Giải bài tập vật lí lớp 11 chân trời sáng tạo Bài 13 Điện thế và thế năng điện

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Vào ngày 27/5/1994, đường dây cao thế 500 kV Bắc – Nam (Hình 13.1) đã chính thức được đưa vào vận hành. Sự kiện này đánh dấu một cột mốc lịch sử khi tạo ra sự liên kết lưới điện quốc gia. Vậy “thế” trong cụm từ “cao thế” đặc trưng cho khả năng gì về điện?

1. THẾ NĂNG ĐIỆN. ĐIỆN THẾ

Câu hỏi 1: Liệt kê một số lực thế đã được học. Trình bày đặc điểm về công của lực thế.

Câu hỏi 2: Quan sát Hình 13.2, xác định công của lực điện tác dụng lên điện tích q >0 khi q di chuyển từ A' đến B'.

0 khi q di chuyển từ A' đến B'." width="207" height="248">

Câu hỏi 3: Kết hợp công thức (13.5) và (13.7), em hãy rút ra công thức (13.8).

Câu hỏi 4: Xét hai điểm M và N trong điện trường đều. Biết vectơ cường độ điện trường hướng từ M đến N. Hãy so sánh giá trị điện thế tại M và N.

Câu hỏi 5: Giải thích vì sao cường độ điện trường có thể được đo bằng đơn vị vôn trên mét (V/m).

2. VẬN DỤNG CÔNG THỨC LIÊN HỆ GIỮA CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG VÀ HIỆU ĐIỆN THẾ

Luyện tập: Xét hai bản kim loại song song, cách nhau 2,0 cm và có hiệu điện thế 5,0 kV. Tính độ lớn lực điện tác dụng lên một hạt bụi nằm trong khoảng giữa hai bản, biết hạt bụi có điện tích $8,0.10 ^ {- 19}$ C

Vận dụng: Đo điện tim

Trong máy đo điện tim, các điện cực được sử dụng để đo hiệu điện thế giữa các điểm khác nhau trên da của bệnh nhân, thường không vượt quá 1 mV đối với người bình thường (Hình 13.4). Đây là một phương pháp có độ nhạy cao để phát hiện sự bất thường của chức năng tim. Dựa vào sách, báo, intemet, các em hãy tìm hiểu và trình bày ngắn gọn nguyên lí hoạt động của máy đo điện tim.

3. CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐIỆN TÍCH TRONG ĐIỆNTRƯỜNG ĐỀU

Câu hỏi 6: Áp dụng định lí động năng, em hãy rút ra công thức (13.11).

Câu hỏi 7: Xác định các lực tác dụng lên electron trong Hình 13.7. Từ đó, dự đoán chuyển động của electron.

Câu hỏi 8: Mô tả chuyển động của proton chuyển động với vận tốc $\vec{v_{0}}$ vào vùng điện trường đều như Hình 13.7.

Luyện tập: Một electron chuyển động với vận tốc đầu $4.10 ^ {7}$ m / s vào vùng điện trường đều theo phương vuông góc với các đường sức điện. Biết cường độ điện trường là $E = 10 ^ {3 }$ V / m Hãy xác định:

a) Gia tốc của electron.
b) Vận tốc của electron khi nó chuyển động được $2.10 ^ {-7}$ s trong điện trường.

Vận dụng: Neutron là một hạt không mang điện, có khối lượng xấp xỉ proton. Một hạt neutron tự do có thể tồn tại khoảng 10 đến 15 phút, sau đó phân rã thành electron, proton và phản neutrino (là một hạt không mang điện, có khối lượng rất bé, chuyển động với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng trong chân không). Em hãy đề xuất phương án để tách hai hạt electron và proton ngay sau khi neutron bị phân rã

BÀI TẬP

Bài 1: Độ chênh lệch điện thế giữa mặt trong và mặt ngoài của màng tế bào trong cơ thể người là 90 mV. Biết mặt trong và mặt ngoài của màng tế bào lần lượt mang điện âm và mang điện dương. Xác định công mà tế bào cần thực hiện để đưa một ion $Na^{+}$ chuyển động từ bên trong ra bên ngoài màng tế bào theo cơ chế chủ động qua kênh protein.

Bài 2: Một electron chuyển động với tốc độ ban đầu $v_{0} = 1, 6.10 ^ {6}$m / s chuyển động vào vùng điện trường đều theo phương song song với hai bản và ở chính giữa khoảng cách hai bản như Hình 13P.1. Biết chiều dài mỗi bản là 3 cm và khoảng cách giữa hai bản là 1 cm. Giữa hai bản có điện trường hướng từ trên xuống, điện trường bên ngoài hai bản bằng 0. Biết electron di chuyển đến vị trí mép ngoài của tấm bản phía trên, tính độ lớn cường độ điện trường giữa hai bản.