Vận dụng được mối liên hệ giữa thế năng điện với điện thế để tính được thế năng điện của điện tích nằm trong điện trường.

Giải thích được ý nghĩa của hiệu điện thế giữa hai điểm.

Vận dụng mối liên hệ giữa điện thế và cường độ điện trường để xác định điện thế tại một điểm cách mặt đất 5 m ở nơi có điện trường của Trái Đất là 114 V/m.

Tính thế năng điện của một electron đặt tại điểm M có điện thế bằng 1 000 V.

Tế bào quang điện chân không (Hình 20.1) gồm một ống hình trụ có một cửa sổ trong suốt, được hút chân không (áp suất trong khoảng 10-8 mmHg đến 10-6 mmHg). Trong ống đặt một catôt (cực âm) có khả năng phát xạ electron khi được chiếu sáng và một anôt (cực dương). Electron trong điện trường giữa hai cực sẽ dịch chuyển về phía anôt nếu UAK > 0.

Cho hiệu điện thế UAK = 45 V được đặt vào giữa hai cực của tế bào quang điện. Khi chiếu xạ ánh sáng phù hợp để catôt phát xạ eletron vào vùng điện trường giữa hai cực. Hãy tính công của điện trường trong dịch chuyển của electron từ catôt tới anôt.

Hãy vận dụng công thức $V=\frac{A}{q}$ để chứng tỏ rằng công thực hiện để dịch chuyển điện tích q từ điểm N đến điểm M bằng:

$A_{MN}=\left(V_M-V_N\right)q=U_{MN}q$ (20.3).

Tỉ số $V=\frac{A}{q}$ như trên được gọi là điện thế của điện trường tại điểm M.

a) Hãy dự đoán điện thế V đặc trưng cho đại lượng nào của điện trường.

b) Xác định độ lớn điện tích q khi điện thế V có giá trị bằng công A thực hiện để dịch chuyển điện tích q từ vô cực về điểm M.

Để đặt một điện tích q vào điểm M trong điện trường chúng ta cần cung cấp thế năng WM cho điện tích q. Điều này tương ứng với việc thực hiện một công A dịch chuyển điện tích q từ vô cực về điểm M. Hãy vận dụng công thức (19.3) và (19.4) để thu được công thức: $V=\frac{A}{q}$.

Trong thực tế chúng ta gặp những đường dây dẫn điện cao thế, trung thế, hạ thế. Từ "thế" ở đây được hiểu như thế nào? Có liên quan tới thế năng điện đã học ở Bài 19 hay không?

Xác định được công dịch chuyển một điện tích giữa hai điểm trong điện trường đều của Trái Đất.

Xác định được thế năng điện của quả cầu tích điện đều đặt trong điện trường đều của Trái Đất.

Trong điện trường bất kì, khi chọn mốc là ở xa vô cùng, có trường hợp mà số đo thế năng sẽ có giá trị âm không? Hãy vẽ hình minh hoạ.

Chứng tỏ rằng, công của lực điện trong sự dịch chuyển của điện tích q từ điểm M đến điểm N sẽ bằng độ giảm thế năng của điện tích q trong điện trường. Hãy mở rộng cho trường hợp M ở xa vô cùng.

Một điện tích dương q được đặt tại điểm M trong điện trường đều của một tụ điện có độ lớn của cường độ điện trường là E (Hình 19.2).

1. Chứng minh rằng công mà điện trường đều của tụ điện có thể sinh ra khi dịch chuyển điện tích dương q từ điểm M tới bản cực âm là A = qEd.

2. Hãy nhận xét về công A khi ta thay q bằng một điện tích âm.

Chúng ta đã biết, có sự tương tự giữa chuyển động của một điện tích q trong điện trường đều với chuyển động của một vật khối lượng m trong trường trọng lực. Như vậy thì điện tích q trong điện trường có tồn tại thế năng tương tự như vật khối lượng m trong trọng trường không?

Giải thích được cơ chế gia tốc cho electron trong ống phóng tia X, từ đó giúp điều khiển một số đặc tính của chùm tia X theo mong muốn.

