Cho quả cầu kim loại A mang điện tích được giữ cố định trên một giá đỡ cách điện

Sách bài tập Vật Lí 11 Bài 13: Điện thế và thế năng điện - Chân trời sáng tạo

Bài 13.9 (VD) trang 52 Sách bài tập Vật Lí 11: Cho quả cầu kim loại A mang điện tích $q_{\text{A}}=3\mu \text{C}$  được giữ cố định trên một giá đỡ cách điện. Một vật nhỏ B có khối lượng m = 0.5 g mang điện tích $q_{\text{B}}=8\mu \text{C}$  bay từ rất xa tiến lại gần quả cầu A như Hình 13.7. Khi tâm hai quả cầu cách nhau một đoạn d = 0,5 m thì tốc độ của quả cầu B là v = 20 m/s. Bỏ qua lực hấp dẫn giữa hai quả cầu và tác dụng của trọng lực. Xem gần đúng các quả cầu là các điện tích điểm. Biết rằng thế năng điện của quả cầu B được xác định bằng biểu thức $W_{\text{t}}=\frac{k{q}_{\text{A}}{q}_{\text{B}}}{r}$  với r là khoảng cách giữa hai quả cầu. Hãy xác định:

a) Khoảng cách ngắn nhất giữa hai quả cầu.

b) Tốc độ của quả cầu B khi khoảng cách giữa hai quả cầu là 0,8 m và khi chúng ở rất xa nhau.

Lời giải:

a) Khi khoảng cách giữa hai quả cầu đạt cực tiểu thì động năng của quả cầu B bằng 0 . Áp dụng định luật bảo toàn cơ năng: $\frac{1}{2}m{v}^2+\frac{k{q}_{\text{A}}{q}_{\text{B}}}{d}=0+\frac{k{q}_{\text{A}}{q}_{\text{B}}}{r_{\text{min}}}$

$\Rightarrow r_{\text{min}}=\frac{1}{\frac{m{v}^2}{2k{q}_{\text{A}}{q}_{\text{B}}}+\frac{1}{d}}=\frac{1}{\frac{\left(0,5\cdot {10}^{-3}\right)\cdot {20}^2}{2\cdot \left(9\cdot {10}^9\right)\cdot \left(3\cdot {10}^{-6}\right)\cdot \left(8\cdot {10}^{-6}\right)}+\frac{1}{0,5}}\approx 0,41\text{ m}$

b) Khi khoảng cách giữa hai quả cầu là $r_1=0,8\text{ m}$ , ta có: $\frac{1}{2}m{v}^2+\frac{k{q}_{\text{A}}{q}_{\text{B}}}{d}=\frac{1}{2}m{v}_1^2+\frac{k{q}_{\text{A}}{q}_{\text{B}}}{r_1}$

$\Rightarrow v_1=\sqrt{v^2+\frac{2k{q}_{\text{A}}{q}_{\text{B}}}{m}\left(\frac{1}{d}-\frac{1}{r_1}\right)}$

$\Rightarrow v_1=\sqrt{{20}^2+\frac{2\cdot \left(9\cdot {10}^9\right)\cdot \left(3\cdot {10}^{-6}\right)\cdot \left(8\cdot {10}^{-6}\right)}{0,5\cdot {10}^{-3}}\left(\frac{1}{0,5}-\frac{1}{0,8}\right)}\approx 32,37\text{ m/s}$

Khi quả cầu B tiến ra vô cùng thì thế năng điện bằng không, ta có:

$\frac{1}{2}m{v}^2+\frac{k{q}_{\text{A}}{q}_{\text{B}}}{d}=\frac{1}{2}m{v}_2^2+0$

$\Rightarrow v_2=\sqrt{v^2+\frac{2k{q}_{\text{A}}{q}_{\text{B}}}{md}}=\sqrt{{20}^2+\frac{2\cdot \left(9\cdot {10}^9\right)\cdot \left(3\cdot {10}^{-6}\right)\cdot \left(8\cdot {10}^{-6}\right)}{\left(0,5\cdot {10}^{-3}\right)\cdot 0,5}}\approx 46,13\text{ m/s}$

Lời giải SBT Vật Lí 11 Bài 13: Điện thế và thế năng điện hay khác:

• Câu 13.1 (B) trang 48 Sách bài tập Vật Lí 11: Công của lực điện tác dụng lên một điện tích....

