Vật lí 11 Kết nối tri thức bài 18
Vật lí 11 Kết nối tri thức bài 18: Điện trường đều
VnDoc.com xin gửi tới bạn đọc bài viết Vật lí 11 Kết nối tri thức bài 18: Điện trường đều để bạn đọc cùng tham khảo và có thêm tài liệu giải bài tập Vật lý 11 Kết nối tri thức nhé. Mời các bạn cùng theo dõi bài viết dưới đây.
Mở đầu
Chúng ta đã biết, cường độ điện trường tại mỗi điểm thường sẽ có giá trị khác nhau. Vậy có tồn tại những vùng điện trường mà cường độ điện trường tại mỗi điểm có giá trị như nhau không?
Bài làm
Cường độ điện trường tại mỗi điểm có giá trị như nhau khi ở trong điện trường đều. Điện trường trong một điện môi đồng chất nằm ở giữa hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và điện tích bằng nhau, trái dấu là một điện trường đều.
I. Khái niệm hiện trường đều
II. Điện trường đều giữa hai bản phẳng nhiễm điện đặt song song
Câu hỏi: Để chẩn đoán hình ảnh trong y học người ta thường sử dụng tia X (hay tia Rơn-ghen) để chụp X quang và chụp CT. Cho rằng vùng điện trường giữa hai cực của ống tia X (Hình 18.2) là một điện trường đều. Khoảng cách giữa hai cực bằng 2 cm, hiệu điện thế giữa hai cực là 120 kV. Hãy tính lực điện trường tác dụng lên electron.
Bài làm
Cường độ điện trường tác dụng lên electron là: 
\(E=\frac{U}{d}=\frac{120.10^{3}}{0,02}=6.10^{6} (V/m)\)
Lực điện tác dụng lên electron là: \(F=eE=1,6.10^{-19}.6.10^{6}=9,6.10^{-13} (N)\)
III. Tác dụng của điện trường đều đối với chuyển động của một điện tích
Hoạt động 1: Giữa hai bản phẳng song song nhiễm điện có cường độ điện trưởng đều là E. Một điện tích q > 0 có khối lượng m bay vào trong điện trường đều trên với vận tốc v theo phương vuông góc với đường sức. Môi trường giữa hai bản phẳng nhiễm điện là chân không. Biết rằng trong hiện tượng này, trọng lực là rất nhỏ so với lực điện. Hãy so sánh vectơ lực điện tác dụng lên điện tích q trong Hình 18.3 với vectơ trọng lực tác dụng lên vật khối lượng m chuyển động ném ngang trong trường trọng lực như Hình 18.4. Từ đó chỉ ra rằng có sự tương tự giữa hai chuyển động nói trên.
Bài làm
a) So sánh lực điện tác dụng lên điện tích q trong Hình 18.3 SGK với trọng lực tác dụng lên vật m chuyển động ném ngang trong Hình 18.4 SGK:
Vì điện tích q > 0 nên lực điện tác dụng lên điện tích cùng phương và chiếu với điện trường tức là có phương thẳng đứng hướng xuống dưới. Độ lớn của lực được xác định bằng biểu thức: F = qE.
Phương và chiều của lực điện tác dụng lên diện tích 4 trong Hình 18.3 SGK hoàn toàn trùng với phương và chiều của trọng lực có độ lớn P = mg tác dụng lên vật m được ném ngang trong
Hình 18.4 SGK - phương thẳng đứng, chiều từ trên xuống dưới.
Công thức về độ lớn của của lực điện F = qE và của trọng lực P = mg tính tương tự nhau.
Trong đó q tương ứng với m (số đo của hạt); E tương ứng với g (cường độ của trường).
b) Vận tốc ban đầu của điện tích q trong Hình 18.3 SGK và của vật m trong Hình 18.4 SGK đều có phương ngang, cùng chiếu. Giống như sự tương tự của ngoại lực tác dụng lên vật như đã nói ở phần (a), ta thấy có sự tương tự giữa hai chuyển động trong hai hình trên.
Hoạt động 2: Hãy thảo luận về tác dụng của điện trường đều lên chuyển động của điện tích bay vào điện trường đều theo phương vuông góc với đường sức điện:
a) Ảnh hưởng như thế nào đến vận tốc của chuyển động?
b) Từ đó dự đoán dạng quỹ đạo chuyển động.
Bài làm
a) Lực điện không ảnh hưởng đến phương ngang của chuyển động nên điện tích sẽ chuyển động đều theo phương ngang.
Lực điện có chiều thẳng đứng, hướng từ trên xuống dưới nên điện tích sẽ chuyển động nhanh dần đều theo phương dọc. Tương tự như chuyển động ném ngang, điện tích q có tốc độ không đổi theo phương ngang, theo phương dọc q có tốc độ tăng dần đều. Như vậy, dưới tác dụng của điện trường đều, vận tốc của q sẽ liên tục đối phương và tăng dẫn về độ lớn.
b) Hình dạng quỹ đạo chuyển động của điện tích q khi bay vào điện trường đều theo phương vuông góc với đường sức sẽ tương tự như quỹ đạo của vật m ném ngang và có dạng parabol.