Mô tả được ảnh hưởng của điện trường đều lên chuyển động của một điện tích khi bay vào điện trường đều theo phương vuông góc với các đường sức. Từ đó giải thích được nguyên tắc lái tia điện tử trong ống phóng tia điện tử.

Máy lọc không khí tạo ra chùm các ion âm OH- (mỗi ion OH- có khối lượng m = 2,833.10-26 kg, điện tích –1,6.10-19 C) 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.

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 trường 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.

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 4 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.

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.

Giữa hai bản phẳng song song nhiễm điện có cường độ điện trường đều là E. Một điện tích q > 0 có khối lượng m bay vào trong điện trường đều trên với vận tốc $\overrightarrow{v_0}$ 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.

Để chuẩn 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.

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?

Dùng hình ảnh điện phổ để qua đó giải thích được ngay sát bề mặt của Trái Đất có điện trường theo phương thẳng đứng hướng từ trên xuống.

Vận dụng được công thức $E=\frac{\left|Q\right|}{4\pi {\epsilon }_0{r}^2}$ để tính toán và mô tả điện trường của hệ nhiều điện tích, vật tích điện hình cầu.

Vẽ được hệ các đường sức điện trong trường hợp một điện tích hoặc hệ hai điện tích.

Tính được độ lớn cường độ điện trường và mô tả được vectơ cường độ điện trường do một điện tích điểm gây ra tại một điểm trong không gian.

Xác định được phương, chiều, độ lớn của vectơ cường độ điện trường tại một điểm bất kì trong điện trường.

Từ quan sát Hình 17.7 và các nhận xét trên, em hãy vẽ các đường sức điện của một điện tích âm; các đường sức điện của hai điện tích âm Q1 = Q2 < 0 đặt gần nhau.

1. Em hãy quan sát Hình 17.6 và đưa ra nhận xét về đặc điểm của điện phổ:

a) Ở những vùng có điện trường mạnh hơn tức là ở gần điện tích hơn.

b) Ở những vùng có điện trường yếu hơn tức là ở xa điện tích hơn.

c) Ở điện trường có một điện tích và điện trường có nhiều điện tích.

Một hạt bụi mịn loại pm2,5 có điện tích bằng 1,6.10-19 C lơ lửng trong không khí nơi có điện trường của Trái Đất bằng 120 V/m. Bỏ qua trọng lực, tính lực điện của Trái Đất tác dụng lên hạt bụi mịn và từ đó giải thích lí do hạt bụi loại này thường lơ lửng trong không khí.

Cho tam giác ABC vuông tại A có AB = 3 cm và AC = 4 cm. Tại điểm B ta đặt điện tích Q1 = 4,5.10-8 C, tại điểm C ta đặt điện tích Q2 = 2.10-8 C

a) Tính độ lớn của cường độ điện trường do mỗi điện tích trên gây ra tại A.

b) Tính cường độ điện trường tổng hợp tại A.

Đặt điện tích điểm Q1 = 6.10-8 C tại điểm A và điện tích điểm Q2 = - 2.10-8 C tại điểm B cách A một khoảng bằng 3 cm (Hình 17.5). Hãy xác định những điểm mà cường độ điện trường tại đó bằng 0.

Nếu trong không gian có hai điện tích điểm dương Q1 = Q2 được đặt ở hai điểm B và C, một điện tích thử q được đặt tại một điểm A như Hình 17.4. Hãy mô tả bằng hình vẽ lực điện tổng hợp do Q1 và Q2 tác dụng lên điện tích thử q.

Một điện tích điểm Q = 6.10 -13 C đặt trong chân không.

a) Xác định phương, chiều, độ lớn của cường độ điện trường do điện tích điểm Q gây ra tại một điểm cách nó một khoảng 1 cm, 2 cm, 3 cm.

b) Nhận xét về cường độ điện trường ở những điểm gần điện tích Q và ở những điểm cách xa điện tích Q.

c) Từ các nhận xét trên, em hãy mô tả cường độ điện trường do một điện tích điểm dương Q đặt trong chân không gây ra tại một điểm cách nó một khoảng r. Vẽ hình minh hoạ.

