Công thức tính công của lực điện là một phần kiến thức quan trọng trong chương trình Vật lý lớp 11. Hiểu rõ công thức này giúp học sinh giải quyết các bài tập liên quan đến điện trường một cách dễ dàng và hiệu quả. Bài viết này sẽ cung cấp định nghĩa, công thức, kiến thức mở rộng và các bài tập minh họa có lời giải chi tiết để bạn nắm vững kiến thức này.
1. Định Nghĩa Công Của Lực Điện
Công của lực điện trường khi một điện tích di chuyển trong điện trường đều từ điểm M đến điểm N được ký hiệu là AMN. Một điểm đặc biệt là, AMN không phụ thuộc vào hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu M và điểm cuối N.
2. Công Thức Tính Công Của Lực Điện
Công của lực điện trường được tính theo công thức:
AMN = Fd = qE.s cos α = qEd
Trong đó:
- E là cường độ điện trường, đơn vị là V/m.
- q là điện tích di chuyển trong điện trường E, đơn vị là C.
- d là độ dài hình chiếu của đoạn MN lên phương của vectơ cường độ điện trường , với chiều dương là chiều của vecto cường độ điện trường .
Lưu ý về dấu của d:
- d > 0 khi hình chiếu cùng chiều đường sức điện.
- d < 0 khi hình chiếu ngược chiều đường sức điện.
- d = 0 khi hình chiếu vuông góc với đường sức điện.
3. Mở Rộng Về Công Của Lực Điện
Công của lực điện khi dịch chuyển điện tích q từ điểm M đến điểm N còn được biểu diễn qua các công thức sau:
AMN = qEd = qE.s cos α = qUMN = q(VM – VN) = WM – WN
Nếu điện tích q di chuyển từ điểm M ra vô cực, công của lực điện là:
AM∞ = WM = VMq
Trong đó:
- UMN là hiệu điện thế giữa hai điểm M và N.
- VM, VN là điện thế tại M và N.
- WM là thế năng của điện tích q tại điểm M trong điện trường.
4. Bài Tập Vận Dụng Công Thức Tính Công Của Lực Điện
Bài Tập 1
Một electron di chuyển một đoạn đường 1 cm từ M đến N dọc theo một đường sức điện, chịu tác dụng của lực điện trong điện trường đều có cường độ 1000 V/m. Cho điện tích của electron qe = -1,6.10-19C. Tính công của lực điện.
Hướng dẫn giải:
Vì electron mang điện tích âm, nên lực điện tác dụng lên electron ngược chiều với chiều đường sức điện trường.
Do đó, α = 180o ⇒ d = MN.cos 180o = -1 (cm) = -0,01 (m)
Công của lực điện trường:
A = qEd = (-1,6.10-19).1000.(-0,01) = 1,6.10-18 J
Bài Tập 2
Điện tích Q = 5.10-9 C đặt tại O trong không khí.
a) Tính công cần thực hiện để di chuyển điện tích q = 4.10-8 C từ M (cách Q đoạn r1 = 40 cm) đến N (cách Q đoạn r2 = 25 cm).
b) Tính công cần thực hiện để di chuyển điện tích q từ M ra vô cực.
Hướng dẫn giải:
a) Áp dụng công thức:
Thay số, ta được:
b) Công để di chuyển điện tích từ M ra vô cực:
Bài Tập 3
A, B, C là ba điểm tạo thành tam giác vuông tại A, đặt trong điện trường đều có vectơ cường độ điện trường song song với AB. Cho α = 60o, BC = 10 cm và UBC = 400 V.
a) Tính UAC, UBA và E.
b) Tính công thực hiện để dịch chuyển điện tích q = 10-9 C từ A → B, từ B → C và từ A → C.
c) Đặt thêm ở C một điện tích điểm q = 9.10-10 C. Tìm cường độ điện trường tổng hợp tại A.
Hướng dẫn giải:
a) UAC = E.AC.cos90o = 0.
UBA = UBC + UCA = UBC = 400 V.
b) AAB = qUAB = -qUBA = -4.10-7 J.
ABC = qUBC = 4.10-7 J.
AAC = qUAC = 0.
c) Điện tích q đặt tại C sẽ gây ra tại A véc tơ cường độ điện trường có phương chiều như hình vẽ và có độ lớn:
có phương chiều như hình vẽ, có độ lớn
Nắm vững công thức và các dạng bài tập về công của lực điện sẽ giúp bạn tự tin hơn trong các bài kiểm tra và kỳ thi. Chúc các bạn học tốt!
