Công của lực điện là một khái niệm quan trọng trong chương trình Vật lý lớp 11. Hiểu rõ công thức và cách tính công của lực điện giúp học sinh giải quyết các bài tập liên quan một cách hiệu quả. Bài viết này sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan, chi tiết và dễ hiểu về Công Thức Tính Công Của Lực điện, kèm theo các ví dụ minh họa.
1. Định Nghĩa Công Của Lực Điện
Công của lực điện là công thực hiện bởi lực điện trường khi một điện tích di chuyển trong điện trường đó. Điểm đặc biệt là công này không phụ thuộc vào hình dạng đường đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối.
Hình ảnh minh họa công của lực điện trường khi điện tích di chuyển từ điểm M đến N, không phụ thuộc vào đường đi.
Công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích trong điện trường đều từ M đến N là AMN, và nó chỉ phụ thuộc vào vị trí của điểm đầu M và điểm cuối N của đường đi, chứ không phụ thuộc vào hình dạng đường đi.
2. Công Thức Tính Công Của Lực Điện Trường
Công thức tổng quát để tính công của lực điện trường trong trường hợp điện trường đều là:
Hình ảnh minh họa công thức tính công của lực điện trong điện trường đều, với các đại lượng được chú thích rõ ràng.
AMN = Fd = qE.s cos α = qEd
Trong đó:
- AMN: Công của lực điện trường (J).
- E: Cường độ điện trường (V/m).
- q: Điện tích (C).
- d: Độ dài hình chiếu của đoạn đường MN trên phương của đường sức điện (m).
Lưu ý quan trọng về dấu của d:
- d > 0: Khi hình chiếu cùng chiều với đường sức điện.
- d < 0: Khi hình chiếu ngược chiều với 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 liên quan mật thiết đến hiệu điện thế và điện thế. Khi điện tích q di chuyển từ điểm M đến N trong điện trường, công của lực điện được tính bằng:
AMN = qEd = qE.s cos α = qUMN = q(VM – VN) = WM – WN
Trong đó:
- UMN: Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N (V).
- VM, VN: Điện thế tại điểm M và N tương ứng (V).
- WM, WN: Thế năng của điện tích q tại điểm M và N tương ứng.
Khi điện tích q di chuyển từ điểm M ra vô cực, công của lực điện là:
AM∞ = WM = VMq
Hình ảnh minh họa mối liên hệ giữa công của lực điện, điện thế và thế năng khi điện tích di chuyển trong điện trường.
4. Bài Tập Vận Dụng Công Thức Tính Công Của Lực Điện
Để hiểu rõ hơn về cách áp dụng công thức, chúng ta sẽ xét một số ví dụ cụ thể.
Bài tập 1: Một electron di chuyển một đoạn 2 cm từ M đến N dọc theo đường sức điện, dưới tác dụng của lực điện trong điện trường đều có cường độ 1500 V/m. Tính công của lực điện, biết điện tích của electron là -1.6 * 10^-19 C.
Hướng dẫn giải:
Hình ảnh minh họa hướng chuyển động của electron trong điện trường đều và cách xác định chiều của lực điện.
Vì electron mang điện tích âm, lực điện tác dụng lên electron ngược chiều với đường sức điện.
Do đó, α = 0° và d = MN = 0.02 m.
Công của lực điện: A = qEd = (-1.6 10^-19 C) (1500 V/m) (0.02 m) = -4.8 10^-18 J
Bài tập 2: Một điện tích q = 2 * 10^-8 C di chuyển từ điểm A đến điểm B trong điện trường, hiệu điện thế UAB = 200 V. Tính công của lực điện.
Hướng dẫn giải:
Công của lực điện: AAB = qUAB = (2 10^-8 C) (200 V) = 4 * 10^-6 J
Bài tập 3: Cho tam giác ABC vuông tại A, đặt trong điện trường đều. Cường độ điện trường song song với AB. Biết góc ABC = 30°, BC = 20 cm và UBC = 500 V. Tính công để di chuyển điện tích q = 2.10^-9 C từ A đến C.
Hướng dẫn giải:
Hình ảnh minh họa tam giác vuông ABC đặt trong điện trường đều, các thông số về góc và cạnh được thể hiện rõ ràng.
Vì UAC = 0 (do A và C có cùng điện thế), nên AAC = qUAC = 0.
Qua các ví dụ trên, ta thấy việc nắm vững công thức và hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến công của lực điện là rất quan trọng để giải quyết các bài tập.
Kết luận
Công thức tính công của lực điện là một công cụ hữu ích để giải quyết các bài toán liên quan đến điện trường. Việc hiểu rõ định nghĩa, công thức, và các yếu tố ảnh hưởng đến công của lực điện sẽ giúp học sinh nắm vững kiến thức và đạt kết quả cao trong học tập. Hãy luyện tập thường xuyên với các bài tập khác nhau để củng cố kiến thức và kỹ năng giải bài.
