Điện Trường Đều
Khái niệm điện trường đều, công thức $E = U/d$, lực điện và chuyển động của điện tích
▸ Đặc điểm đường sức của điện trường đều
- Là các đường thẳng song song.
- Cách đều nhau (cùng mật độ trên mọi vùng).
Để tạo ra một điện trường đều, người ta sử dụng hai bản kim loại phẳng với các đặc điểm:
- Có hình dạng và kích thước giống hệt nhau.
- Đặt song song với nhau, cách nhau khoảng $d$.
- Tích điện trái dấu: một bản tích điện dương (+), một bản tích điện âm (−).
▸ Đặc điểm đường sức điện giữa hai bản phẳng
| Đặc điểm | Mô tả |
|---|---|
| Hình dạng | Các đường thẳng song song và cách đều nhau. |
| Phương | Vuông góc với hai bản phẳng. |
| Chiều | Đi từ bản tích điện dương (+) sang bản tích điện âm (−). |
Cường độ điện trường giữa hai bản phẳng nhiễm điện trái dấu đặt song song có độ lớn bằng tỉ số giữa hiệu điện thế và khoảng cách giữa chúng:
Trong đó:
- $E$: cường độ điện trường đều, đơn vị vôn trên mét (V/m).
- $U$: hiệu điện thế giữa hai bản phẳng, đơn vị vôn (V).
- $d$: khoảng cách giữa hai bản phẳng, đơn vị mét (m).
▸ Các dạng biến đổi:
Khi đặt một điện tích $q$ trong điện trường đều $\vec{E}$, điện tích chịu tác dụng của lực điện:
▸ Phương và chiều của lực điện
| Yếu tố | Đặc điểm |
|---|---|
| Phương | Trùng với phương đường sức điện (vuông góc với hai bản phẳng). |
| Chiều khi $q > 0$ | $\vec{F}$ cùng chiều $\vec{E}$ — hướng từ bản dương sang bản âm. |
| Chiều khi $q < 0$ | $\vec{F}$ ngược chiều $\vec{E}$ — hướng từ bản âm sang bản dương. |
| Độ lớn | $F = |q| \cdot E$ (không đổi tại mọi điểm trong điện trường đều). |
Xét điện tích $q$, khối lượng $m$ bay vào điện trường đều với vận tốc ban đầu $\vec{v_0}$ theo phương vuông góc với đường sức điện. Bỏ qua trọng lực và lực cản.
▸ Phân tích chuyển động theo hai phương
Chọn hệ toạ độ Oxy: Ox theo $\vec{v_0}$, Oy theo phương đường sức điện.
| Phương | Lực tác dụng | Gia tốc | Loại chuyển động |
|---|---|---|---|
| Ox | Không có | $a_x = 0$ | Thẳng đều |
| Oy | $F = qE$ | $a_y = \dfrac{qE}{m} = \dfrac{qU}{md}$ | Biến đổi đều |
▸ Phương trình chuyển động
Theo Oy: $y = \dfrac{1}{2} a_y t^2 = \dfrac{qE}{2m} t^2$
▸ Phương trình quỹ đạo
Từ $x = v_0 t$ ta có $t = \dfrac{x}{v_0}$. Thay vào phương trình theo Oy:
$F = |q|E = 1{,}6 \cdot 10^{-19} \times 500 = 8 \cdot 10^{-17}$ N.
$a_y = \dfrac{F}{m} = \dfrac{8 \cdot 10^{-17}}{9{,}1 \cdot 10^{-31}} \approx 8{,}79 \cdot 10^{13}$ m/s².
$y = \dfrac{a_y}{2v_0^2} x^2 = \dfrac{8{,}79 \cdot 10^{13}}{2 \times (2 \cdot 10^5)^2} x^2 = \dfrac{8{,}79 \cdot 10^{13}}{8 \cdot 10^{10}} x^2$
▸ Một số ứng dụng quan trọng
| Ứng dụng | Nguyên lý |
|---|---|
| Dao động kí (ống phóng tia điện tử) | Chùm electron được lái bởi điện trường đều theo phương x và y, đập vào màn huỳnh quang tạo điểm sáng. |
| Máy lọc không khí ion âm | Phát ra ion âm chuyển động trong điện trường Trái Đất theo quỹ đạo parabol → trung hoà các hạt bụi mịn tích điện dương, làm bụi rơi xuống. |
| Ống phóng tia X (chụp X-quang) | Electron được gia tốc từ catốt sang anốt nhờ điện trường đều giữa hai cực (U lớn cỡ kV). |
Toàn bộ công thức, các dạng bài tập tính toán, phương pháp giải và lỗi sai thường gặp.
Sau khi đã nắm vững lý thuyết, các em hãy chuyển sang tab Bài Tập để luyện 25 câu bám sát chương trình SGK Kết Nối Tri Thức!
Luyện tập Bài 18 – Điện trường đều!
25 câu: 19 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 4 tự luận
Tuyệt vời!
Thầy Phạm Trần Quốc Anh
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Vật Lý THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Vật lý, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ STEM, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Lê Quí Đôn