Hãy chứng tỏ rằng: Độ lớn cường độ điện trường tại một điểm trong công thức (17.1) bằng độ lớn của lực điện tác dụng lên một đơn vị điện tích đặt tại điểm đó.

Xét điện trường của điện tích Q = 6.10-14 C, sử dụng đoạn thẳng dài 1 cm để biểu diễn cho độ lớn vectơ cường độ điện trường $E=\frac{{10}^{-10}}{6\pi {\epsilon }_0}$ (V/m). Hãy tính và vẽ vectơ cường độ điện trường tại một điểm cách Q một khoảng 2 cm và 3 cm.

Hãy chứng tỏ rằng vectơ cường độ điện trường $\overrightarrow{E}$ có:

+ Phương trùng với phương của lực điện tác dụng lên điện tích.

+ Chiều cùng với chiều của lực điện khi q > 0, ngược chiều với chiều của lực điện khi q < 0.

+ Độ lớn của vectơ cường độ điện trường $\overrightarrow{E}$ bằng độ lớn của lực điện tác dụng lên điện tích 1C đặt tại điểm ta xét.

Đặt điện tích q cách điện tích Q một khoảng r (Hình 17.1):

1. Có phải không khí đã truyền tương tác điện từ điện tích Q tới điện tích q?

2. Vùng không gian bao quanh một nam châm có từ trường. Tương tự như vậy, vùng không gian bao quanh một điện tích có điện trường. Ta có thể phát hiện sự tồn tại của điện trường bằng cách nào?

Hai quả cầu tích điện cùng dấu được treo bằng hai sợi dây mảnh không dẫn điện như hình bên. Tại sao chúng không tiếp xúc nhưng vẫn tương tác được với nhau?

Trình bày được nguyên tắc hoạt động của máy lọc không khí trong gia đình dựa trên sơ đồ Hình 16.7.

(1): Lớp lọc bụi có kích thước lớn.

(2), (3): Lưới lọc tĩnh điện.

(4): Lớp lọc vi khuẩn, mùi.

(5): Quạt.

(6): Nguồn điện.

Hai điện tích điểm q1 = 15 $\mu C$; q2 = -6 $\mu C$ đặt cách nhau 0,2 m trong không khí. Phải đặt một điện tích q3 ở vị trí nào để lực điện tác dụng lên điện tích này bằng 0?

Xác định lực điện tương tác giữa electron và proton của nguyên tử hydrogen. Biết khoảng cách từ electron trong nguyên tử hydrogen đến hạt nhân của nguyên tử này là 5.10-11 m; điện tích của electron và proton có độ lớn bằng nhau 1,6.10-19 C. Lấy ${\epsilon }_0={\mathrm{8,85.10}}^{-12}\frac{C^2}{N.m^2}$.

Có thể dùng định luật Coulomb để xác định độ lớn của lực tương tác giữa các điện tích trong các thí nghiệm ở Hình 16.1 không? Tại sao?

Người ta có thể dùng lực tĩnh điện để tách các trang sách bị dính chặt vào nhau mà không làm chúng hỏng. Hãy mô tả cách làm này.

Hãy vẽ các vectơ lực điện tương tác giữa hai điện tích điểm q1 = 10-5 C và q2 = 10-7 C đặt cách nhau 10 cm trong chân không theo tỉ lệ 1 cm ứng với khoảng cách 2 cm và lực 0,4 N. Lấy k = 9.109 Nm2/C2.

Nếu khoảng cách giữa hai điện tích điểm tăng lên 2 lần và giá trị của mỗi điện tích điểm tăng lên 3 lần thì lực điện tương tác giữa chúng tăng hay giảm bao nhiêu lần?

Hãy nêu tên các đại lượng và tên các đơn vị trong biểu thức (16.2) và (16.3).

Độ lớn của lực tương tác giữa các điện tích có phụ thuộc như thế nào vào khoảng cách giữa các điện tích? Đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán.