệ giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường E . d Bài tập minh họa 1 : 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. Hiệu điện thế UMN có giá trị nào sau đây ? 2 Bùi Xuân Dương – 0914 082 600
3. Các chủ đề bài tập Vật Lý 11 – Cơ bản 2018 A. +12 V. B. – 12 V. C. +3 V. D. – 3 V. Hướng dẫn : A 6 Ta có U3 MN V. MN q2  Đáp án C BÀI TẬP VẬN DỤNG Câu 1: Chọn phát biểu đúng. Thả một electron không vận tốc ban đầu trong một điện trường bất kì. Electron đó sẽ: A. chuyển động dọc theo một đường sức điện. B. chuyển động từ điểm có điện thế cao đến điểm có điện thế thấp. C. chuyển động từ điểm có điện thế thấp lên điểm có điện thế cao. D. đứng yên. Hướng dẫn: + Thả một electron không vận tốc ban đầu trong một điện trường bất kì. Electron đó sẽ chuyển động từ điểm có điện thế thấp lên điểm có điện thế cao.  Đáp án C Câu 2: Có hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và cách nhau 1cm. 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. A. 72 V. B. –72 V. C. 14 V. D. –12 V. Hướng dẫn: + Cường độ điện trường trong khoảng không gian giữa hai bản là như nhau. U U1 U 120 → E → U11 d 0,6 72 V. dd1 d1  Đáp án A Câu 3: 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 giữa hai điểm M, N là UMN = 50 V. A. –8.10–18 J. B. +8.10–18 J. C. –4.10–18 J. D. +4.10–18 J. Hướng dẫn: –19 –18 + Công của lực điện AMN = qUMN = –1,6.10 .50 = –8.10 J.  Đáp án A Câu 4: Hai bản kim loại song song, trái dấu đặt cách nhau 2 cm. Cường độ diện trường giữa hai bản là E = 3000 V/m. Sát bản mang điện dương, ta đặt một hạt có khối lượng m = 4,5.10–6 g và mang điện q = 1,5.10–2 C. Vận tốc của hạt khi chạm vào bản âm là. A. 10000 m/s. B. 1500 m/s. C. 20000 m/s. D. 300 m/s. Hướng dẫn: + Công của lực điện trong dịch chuyển của hạt từ bản dương sang bản âm. A = qEd = 1,5.10–2.3000.0,02 = 0,9 J. 2A 2.0,9 + Công này chính bằng động năng của hạt khi đập vào bản âm → v 20000 m/s. m 4,5.10 9  Đáp án C Câu 5: Một điện trường đều cường độ 4000 V/m, có phương song song với cạnh huyền BC của một tam giác vuông ABC có chiều từ B đến C, biết AB = 6 cm, AC = 8 cm. Tính hiệu điện thế giữa hai điểm BC: A. 400 V B. 300 V C. 200 V D. 100 V Hướng dẫn: A + Hiệu điện thế giữa hai điểm B, C: U BC E AB2 BC 2 4000 0,06 2 0,08 2 400 V. BC q  Đáp án A 3 Bùi Xuân Dương – 0914 082 600
4. Các chủ đề bài tập Vật Lý 11 – Cơ bản 2018 Câu 6: Một điện tích q chuyển động từ điểm M đến Q, đến N, đến P trong điện trường đều như hình vẽ. Đáp án nào là sai khi nói về mối quan hệ giữa công của lực điện trường dịch chuyển điện tích trên các đoạn đường: A. AMN = AMQN B. AMN = AMN + ANP. C. AQP = –APQ D. AMQ = AMN Hướng dẫn: + Dễ thấy rằng AMQ ≠ AMN → D sai.  