Vật lý 11 Bài 5: Điện thế và hiệu điện thế

a) Khái niệm điện thế

Điện thế tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho điện trường về phương diện tạo ra thế năng của điện tích.

b) Định nghĩa

• Điện thế tại một điểm M trong điện trường là đại lượng đặc trưng 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 khi q di chuyển từ M ra xa vô cực và độ lớn của q
• Công thức:  V_M = \(\frac{{{A_{M\infty }}}}{q}\)
• Đơn vị điện thế là vôn (V).

1 V = \(\frac{{1\,J}}{{1\,C}}\)

c) Đặc điểm của điện thế

Điện thế là đại lượng đại số. Thường chọn điện thế ở mặt đất hoặc một điểm ở vô cực làm mốc (bằng 0).

Với q > 0, nếu A_M∞ > 0 thì V_M > 0; nếu A_M∞ < 0 thì V_M < 0.

a) Định nghĩa

Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N trong điện trường là đại lượng 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 giữa công của lực điện tác dụng lên điện tích q trong sự di chuyển của q từ M đến N  và độ lớn của q.

U_MN = V_M − V_N = \(\frac{{{A_{M\infty }}}}{q}\)

Đơn vị hiệu điện thế là V (Vôn)

b) Đo hiệu điện thế

Đo hiệu điện thế tĩnh điện bằng tĩnh điện kế.

c) Hệ thức liên hệ giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường

- Xét 2 điểm M, N trên một đường sức điện của một điện trường đều

- Hiệu điện thế: 

U_MN = \(\frac{{{A_{M\infty }}}}{q}\)= Ed

- Cường độ điện trường:  

E = \(\frac{{{U_{MN}}}}{d} = \frac{U}{d}\)

- Công thức này đúng cho trường hợp điện trường không đều, nếu trong khoảng d rất nhỏ dọc theo đường sức điện, cường độ điện trường thay đổi không đáng kể.

- Chú ý:

• Điện thế, hiệu điện thế  là một đại lượng vô hướng có giá trị dương hoặc âm.
• Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N trong điện trường có giá trị xác định còn điện thế tại một điểm trong điện trường có giá trị phụ thuộc vào vị trí ta chọn làm gốc điện thế.
• Trong  điện trường,  véctơ cường độ điện trường có hướng từ nơi có điện thế cao sang nơi có điện thế thấp.

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. Hỏi hiệu điện thế U_MN có giá trị nào sau đây ?

Hướng dẫn giải

Ta có công thức tính hiệu điện thế của một điện tích q di chuyển từ điểm M đến điểm N trong điện trường.

Ta có: U_MN = \(\frac{{{A_{MN}}}}{q} = - \frac{6}{{ - 2}}\)= 3 V

Có hai bản kim loại phẳng song song với nhau và cách nhau 1 cm. Hiệu điện thế giữa hai bản dương và bản 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.

Hướng dẫn giải

Ta có hiệu điện thế giữa hai bản dương và âm: U₀ = Ed₀ = 120 V

Với d₀ = 1 cm = 0,01 là khoảng cách giữa hai bản âm và dương.

${}_{}$=> Cường độ điện trường: E = 12000 V/m

Hiệu điện thế tại điểm M nằm trong khoảng giữa hai bản, cách bản âm d_M = 0,6 cm = 0,006 m là

U_M = E.d_M = 12000.0,006 = 72 V${}_{}$

${}_{}$Do mốc điện thế ở bản âm nên điện thế tại M có giá trị là: V_M = 72 V

Câu 1: Khi một điện tích q = -2C di chuyển từ điểm M đến điểm N trong điện trường thì lực điện sinh công -6 J. Hiệu điện thế U_MN có giá trị là bao nhiêu?                                       

Câu 2: Tính công mà lực điện tác dụng lên một êlectron sinh ra khi nó chuyển động từ điểm M đến điểm N. Biết U_MN = 50V                                                                       

Câu 3: Trong một điện trường đều,nếu trên một đường sức giữa hai điểm cách nhau 4cm có hiệu điện thế 10V thì giữa hai điểm cách nhau 6cm có hiệu điện thế là bao nhiêu?    

Câu 4: Một e di chuyển một đoạn 0,6 cm từ điểm M đến điểm N dọc theo một đường sức điện của 1 điện trường đều thì lực điện sinh công 9,6.10^-18 J. Tính cường độ điện trường E.

Câu 1. Hai điểm M và N nằm trên cùng một đường sức của một điện trường đều có cường độ E, hiệu điện thế giữa M và N là U_MN, khoảng cách MN = d. Công thức nào sau đây là không đúng?

A. U_MN = V_M – V_N.        B. U_MN = E.d                C. A_MN = q.U_MN          D. E = UMN.d

Câu 2.Trong một điện trường đều, nếu trên một đường sức, giữa hai điểm cách nhau 4 cm có hiệu điện thế 10 V, giữa hai điểm cách nhau 6 cm có hiệu điện thế là

A. 8 V.                           B. 10 V.                      C. 15 V.                      D. 6V

Câu 3: Khi một điện tích q = -2C di chuyển từ điểm M đến điểm N trong điện trường thì lực điện sinh công -6 J. Hỏi hiệu điện thế U_MN có giá trị nào sau đây ?

A. +12 V.                                            B. -12 V.

C. +3 V.                                              D. -3 V.

Câu 4: Biết hiệu điện thế U_MN = 3 V. Hỏi đẳng thức nào sau đây chắc chắn đúng ?

A. V_M = 3 V.                                        B. V_N = 3 V.

C. V_M – V_N = 3 V.                               D. V_N – V_M = 3 V

Qua bài giảng Điện thế và hiệu điện thế này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :

• Trình bày được ý nghĩa, định nghĩa, đơn vị, đặc điểm của điện thế và hiệu điện thế.
• Nêu được mối liên hệ giữa hiệu điện thể và cường độ điện trường, giải bài tập tính điện thế và hiệu điện thế.