• Câu 13.2 (B) trang 48 Sách bài tập Vật Lí 11: Chọn từ/cụm từ thích hợp trong bảng dưới đây để điền vào chỗ trống: điện trường, âm, từ trường, công...

• Câu 13.3 (H) trang 48 Sách bài tập Vật Lí 11: Có bao nhiêu phát biểu sau đây là không chính xác?Công của lực điện bằng độ giảm thế năng điện....

• Câu 13.4 (H) trang 48 Sách bài tập Vật Lí 11: Trong vùng không gian có điện trường đều giữa hai bản kim loại phẳng tích điện trái dấu, xét một điện tích q chuyển động trên đường thẳng ....

• Câu 13.5 (H) trang 49 Sách bài tập Vật Lí 11: Cho một hạt mang điện dương chuyển động từ điểm A đến điểm B, C, D theo các quỹ đạo khác nhau trong điện trường đều như Hình 13.1....

• Câu 13.6 (VD) trang 49 Sách bài tập Vật Lí 11: Một điện tích q chuyển động từ điểm A đến P theo lộ trình như Hình 13.2 ...

• Bài 13.1 (B) trang 49 Sách bài tập Vật Lí 11: Khi thả một electron không có vận tốc ban đầu trong một điện trường đều thì electron chuyển động như thế nào....

• Bài 13.2 (B) trang 49 Sách bài tập Vật Lí 11: Cho hai bản kim loại phẳng đặt song song, tích điện trái dấu. Thả một electron không vận tốc ban đầu vào điện trường giữa hai bản kim loại trên....

• Bài 13.3 (H) trang 49 Sách bài tập Vật Lí 11: Cho một hạt nhân nguyên tử helium chuyển động ngược chiều đường sức điện của một điện trường đều với tốc độ ban đầu là ....

• Bài 13.4 (H) trang 50 Sách bài tập Vật Lí 11: Một hạt bụi mang điện tích $q=1\mu \text{C}$  có khối lượng m đang nằm cân bằng trong một điện trường đều giữa hai bản kim loại phẳng nằm ngang....

• Bài 13.5 (H) trang 50 Sách bài tập Vật Lí 11: Xét một vùng không gian có điện trường đều, cho 3 điểm A , B, C tạo thành một tam giác đều có độ dài các cạnh ....

• Bài 13.6 (VD) trang 50 Sách bài tập Vật Lí 11: Cho 3 bản kim loại phẳng A, B, C mang điện với bản A và C tích điện âm còn bản B tích điện dương....

• Bài 13.7 (VD) trang 51 Sách bài tập Vật Lí 11: Trong vùng không gian giữa hai tấm kim loại phẳng, tích điện trái dấu nhau và cách nhau một đoạn d = 5cm có một hạt bụi kim loại tích điện âm....

• Bài 13.8 (VD) trang 51 Sách bài tập Vật Lí 11: Ống tia âm cực (CRT) là một thiết bị thường được thấy trong dao động kí điện tử cũng như màn hình ti vi, máy tính (CRT),... ....

Xem thêm các bài giải sách bài tập Vật Lí lớp 11 Chân trời sáng tạo hay, chi tiết khác:

• SBT Vật Lí 11 Bài 14: Tụ điện

• SBT Vật Lí 11 Bài 15: Năng lượng và ứng dụng của tụ điện

• SBT Vật Lí 11 Bài 16: Dòng điện. Cường độ dòng điện

• SBT Vật Lí 11 Bài 17: Điện trở. Định luật Ohm

• SBT Vật Lí 11 Bài 18: Nguồn điện

Xem thêm các tài liệu học tốt lớp 11 hay khác:

• Giải sgk Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo
• Giải Chuyên đề Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo
• Giải SBT Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo
• Giải lớp 11 Chân trời sáng tạo (các môn học)
• Giải lớp 11 Kết nối tri thức (các môn học)
• Giải lớp 11 Cánh diều (các môn học)

---