Đáp án D Câu 7: Hai tấm kim loại phẳng song song cách nhau 2 cm nhiễm điện trái dấu. Muốn làm cho điện tích q = 5.10–10 C di chuyển từ tấm này sang tấm kia cần tốn một công A = 2.10–9 J. Xác định cường độ điện trường bên trong hai tấm kim loại, biết điện trường bên trong là điện trường đều có đường sức vuông góc với các tấm, không đổi theo thời gian: A. 100 V/m B. 200 V/m C. 300 V/m D. 400 V/m Hướng dẫn: A 2.10 9 + Hiệu điện thế giữa hai tấm kim loại U4 V. q 5.10 10 U4 → Cường độ điện trường giữa hai tấm kim loại E 200 V/m. d 0,02  Đáp án B Câu 8: Một hạt bụi khối lượng 3,6.10–15 kg mang điện tích q = 4,8.10–18 C nằm lơ lửng giữa hai tấm kim loại phẳng song song nằm ngang cách nhau 2 cm và nhiễm điện trái dấu . Lấy g = 10 m/s2, tính hiệu điện thế giữa hai tấm kim loại: A. 150 V. B. 50 V C. 75 V D. 100 V Hướng dẫn: + Để hạt bụi có thể nằm cân bằng (lơ lửng) thì lực điện tác dụng lên nó phải cân bằng với trọng lực. mg 3,6.10 15 .10 F = P → qE = mg → E 7500 V/m. q 4,8.10 18 → Hiệu điện thế giữa hai bản U = Ed = 7500.0,02 = 150 V.  Đáp án A Câu 9: Một quả cầu kim loại khối lượng 4,5.10–3 kg treo vào đầu một sợi dây dài 1 m, quả cầu nằm giữa hai tấm kim loại phẳng song song thẳng đứng cách nhau 4 cm, đặt hiệu điện thế giữa hai tấm là 750 V, thì quả cầu lệch 1 cm ra khỏi vị trí ban đầu theo phương thẳng đứng, lấy g = 10 m/s2. Tính điện tích của quả cầu có độ lớn: A. 24 nC B. 12 nC C. 48 nC D. 36 nC Hướng dẫn: U 750 + Cường độ điện trường giữa hai bản kim loại E 18750V/m. d 0,04 0,01 → Dưới tác dụng thêm của lực điện tại vị trí cân bằng dây treo hợp với phương với sin → α ≈ 0,570. 1 qE mg tan 4,5.10 30 .10.tan0,57 Mặc khác tan → q 24 nC. mg E 18750  Đáp án A Câu 10: Giả thiết rằng một tia sét có điện tích q = 25 C được phóng từ đám mây dông xuống mặt đất, khi đó hiệu điện thế giữa đám mây và mặt đất U = 1,4.108 V. Tính năng lượng của tia sét đó: A. 35.108 J B. 45.108 J C. 55.108 J D. 65.108 J Hướng dẫn: + Năng lược của tia sét E = qU = 25.1,4.108 = 35.108 J.  Đáp án A Câu 11: Một điện tích điểm q = +10 μC chuyển động từ đỉnh B đến đỉnh C của tam giác đều ABC, nằm trong điện trường đều có cường độ 5000 V/m có đường sức điện trường song song với cạnh BC có chiều từ C đến B. Biết cạnh tam giác bằng 10 cm, tìm công của lực điện trường khi di chuyển điện tích trên theo đoạn thẳng B đến C: A. 2,5.10–4 J B. –2,5.10–4J C. –5.10-4J D. 5.10–4 J 4 Bùi Xuân Dương – 0914 082 600
5. Các chủ đề bài tập Vật Lý 11 – Cơ bản 2018 Hướng dẫn: + Công của lực điện A = Fscosα = 10.10–6.5000.0,1.cos1800 = –5.10–4 J.  