Bài 20. Điện thế điện trang 40, 41, 42 SBT Vật lí 11 Kết nối tri thức với cuộc sống

20.1

Đơn vị của điện thế là:

A. vôn (V).

B. jun (J).

G. vôn trên mét (V/m).

D. oát (W).

Phương pháp :

Khái niệm về điện thế tại một điểm trong điện trường .

Lời giải chi tiết :

Đơn vị của điện thế là vôn (V)

Đáp án : A

20.2

Điện thế tại một điểm M trong điện trường bất kì có cường độ điện trường \(\overrightarrow E \) 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.

Phương pháp :

Đặc điểm của điện thế tại một điểm trong điện trường .

Lời giải chi tiết :

Điện thế tại một điểm M trong điện trường bất kì có cường độ điện trường \(\overrightarrow E \) không phụ thuộc vào vị trí được chọn làm mốc của điện thế

Đáp án : D

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

Phương pháp :

Mối liên hệ giữa điện thế và thế năng điện .

Lời giải chi tiết :

Áp dụng công thức tính lực điện \({V_M} = \frac{{{W_M}}}{q} =  > {W_{M}} = {V_M}.q = 120. - 1,{6.10^{ - 19}} =  - {192.10^{ - 19}}J\)

Đáp án : B

20.4

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

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

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

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

D. A và C đều có thể đúng.

Phương pháp :

Công thức tính điện thế \(\)\(V = k\frac{Q}{r}\)

Lời giải chi tiết :

Với viên bị sắt nhiễm điện âm như vậy thì điện thế của mọi điểm trong viên bi là như nhau.

Đáp án : C

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 1,073m 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 .

Phương pháp :

Công thức tính điện thế \(\)\(V = k\frac{Q}{r}\)

Lời giải chi tiết :

Chọn mặt đất là mốc điện thế

Áp dụng công thức điện thế ta có điện thế bản nhiễm điện dương bằng :\({V_M} - {V_{( - )}} = {U_{M( - )}} = 1,5 =  > {V_M} = 1,5 + k.\frac{Q}{r} = 1,5 + {9.10^9}.\frac{{( - 1,{{6.10}^{ - 19}})}}{{{1^2}}} \approx 1,5(V)\)

Đáp án : A

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 O một khoảng 1 m và N là một điểm cách

Q một khoảng 2m.

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.

Phương pháp :

Công thức tính điện thế \(\)\(V = k\frac{Q}{r}\)

Lời giải chi tiết :

a) Áp dụng công thức điện thế ta có : \({V_M} - {V_N} = {U_{MN}} =  > {U_{MN}} = k\frac{Q}{{{r_M}}} - \,k\frac{Q}{{{r_N}}} = k\frac{Q}{1} - \,k\frac{Q}{2} = k\frac{Q}{2}(V)\)

b) Áp dụng công thức liên hệ giữa lực điện và hiệu điện thế của thế năng ta có

\({A_{MN}} = {W_M} - {W_N} = q({V_M} - {V_N}) = q{U_{MN}} = k\frac{{qQ}}{2} = {9.10^9}.\frac{{(1,{{6.10}^{ - 19}}){{.8.10}^{ - 10}}}}{2} = 57,{6.10^{ - 20}}(J)\)

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, hướng 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 \({Q_1} = 1,24\)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.

Phương pháp :

Công thức tính điện thế \(\)\(V = k\frac{Q}{r}\)

Lời giải chi tiết :

a) Chọn mốc thế năng tại tầng phía dưới .

Ta có điện thế của tầng mây phía trên : \(V = k\frac{Q}{r} = {9.10^9}.\frac{{1,24}}{{700}} = {16.10^6}\left( V \right)\)

b) Thế năng điện của tầng mây phía trên :

\(W = q.U = q.E.d = 1,24.830.700 = 720440\) 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 \({Q_2} =  - 2,03\)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.

Phương pháp :

Công thức tính điện thế \(\)\(V = k\frac{Q}{r}\)

Lời giải chi tiết :

a) Chọn mốc điện thế là mặt đất, điện thế của tầng phía dưới đám mây dông trên là : \(V = k\frac{Q}{r} = {9.10^9}.\frac{{ - 2,03}}{{6450}} =  - 2,{8.10^6}\left( V \right)\)

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

\(W = q.U = q.E.d =  - 2,03.250.6450 =  - 3273375\)J

20.9

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

a) Tính điện tích mà viên bi 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.

Phương pháp :

Công thức tính điện thế \(\)\(V = k\frac{Q}{r}\)

Lời giải chi tiết :

a) Điện tích mà viên bi đã tích được : \(q = \rho .S = \rho .4\pi {R^2} = 1,{44.10^{ - 8}}.4\pi .0,{03^2} = 162,{86.10^{ - 12}}\)C

b) Điện trường \(\)\(E = \frac{{k.\left| q \right|}}{{{{(h + R)}^2}}} = \frac{{{{9.10}^9}.162,{{86.10}^{ - 12}}}}{{{{(1,2 + 0,03)}^2}}} = 0,97(V/m)\)

Điện thế của viên bi sau khi tích điện

\(V = U = E.h = 0,97.1,2 = 1,164(V)\)

c) Năng lượng cần dùng để tích điện cho viên bi như trên khi bỏ qua

các hao phí bằng năng lượng tĩnh điện của quả cầu :

\(W = \frac{q}{{4\pi {\varepsilon _0}R}} = \frac{{162,{{86.10}^{ - 12}}}}{{4\pi {\varepsilon _0}.0,03}} = 48,8(J)\)