Công của lực điện trường - Vật lí 11

Công của lực điện trường - Vật lí 11

Bài viết dưới đây  sẽ giúp các bạn làm sáng tỏ nội dung lý thuyết về công của lực điện lớp 11!

I. Lý thuyết?

1. Định nghĩa

- Lực từ là lực mà từ trường tác dụng lên hạt mang điện tích chuyển động.

- Lực điện từ, lực này gồm hai thành phần, do điện trường tạo ra (lực điện) và do từ trường tạo ra (lực từ).

- Thành phần gây ra bởi từ trường của lực này, còn gọi là lực từ hay đôi khi là lực Lorentz, có phương luôn vuông góc với phương chuyển động của hạt mang điện và làm thay đổi quỹ đạo chuyển động của hạt mang điện. Nếu hạt mang điện chuyển động theo phương vuông góc với đường cảm ứng từ thì hạt sẽ chuyển động theo quỹ đạo tròn, nếu hạt chuyển động theo phương không vuông góc với đường cảm ứng từ thì quỹ đạo của nó sẽ là hình xoắn lò xo.

- Chú ý rằng "lực Lorentz" dùng để nói về thành phần gây ra bởi từ trường, đôi khi chỉ cả lực điện từ. Lý do là trong lý thuyết điện từ và lý thuyết tương đối, từ trường và điện trường được thống nhất thành một trường tạo ra tương tác duy nhất gọi là trường điện từ. Đặc biệt, trong lý thuyết tương đối, biểu thức lực từ và lực tĩnh điện quy tụ về một biểu thức duy nhất.

- Việc thống nhất lực điện và lực từ thành một loại lực điện từ cũng phù hợp với quan điểm của lý thuyết điện động lực học lượng tử. Theo lý thuyết này, lực điện từ được gây ra bởi sự trao đổi của hạt trường là photon.

- Mô hình chuẩn ghi nhận lực điện từ là một trong bốn lực cơ bản của tự nhiên.

2. Biểu diễn của lực từ

- Biểu thức toán học cổ điển của lực điện từ, khi cho biết cường độ điện từ trường và tính chất của hạt mang điện, là:

\({\displaystyle F=q(E+vB)}\)

- Trong đó:

• E là véc-tơ cường độ điện trường tại vị trí của hạt

• q là điện tích của hạt

• v là véc-tơ vận tốc chuyển động của hạt

• B là véc-tơ cảm ứng từ tại vị trí của hạt

• "×" là phép nhân véc-tơ.

3. Đặc điểm của lực từ

- Lực từ khiến hạt điện tích chuyển động tròn.

- Thành phần gây ra bởi từ trường của lực này, còn gọi là lực từ hay đôi khi là lực Lorentz, có phương luôn vuông góc với phương chuyển động của hạt mang điện và làm thay đổi quỹ đạo chuyển động của hạt mang điện. Nếu hạt mang điện chuyển động theo phương vuông góc với đường cảm ứng từ thì hạt sẽ chuyển động theo quỹ đạo tròn, nếu hạt chuyển động theo phương không vuông góc với đường cảm ứng từ thì quỹ đạo của nó sẽ là hình xoắn lò xo.

- Lực tác động của từ trường lên dòng điện có nguyên nhân là thành phần này của lực Lorentz.

- Lực từ giữa các cực của nam châm, cũng là tổng hợp lực gây ra bởi từ trường của nam châm này lên các electron chuyển động quanh nguyên tử ở nam châm kia, về bản chất cũng là thành phần này của lực Lorentz.

4. Công của lực điện:

• Đặc điểm của lực điện tác dụng lên một điện tích đặt trong điện trường đều

Đặt điện tích dương q trong điện trường đều, nó sẽ chịu tác dụng của lực điện: \(\overrightarrow F = q.\overrightarrow E\). Công lực điện trường làm dịch chuyển điện tích.

- Độ lớn: F = q.E

- Phương: song song với các đường sức điện

- Chiều: từ bản dương sang âm.