Đáp án C Câu 12: Mặt trong của màng tế bào trong cơ thể sống mang điện tích âm, mặt ngoài mang điện tích dương. Hiệu điện thế giữa hai mặt này bằng 0,07 V. Màng tế bào dày 8nm. Cường độ điện trường trong màng tế bào này là: A. 8,75.106 V/m B. 7,75.106 V/m C. 6,75.106 V/m D. 5,75.106 V/m Hướng dẫn: U 0,07 + Cường độ điện trường trong màng tế bào E 8,75.106 V/m. d 8.10 9  Đáp án A Câu 13: Hai tấm kim loại phẳng nằm ngang song song cách nhau 5 cm. Hiệu điện thế giữa hai tấm là 50 V. Tính cường độ điện trường và cho biết đặc điểm điện trường, dạng đường sức điện trường giữa hai tấm kim loại: A. điện trường biến đổi, đường sức là đường cong, E = 1200 V/m B. điện trường biến đổi tăng dần, đường sức là đường tròn, E = 800 V/m C. điện trường đều, đường sức là đường thẳng, E = 1200 V/m D. điện trường đều, đường sức là đường thẳng, E = 1000 V/m Hướng dẫn: U 50 + Cường độ điện trường giữa hai bản là đều và có độ lớn E 1000 V/m. d 0,05  Đáp án D Câu 14: Một hạt bụi kim loại tích điện âm khối lượng 10–10 kg lơ lửng trong khoảng giữa hai bản tụ điện phẳng nằm ngang bản tích điện dương ở trên, bản tích điện âm ở dưới. Hiệu điện thế giữa hai bản bằng 1000 V, khoảng cách giữa hai bản là 4,8 mm, lấy g = 10 m/s2. Tính số electron dư ở hạt bụi: A. 20000 hạt B. 25000 hạt C. 30000 hạt D. 40000 hạt Hướng dẫn: U 1000 625000 Cường độ điện trường giữa hai bản E V/m. d34,8.10 3 + Để hạt bụi có thể nằm cân bằng thì lực điện tác dụng lên vật phải cân bằng với trọng lực: mg 10 10 .10.3 F = P → q 4,8.10 15 C. E 625000 q → Số electron trong hạt bụi n 30000 hạt. e  Đáp án C Câu 15: Một điện trường đều E = 300 V/m. Tính công của lực điện trường trên di chuyển điện tích q = 10 nC trên quỹ đạo ABC với ABC là tam giác đều cạnh a = 10 cm như hình vẽ: A. 4,5.10–7 J B. 3.10–7 J C. –1,5.10–7 J D. 1,5.10–7 J Hướng dẫn: + Công của lực điện dịch chuyển điện tích từ A → B → C đúng bằng công dịch chuyển điện tích này từ A → C. → A = qEscosα = 10.10–9.300.0,1.cos1200 = –1,5.10–7 J.  Đáp án C Câu 16: Giả thiết rằng một tia sét có điện tích q = 25 C được phóng từ đám mây dông xuống mặt đất, khi đó hiệu điện thế giữa đám mây và mặt đất U = 1,4.108 V. Năng lượng của tia sét này có thể làm bao nhiêu kg nước ở 1000 C bốc thành hơi ở 1000 C, biết nhiệt hóa hơi của nước bằng 2,3.106 J/kg A. 1120 kg B. 1521 kg C. 2172 kg D. 2247 kg Hướng dẫn: + Năng lượng của tia sét E = qU = 25.1,4.108 = 35.108 J. 5 Bùi Xuân Dương – 0914 082 600
6. Các chủ đề bài tập Vật Lý 11 – Cơ bản 2018 E 35.108 → Khối lượng nước đã hóa hơi m 1521kg.  2,3.106  Đáp án B Câu 17: Cho hai bản kim loại phẳng đặt song song tích điện trái dấu, thả một êlectron không vận tốc ban đầu vào điện trường giữa hai bản kim loại trên. Bỏ qua tác dụng của trọng trường. Quỹ đạo của êlectron là: A. đường thẳng song song với các đường sức điện. B. đường thẳng vuông góc với các đường sức điện. C. một phần của đường hypebol. D. một phần của đường parabol. Hướng dẫn: + Quỹ đạo của electron sẽ là một đường thẳng song song với các đường sức điện.  