IV. Ứng dụng
Hoạt động 1: Dao động kí là một loại thiết bị dùng để hiển thị dạng tín hiệu đưa vào. Cấu tạo của một dao động kí gồm bốn bộ phận chính: ống phóng tia điện tử, màn huỳnh quang, súng điện tử, hệ thống lái tia (Hình 18.6). Ống phóng tia điện tử phát ra electron bay qua hai bản lái tia theo phương x và phương y rồi đập lên màn huỳnh quang tạo ra điểm sáng trên màn.
Hãy giải thích nguyên tắc hoạt động lái tia điện tử của các bản lái tia trong Hình 18.6.
Bài làm
Ta thấy rằng quỹ đạo chuyển động của điện tích khi bay vào trong điện trường đều phụ thuộc vào vận tốc ban đầu, cường độ điện trường giữa hai bản phẳng điện trường.
- Hiệu điện thế Ua cho phép người ta điều chỉnh vận tốc ban đầu vị của điện tử.
- Hiệu điện thế Uy trên bản lái tia theo phương y cho phép chúng ta điều chỉnh quỹ đạo của tia điện tử theo phương y. Khi cố định Ua và đặt vào hai bản lái tia theo phương y một điện áp biến đổi, ta sẽ thấy điểm hiển thị của tia điện tử trên màn hành có toạ độ y biến đổi theo điện áp bên ngoài. Người ta cũng có thể cố định điện áp trên bản lái tia theo phương y và sử dụng Ua là một điện áp biến đổi cũng thu được kết quả tương tự.
- Thay đổi hiệu điện thế Ux trên hai bản lái tia theo phương x thường được thiết lập để cho điểm hiển thị của tia điện tử trên màn hình có toạ độ tăng dần theo phương x. Trong nhiều trường hợp trục Ox chính là trục thời gian.
- Dưới sự điều khiển của các bản lái tia, hình ảnh hiển thị trên màn huỳnh quang sẽ mô tả tín hiệu đầu vào là hiệu điện thế Uy và Ux được đặt vào các bản lái tia.
Hoạt động 2: Hãy tìm hiểu về công nghệ ion âm lọc không khí được sử dụng rất phổ biến hiện nay (để lọc không khí trong ô tô, trong gia đình, trong nhà xưởng,...). Máy hút ẩm (Hình 18.7) có các ion âm được phát ra theo phương vuông góc với đường sức điện trưởng của Trái Đất.
Hãy nêu tác dụng của điện trường đều của Trái Đất đối với chuyển động của chùm ion âm để giải thích cho khả năng lọc bụi trong không khí của chúng.
Bài làm
Do điện trường của Trái Đất được coi là đều trong một vùng hẹp, nó có phương thẳng đứng hướng xuống dưới nên đã ảnh hưởng tới phương chiếu và độ lớn vận tốc của các ion âm. Do đó quỹ đạo chuyển động của các ion âm là đường parabol, hướng lên phía trên mặt đất tương tự như quỹ đạo được vẽ trong hình.
Dạng của các parabol này sẽ khác nhau tuỳ thuộc vào độ lớn vận tốc ban đầu vị của các ion âm, vì vậy chùm ion âm sẽ được phân tán rộng và hướng lên trên.
Sự ảnh hưởng của điện trường đều tới chuyển động của điện tích bay vào điện trường theo phương vuông góc với đường sức đã được ứng dụng trong công nghệ ion âm lọc không khí giúp phân tán chùm ion âm được phát ra. Các ion âm phát ra có vận tốc ban đầu không giống nhau và được phân tán rộng ra, hướng lên phía trên mặt đất, giúp tiếp cận các hạt bụi mịn nhiễm điện dương dễ dàng hơn để thực hiện lọc không khí.
Câu hỏi: Máy lọc không khí tạo ra chùm các ion âm OH− (mỗi ion OH− có khối lượng m = 2,833.10−26kg, điện tích –1,6.10−19C) có vận tốc ban đầu từ 20 m/s đến 40 m/s theo phương song song với mặt đất và cách mặt đất 50 cm. Điện trường đều đo được ở bề mặt Trái Đất là 114 V/m. Bỏ qua trọng lực và các loại lực cản khác, hãy xác định quỹ đạo của chùm ion âm này.
-----------------------------------------
Bài tiếp theo: Vật lí 11 Kết nối tri thức bài 19
Trên đây VnDoc.com vừa gửi tới bạn đọc bài viết Vật lí 11 Kết nối tri thức bài 18: Điện trường đều. Hi vọng qua bài viết này bạn đọc có thêm tài liệu để học tập tốt hơn môn Vật lí 11 Kết nối tri thức. Mời các bạn cùng tham khảo thêm tại mục Toán 11 Kết nối tri thức.