⇒ Lực F  là lực không đổi

• Công của lực điện trong điện trường đều

Công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích trong điện trường đề từ M đến N là: \(A = q.E.d\)

trong đó: \(d = M_{H^-}\) là độ dài đại số, M là hình chiếu của điểm đầu đường đi, H là hình chiếu của điểm cuối đường đi. Chiều dương của \(M_{H^−}\) cùng với chiều của điện trường.

⇒ Công của lực điện không phụ thuộc vào hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu M và điểm cuối N của đường đi.

⇒ Lực tĩnh điện là lực thế.

Giải bài tập công của lực điện.

5. Thế năng của điện tích.

• Định nghĩa:

Cách xác định thế năng đó là việc điện năng tích tụ tại một điểm trong điều kiện môi trường cho phép có khả năng sinh ra công dòng điện tại chính điểm đó.

• Điện trường đều:

- Chọn mốc thế năng là bản âm thì thế năng \(W_M = A = q.E.d\) với d là khoảng cách từ M đến bản âm.

- Với một tổ hợp điểm được xúc tác bởi cùng một điện trường: Chọn mốc thế năng ở vô cùng:

• Sự phụ thuộc vào điện tích của thế năng W

Được phát biểu như sau, nếu ta thực hiện đặt tại điểm M trong điện trường: \(W_M = A_{M_∞} = V_M.q\) với \(V_M\) là hệ số tỉ lệ không phụ thuộc vào q mà chỉ phụ thuộc vào vị trí M trong điện trường.

III. Bài tập công của lực điện có đáp án

Kỹ năng giải bài tập

- Áp dụng công thức tính công: A = q.E.d

- Chú ý trong việc xác định d.

   + Nếu vật chuyển động cùng chiều vecto cường độ điện trường thì d > 0.

   + Nếu vật chuyển động ngược chiều vecto cường độ điện trường thì d < 0

Bài 1: Công của lực điện trường dịch chuyển một điện tích -2μC ngược chiều một đường sức trong một điện trường đều 1000 V/m trên quãng đường dài 1 m. Công của lực điện trường dịch chuyển một điện tích 10uc là:

A. 2000 J.                 B. – 2000 J.

C. 2 mJ.                 D. – 2 mJ.

Hướng dẫn:

Chọn C.

Áp dụng công thức tính công ta có: \(A = qEd = -2.10^{-6}.1000.(-1) = 2.10^{-3}J\).

Bài 2: Một điện tích điểm q di chuyển trong điện trường đều E có quỹ đạo là một đường cong kín, có chiều dài quỹ đạo là s thì công của lực điện trường là

A. \(A = 2qEs \)                B. \(A = 0\)

C. \(A = qEs\)                 D. \(A = q\dfrac{E}{s}\)

Hướng dẫn:

Chọn A.

Ta có A = qEd. Quỹ đạo chuyển động là đường cong kín \(⇒ d = 0 ⇒ A = 0\)

Bài 3: Khi điện tích dịch chuyển dọc theo một đường sức trong một điện trường đều, nếu quãng đường dịch chuyển tăng 2 lần thì công của lực điện trường

A. tăng 4 lần.                B. tăng 2 lần.

C. không đổi.                D. giảm 2 lần

Hướng dẫn:

Chọn B.

Ta có \(A = qEd.\)

Mà điện tích dịch chuyển dọc theo một đường sức nên khi quãng đường dịch chuyển tăng 2 lần thì d tăng 2 lần ⇒ A tăng 2 lần.

Bài 4: Trong một điện trường đều bằng 60000V/m. Tính công của điện trường khi làm dịch chuyển điện tích \(q_0 = 4.10^{-9}C\) trên đoạn thẳng dài 5 cm. Biết rằng góc giữa phương dịch chuyển và đường sức điện trường là \(α = 60^o\).

A. \(10^{-6} J \)                B. \(6.10^6 J\)

C. \(6.10^{-6} J\)                 D. \(-6.10^{-6} J\)

Hướng dẫn:

Chọn C.

Công của lực điện trường là

\(A = qEd = qEs.cosα = 6.10^{-6} (J)\).

Với những gì mà đã giúp các bạn khái quát nội dung về đường thẳng vuông góc mặt phẳng trên đây, hy vọng sẽ giúp các bạn đạt kết quả cao trong học tập!