Đáp án A Câu 18: (Chuyên KHTN – 2018) Cho ba bản kim loại phẳng tích điện 1, 2, 3 đặt song song lần lượt nhau cách nhau những khoảng d12 = 5 cm, d23 = 8 cm, bản 1 và 3 tích điện dương, bản 2 tích điện âm. Biết cường độ điện trường giữa 4 4 các bản là E12 = 4.10 V/m, E23 = 5.10 V/m. Tính điện thế V2, V3 của các bản 2 và 3 nếu lấy gốc điện thế ở bản 1 A. V2 = ‒2000 V; V3 = 4000 V B. V2 = 2000 V; V3 = ‒2000 V C. V2 = ‒2000 V; V3 = 2000 V D. V2 = 2000 V; V3 = 4000 V Hướng dẫn: + Hiệu điện thế giữa hai bản 1 và 2: U12 = E12d12 = 2000 V. + Hiệu điện thế giữa hai bản 3 và 2: U32 = E23d23 = 4000 V. → Chọn mốc thế năng tại bản 1 → bản 2 có V2 = –2000 V. Ta có V3 = V2 + U32 = –2000 + 4000 = 2000 V.  Đáp án C 6 Bùi Xuân Dương – 0914 082 600
7. Các chủ đề bài tập Vật Lý 11 – Cơ bản 2018 CHỦ ĐỀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA HẠT MANG ĐIỆN TRONG ĐIỆN TRƯỜNG ĐỀU 4 I. CHUYỂN ĐỘNG CỦA HẠT DỌC THEO ĐƯỜNG SỨC Khi hạt chuyển động dọc theo đường sức thì lực điện tác dụng lên vật cũng có phương dọc theo đường sức này → qE lực điện sẽ gây ra gia tốc có độ lớn a . Có hai khả năng xảy ra : m o Lực điện cùng chiều với chuyển động → hạt chuyển động thẳng nhanh dần đều với gia tốc a. o Lực điện ngược chiều chuyển động → hạt chuyển động chậm dần đều với gia tốc a. II. CHUYỂN ĐỘNG ‘NÉM XIÊN’ CỦA HẠT TRONG ĐIỆN TRƯỜNG ĐỀU 1. Phân tích chuyển động của hạt mang điện trong điện trường đều Xét chuyển động của hạt mang điện tích q > 0 vào điện trường đều E giữa hai bản kim loại tích điện trái dấu với vận tốc ban đầu v0. Khảo sát chuyển động của hạt mang điện chỉ dưới tác dụng của lực điện, bỏ qua tác dụng của trọng lực lên hạt. + Ta tiến hành phân tích chuyển động của vật theo hai phương : phương nằm ngang Ox và phương thẳng đứng Oy trong hệ tọa độ Oxy. Chọn hệ trục tọa độ như hình vẽ : F0x → Phương trình động học cho quá trình chuyển động của hạt mang điện F ma → Fy qE qE + Theo phương Oy vật chuyển động biến đổi đều với gia tốc aa . y m o Phương trình vận tốc : v v0 sin at . 1 o Phương trình tọa độ : y v sin t at2 . 0 2 + Theo phương Ox vật chuyển động thẳng đều : o Phương trình vận tốc : v = v0cosα. o Phương trình tọa độ : y v0 cos t . 2. Tổng hợp hai chuyển động thành phần ax2 Từ hai chuyển động thành phần, loại t ta thu đươc : y 2 tan x . 2 v0 cos → Quỹ đạo chuyển động có dạng là một parabol 6 Bài tập minh họa 1 : Một electron bay vào điện trường đều E = 910 V/m với vận tốc ban đầu v0 = 3,2.10 m/s theo cùng chiều đường sức. Quãng đường mà electron đi được cho đến khi dừng lại là : A. 6,4 cm. B. 2 m. C. 3,6 m. D. 4 cm. 7 Bùi Xuân Dương – 0914 082 600
