Chuyển động của hạt trong điện trường

VnHocTap.com giới thiệu đến các em học sinh lớp 11 bài viết Chuyển động của hạt trong điện trường, nhằm giúp các em học tốt chương trình Vật lí 11.

Nội dung bài viết Chuyển động của hạt trong điện trường:
DẠNG 3. Chuyển động của hạt trong điện trường 1. Phương pháp – Khi hạt mang điện được thả tự do không vận tốc đầu trong một điện trường đều thì dưới tác dụng của lực điện, hạt mang điện chuyển động theo một đường thẳng song song với đường sức điện. + Nếu điện tích dương (q > 0) thì hạt mang điện (q) sẽ chuyển động cùng chiều điện trường. + Nếu điện tích âm (q < 0) thì hạt mang điện (q) sẽ chuyển động ngược chiều điện trường. Khi đó chuyển động của hạt mang điện là chuyển động thẳng tiến biến đổi đều với gia tốc là a. Để khảo sát chuyển động của vật, ta sử dụng định luật II Newton và một số kết quả đã học ở chương trình Vật lí 10. + Định luật II: F ma với F là hợp các lực tác dụng vào vật có khối lượng m a là gia tốc mà vật thu được. + Tọa độ của vật trong chuyển động biến đổi đều Trong đó x tọa độ của vật tại thời điểm t (m). x0 tọa độ ban đầu của vật so với mốc đã chọn (tại t = 0) (m). Vận tốc tại thời điểm ban đầu (m/s). Gia tốc của vật + Mối liên hệ giữa vận tốc, gia tốc và quãng đường vật đi được - Khi electron bay vào điện trường với vận tốc ban đầu 0 v vuông góc với các đường sức điện thì e chịu tác dụng của lực điện không đổi có hướng vuông góc với 0 v chuyển động của e tương tự như chuyển động của một vật bị ném ngang trong trường trọng lực. Quỹ đạo của e là một phần của đường parabol. Định lí biến thiên động năng: độ biến thiên động năng bằng công của ngoại lực tác dụng vào vật: 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Khi bay từ điểm M đến điểm N trong điện trường, electron tăng tốc, động năng tăng thêm 250eV. Lời giải Vì electron có khối lượng không đáng kể nên ta có thể bỏ qua trọng lực tác dụng vào electron. Vậy khi electron chuyển động trong điện trường thì lực tác dụng vào electron là lực điện. Theo định lí biến thiên động năng, ta có công của lực điện chính là độ tăng động năng. Đáp án A. STUDY TIP Công của lực điện Ví dụ 2: Một e có vận tốc ban đầu 60 v ms chuyển động dọc theo chiều đường sức của một điện trường có cường độ điện trường E Vm. Quãng đường electron đi được kể từ lúc ban đầu đến lúc dừng lại là? Lời giải Vì 0 e q nên hạt này sẽ chuyển động ngược chiều điện trường, khi đó chuyển động của hạt mang điện là chuyển động thẳng chậm dần đều với gia tốc Chuyển động của electron đến khi dừng lại là Sau khi dừng lại electron vẫn chịu tác dụng của lực điện trường ngược với chiều của E nên electron sẽ chuyển động nhanh dần đều về vị trí xuất phát. Đáp án D. STUDY TIP Nhớ lại công thức về chuyển động lớp 10: Ví dụ 3: Một e được bắn với vận tốc đầu vào một điện trường đều theo phương vuông góc với đường sức điện. Cường độ điện trường là 100 V/m. Tính vận tốc của e khi nó chuyển động được trong điện trường. Điện tích của e là 19 khối lượng của e là 31 Lời giải Electron tham gia chuyển động như 1 vật bị ném ngang với 6 0 v ms. Theo phương Ox electron không chịu tác dụng của lực nào nên nó chuyển động thẳng đều với phương trình chuyển động Theo phương Oy electron chịu tác dụng của lực điện trường và chuyển động với gia tốc a là Phương trình chuyển động theo phương Oy Vận tốc của e khi nó chuyển động trong điện trường là Đáp án A. STUDY TIP Vận tốc trong chuyển động ném ngang Trong đó x v là vận tốc của vật theo phương ngang, y v là vận tốc của vật theo phương thẳng đứng. Ví dụ 4: Một e chuyển động với vận tốc ban đầu m s dọc theo đường sức của một điện trường đều được một quãng đường 10 cm thì dừng lại. a) Tính gia tốc của e b) Xác định cường độ điện trường? Lời giải a) Vì 0 e q nên e sẽ chuyển động ngược chiều với điện trường suy ra b) Cường độ điện trường Đáp án C. Phân tích - Có vận tốc ban đầu và quãng đường sẽ tính được gia tốc thông qua biểu thức 2 2 - Dùng định luật II Newton tính được cường độ điện trường Ví dụ 5: Một electron chuyển động dọc theo chiều đường sức của một điện trường đều có cường độ 364 V/m. Electron xuất phát từ điểm M với vận tốc 6 3 m/s. Hỏi: a) Electron đi được quãng đường dài bao nhiêu thì vận tốc của nó bằng 0? A. 4 cm. B. 8 cm. C. 6 cm. D. 2 cm. b) Sau bao lâu kể từ lúc xuất phát e trở về điểm M Lời giải a) Theo định luật II Newton, gia tốc mà electron thu được là b) Sau khi electron chuyển động được 8cm thì dừng lại (giả sử dừng lại tại N), vì lúc này electron vẫn trong điện trường nên electron vẫn chịu tác dụng của lực điện trường, lực này làm cho electron chuyển động theo chiều ngược lại và sẽ đến M.