8. Các chủ đề bài tập Vật Lý 11 – Cơ bản 2018 Hướng dẫn : Electron chuyển động cùng chiều đường sức → lực điện ngược chiều đường sức gây ra gia tốc qE 1,6.10 19 .910 a 1,6.1014 m/s2 là electron chuyển động chậm dần đều. m 9,1.10 31 6 2 v2 3,2.10 → Quãng đườg mà nó đi được cho đến khi dừng lại là s 0 6,4 cm. 2a 2.1,6.1014  Đáp án A Bài tập minh họa 2 : Một electron bay vào điện trường của một tụ điện phẳng theo phương song song cùng hướng với các đường sức điện trường với vận tốc ban đầu là 8.106 m/s. Hiệu điện thế tụ phải có giá trị nhỏ nhất là bao nhiêu để electron không tới được bản đối diện A. 100 V. B. 182 V. C. 300 V. D. 86 V. Hướng dẫn : Để electron không đến được bản đối diện thì lực điện phải sinh công thắng động năng ban đầu của electron. 2 2 9,1.10 31 . 8.10 6 1 2 mv0 A ≥ Wd → qU mv → U 182 V. 2 0 min 2q 2.1,6.10 19  Đáp án B Bài tập minh họa 3: Một electron có động năng Wd = 11,375 eV bắt vào bay vào điện trường đều nằm giữa hai bản kim loại đặc song song theo phương vuông góc với đường sức và cách đều hai bản. Biết 1eV = 1,6.10–19 J. Với chiều dài của hai bản là 5 cm và khoảng cách giữa hai bản là 10 cm. Hiệu điện thế giữa hai bản U = 50 V. Độ lệch h của electron khi electron vào điện trường và khi electron rời khỏi điện trường là A. 0,75 mm. B. 1,75 cm. –4 C. 2,75.10 m. D. 86 mm. Hướng dẫn : qE qU 1,6.10 19 .50 + Gia tốc của hạt theo phương vuông góc với bản kim loại a 8,8.1013 m/s2. m md 9,1.10 31 .0,1 2E 2.11,375.1,6.10 19 Vận tốc ban đầu của electron khi vào điện trường v 0d 2.106 m/s. 0 m 9,1.10 31 3 L 5.10 9 → Thời gian chuyển động của electron trong điện trường t 6 2,5.10 s. v0 2.10 + Độ lệch h đúng bằng quãng đường chuyển động nhanh dần đều theo phương vuông góc với bản kim loại của electron: 11 2 h at2 .8,8.10 13 . 2,5.10 9 2,75.10 4 m. 22  Đáp án C BÀI TẬP VẬN DỤNG Câu 1: Giữa hai bản của tụ điện đặt nằm ngang cách nhau d = 40 cm có một điện trường đều E = 60 V/m. Một hạt bụi có khối lượng m = 3 g và điện tích q = 8.10–5 C bắt đầu chuyển động từ trạng thái nghỉ từ bản tích điện dương về phía tấm tích điện âm. Bỏ qua ảnh hưởng của trọng trường. Xác định vận tốc của hạt tại điểm chính giữa của tụ điện A. 100 cm/s2. B. 1,6 m/s2. C. 3 m/s2. D. 8,6 m/s2. Hướng dẫn: qE 8.10 5 .60 + Gia tốc của hạt trong chuyển động này là a 1,6 m/s2. m 3.10 3  Đáp án B Câu 2: Một electron bay vào trong một điện trường theo hướng ngược với hướng đường sức với vận tốc 2000 km/s. Vận tốc của electron ở cuối đoạn đường sẽ là bao nhiêu nếu hiệu điện thế ở cuối đoạn đường so với đầu đoạn đường đó là 15 V. A. 3,05.106 m/s. B. 4,05.106 m/s. C. 5,06.106 m/s. D. 1,05.106 m/s. 8 Bùi Xuân Dương – 0914 082 600
9. Các chủ đề bài tập Vật Lý 11 – Cơ bản 2018 Hướng dẫn: + Động năng của electron ở cuối đoạn đường bằng tổng công của lực điện và động năng của electron ở đầu đoạn đường. 19 11222qU 62 1,6.10 .15 6 mv qU mv0 → v v0 2 2.10 2 31 3,05.10 m/s. 22 m 9,1.10  Đáp án A Câu 3: Một electron bắt đầu chuyển động dọc theo chiều đường sức điện trường của một tụ điện phẳng không vận tốc ban đầu, hai bản cách nhau một khoảng d = 2 cm và giữa chúng có một hiệu điện thế U = 120 V. Electron sẽ có vận tốc là bao nhiêu sau khi dịch chuyển được một quãng đường 1 cm. A. 4,6.106 m/s. B. 4.106 m/s. C. 5,6.106 m/s. D. 1,05.106 m/s. Hướng dẫn: U U1 U 120 + Cường độ điện trường giữa hai bản là không đổi → E → U11 d 1 60 V. dd1 d2 2qU 2.1,6.10 19 .60 → Tốc độ của electron sau khi đi được 1 cm v 1 4,6.106 m/s. m 9,1.10 31  Đáp án A Câu 4: Hại bụi có khối lượng m = 10–12 g nằm cân bằng giữa điện trường đều giữa hai bản kim loại. Biết U = 125 V và d = 5 cm. Nếu hạt bụi này mất đi 5 electron, để hạt bụi tiếp tục nằm cân bằng thì điện áp U giữa hai bản kim loại là A. 124,75 V. B. 130 V. C. 110 V. D. 205 V. Hướng dẫn: U Pd 10 12 .0,05 + Hạt bụi nằm cân bằng khi lực điện cân bằng với trọng lực → F = P → qP → q 4.10 6 C. d U 125 Mặc khác biểu thức trên cũng cho thấy q ~ U 6 19 q2 4.10 5.1,6.10 → U21 U 125 6 124,75 V. q1 4.10  Đáp án A Câu 5: Một electron chuyển động dọc theo một đường sức của điện trường đều có cường độ 364 V/m. Electron xuất phát từ điểm M với vận tốc 3,2.106 m/s. Vecto vận tốc của electron cùng hướng với đường sức điện. Sau bao lâu kể từ lúc xuất phát electron trở lại M? A. 0,1 μs. B. 0,2 μs. C. 0,3 μs. D. 0,4 μs. Hướng dẫn: qE 1,6.10 19 .364 + Dưới tác dụng của lực điện, hạt chuyển động chậm dần đều với gia tốc a 6,4.1013 m/s. m 9,1.10 31 2v 2.3,2.106 → Thời gian để electron quay lại điểm M là t 0 0,1μs. a 6,4.1013  Đáp án A Câu 6: Một electrôn chuyển động dọc theo hướng đường sức của một điện trường đều có cường độ 100 V/m với vận tốc ban đầu là 300 km/s. Hỏi nó chuyển động được quãng đường dài bao nhiêu thì vận tốc của nó bằng không: A. 2,56 cm B. 25,6 cm C. 2,56 mm D. 2,56 m Hướng dẫn: + Electron chuyển động dọc theo hướng của đường sức → lực điện gây ra gia tốc ngược chiều chuyển động của qE 1,6.10 19 .100 electron: a 1,76.1013 m/s2. m 9,1.10 31 5 2 v2 3.10 → Electron chuyển động chậm dần đều quãng đường đi được s 0 2,56.10 3 m = 2,56 mm. 2a 2.1,76.1013  Đáp án C Câu 7: Trong đèn hình của máy thu hình, các electrôn được tăng tốc bởi hiệu điện thế 25000 V. Hỏi khi đập vào màn hình thì vận tốc của nó bằng bao nhiêu, bỏ qua vận tốc ban đầu của nó: 9 Bùi Xuân Dương – 0914 082 600
10. Các chủ đề bài tập Vật Lý 11 – Cơ bản 2018 A. 6,4.107 m/s. B. 7,4.107 m/s. C. 8,4.107 m/s. D. 9,4.107 m/s. Hướng dẫn: + Động năng khi electron đập vào màn hình đúng bằng công của lực điện tác dụng lên nó khi di chuyển trong điện trường: 1 2qU 2.1,6.10 19 .25000 mv2 qU → v 9,4.107 m/s. 2 m 9,1.10 31  Đáp án D Câu 8: Một prôtôn bay theo phương của một đường sức điện trường. Lúc ở điểm A nó có vận tốc 2,5.104 m/s, khi đến điểm B vận tốc của nó bằng không. Biết nó có khối lượng 1,67.10–27 kg và có điện tích 1,6.10–19 C. Điện thế tại A là 500 V, tìm điện thế tại B: A. 406,7 V B. 500 V C. 503,3 V D. 533 V Hướng dẫn: + Công của lực điện trong dịch chuyển của hạy từ A đến B bằng độ biến thiên động năng giữa A và B. 27 4 2 W mv2 1,67.10 . 2,5.10 → W W q V V → V dA V A V 500 503,3 V. dB dA B A BAAq 2q 2.1,6.10 19  Đáp án C Câu 9: Hai tấm kim loại phẳng nằm ngang song song cách nhau 5 cm. Hiệu điện thế giữa hai tấm là 50 V. Một electron không vận tốc ban đầu chuyển động từ tấm tích điện âm về tấm tích điện dương. Hỏi khi đến tấm tích điện dương thì electron có vận tốc bao nhiêu: A. 4,2.106 m/s B. 3,2.106 m/s C. 2,2.106 m/s D. 1,2.106 m/s Hướng dẫn: 2qU 2.1,6.10 19 .50 + Vận tốc của của electron khi đến tấm tích điện dương v 4,2.107 m/s. m 9,1.10 31  Đáp án A Câu 10: Trong Vật Lý hạt nhân người ta hay dùng đơn vị năng lượng là eV. eV là năng lượng mà một electrôn thu được khi nó đi qua đoạn đường có hiệu điện thế 1 V. Tính eV ra Jun, và vận tốc của electrôn có năng lượng 0,1 MeV: A. 1eV = 1,6.1019 J B. 1eV = 22,4.1024 J C. 1eV = 9,1.10-31 J D. 1eV = 1,6.10-19 J Hướng dẫn: + 1eV = 1,6.10–19 J.  Đáp án A Câu 11: Hai bản kim loại phẳng nằm ngang song song cách nhau 10 cm có hiệu điện thế giữa hai bản là 100 V. Một electrôn có vận tốc ban đầu 5.106 m/s chuyển động dọc theo đường sức về bản âm. Tính gia tốc của nó. Biết điện trường giữa hai bản là điện trường đều và bỏ qua tác dụng của trọng lực: A. –17,6.1013 m/s2 B. 15.9.1013 m/s2 C. –27,6.1013 m/s2 D. + 15,2.1013 m/s2 Hướng dẫn: qE qU 1,6.10 19 .100 + Gia tốc của chuyển động a 17,6.1013 m/s2. m md 9,1.10 31 .0,1  Đáp án A Câu 12: Một hạt bụi kim loại tích điện âm khối lượng 10–10 kg lơ lửng trong khoảng giữa hai bản tụ điện phẳng nằm ngang bản tích điện dương ở trên, bản tích điện âm ở dưới. Hiệu điện thế giữa hai bản bằng 1000 V, khoảng cách giữa hai bản là 4,8 mm, lấy g = 10 m/s2. Chiếu tia tử ngoại làm hạt bụi mất một số electrôn và rơi xuống với gia tốc 6 m/s2. Tính số hạt electrôn mà hạt bụi đã mất: A. 18000 hạt B. 20000 hạt C. 24000 hạt D. 28000 hạt Hướng dẫn: U 1000 625000 Cường độ điện trường giữa hai bản tụ E V/m. d34,8.10 3 mg 10 10 .10.3 + Ban đầu hạt bụi nằm lơ lửng → trọng lực cân bằng với lực điện → qE = mg → q 4,8.10 15 C. E 625000 10 Bùi Xuân Dương – 0914 082 600
11. Các chủ đề bài tập Vật Lý 11 – Cơ bản 2018 + Việc mất bớt electron làm lực điện tác dụng lên hạt giảm đi → P > F → hạt rơi xuống với gia tốc a: 625000 10 10 .10 q . PF a6 3 m/s2 → q′ = 1,92.10–15 C. m 10 10 q q 4,8.10 15 1,92.10 15 → Số electron mất đi là n 18000 hạt. e 1,6.10 19  Đáp án A Câu 13: Giữ hai bản của một tụ điện phẳng, đặt nằm ngang có một hiệu điện thế U1 = 1000 V, khoảng cách giữa hai bản là d = 1 cm. Ở đúng giữa hai bản có một giọt thủy ngân nhỏ tích điện, nằm lơ lửng. Đột nhiên hiệu điện thế giảm xuống chỉ còn U2 = 995 V. Hỏi sau bao lâu giọt thủy ngân rơi xuống bản dương? A. 0,4 s. B. 0,33 s. C. 0,25 s. D. 0,45 s. Hướng dẫn: U1 + Khi giọt thủy ngân nằm cân bằng P = F1 μ mq . gd + Khi giọt thủy ngân rơi xuống bản dương thì gia tốc của nó là P F22 qU UU22 995 2 ag → agg g1 101 0,05 m/s . m md U11 U 1000 d 0,01 → Thời gian rơi t 0,45 s. a 0,05  Đáp án D Câu 14: Dưới tác dụng của lực điện hai hạt bụi mang điện trái dấu chuyển động cùng phương và ngược chiều nhau q 1 q 3 trong một điện trường đều. Biết tỉ số giữa độ lớn của điện tích và khối lượng các hạt lần lượt là 1 và 2 m1 50 m2 50 . Ban đầu hai hạt bụi cách nhau 5 cm, với hiệu điện thế U = 100 V và chuyển động không vận tốc đầu. Sau bao lâu thì hai hạt bụi gặp nhau? A. 0,4 s. B. 0,033 s. C. 0,025 s. D. 0,45 s. Hướng dẫn: U 100 Cường độ điện trường giữa hai điểm E 2000 V/m. d 0,05 qE1 2000 2 qE2 3.2000 2 → Gia tốc chuyển động của hai hạt có độ lớn lần lượt là a1 40 m/s và a2 120 m/s . m1 50 m2 50 1 2 x11 a t 2 x1 20t + Nếu chọn chiều dương là chuyển chuyển động của hạt thứ nhất → 2 → m. 2 1 2 x 0,05 60t x d a t 2 222 → Khi hai hạt gặp nhau thì x1 = x2 → t = 0,025 s.  Đáp án C Câu 15: Bắn một electron với vận tốc ban đầu rất nhỏ vào điện trường đều giữa hai bản kim loại tích điện trái dấu theo hướng song song với các đường sức. Electron được tăng tốc ra khỏi điện trường với tốc độ v = 107 m/s. Hiệu điện thế giữa hai bản kim loại là A. 155 V. B. 284 V. C. 263 V. D. 456 V. Hướng dẫn: + Động năng của electron sau khi được tăng tốc bằng công của lực điện trong quá trình hạt di chuyển trong điện trường. 31 7 2 mv2 9,1.10 . 10 → U 284,375 V. 2q 2.1,6.10 19  Đáp án B 11 Bùi Xuân Dương – 0914 082 600
12. Các chủ đề bài tập Vật Lý 11 – Cơ bản 2018 Câu 16: Một electron bay vào một điện trường đều tạo bởi hai bản tích điện trái dấu theo chiều song song với hai bản và cách bản tụ tích điện dương một khoảng 4 cm. Biết cường độ điện trường giữa hai bản là E = 500 V/m. Sau bao lâu thì electron sẽ chạm vào bản tích điện dương? A. 30 ns. B. 35 ns. C. 40 ns. D. 56 ns. Hướng dẫn: 2h 2hm 2.0,04.9,1.10 31 + Thời gian chuyển động của electron t 30 ns. a qE 1,6.10 19 .500  Đáp án A Câu 17: Một electron bay vào một điện trường đều tạo bởi hai bản tích điện trái dấu theo chiều song song với hai bản với vận tốc ban đầu 3.106 m/s. Tìm cường độ điện trường trong lòng hai bản kim loại nếu electron bay ra hợp với bản kim loại một góc 300. Biết bản kim loại dài 20 cm. A. 256 V/m. B. 226 V/m. C. 333 V/m. D. 25 V/m. Hướng dẫn: vy 6 0 6 + Khi electron rời khỏi điện trường, ta có tan → vyx v tan 3.10 tan30 3.10 m/s. vx L 0,2 8 Thời gian mà electron chuyển động trong điện trường t 6 6,7.10 s. v0 3.10 qE mv 9,1.10 31 .3.10 6 + Ta có v at t → E 256 V/m. y m qt 1,6.10 19 .6,7.10 8  Đáp án A 12 Bùi Xuân Dương – 0914 082 600