Công thức tính hiệu điện thế hay nhất | Cách tính hiệu điện thế - Vật lý lớp 11

Công thức tính hiệu điện thế hay nhất | Cách tính hiệu điện thế - Vật lý lớp 11

1. Định nghĩa

Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích từ M đến N. Nó được xác định bằng thương số công của lực điện tác dụng lên điện tích q trong sự di chuyển của M và N và độ lớn của q.

2. Công thức

- Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N là hiệu điện thế giữa V_M­ và V_N.

$U_{MN}=V_M-V_N$. 

$\Rightarrow U_{MN}=V_M-V_N=\frac{A_{MN}}{q}$

- Trong đó:

+ $U_{MN}$:Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trong điện trường (V)

+ V_M: Điện thế tại điểm M trong điện trường (V)

+ V_N: Điện thế tại điểm N trong điện trường (V)

+ A_MN: Công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích từ M đến N (J)

+ q: Điện tích điểm (C)

3. Mở rộng

- Từ công thức tính hiệu điện thế, ta có thể tính công của lực điện và độ lớn điện tích di chuyển trong điện trường:

 $U_{MN}=\frac{A_{MN}}{q}\Rightarrow \begin{array}{l}{A}_{MN}=q{U}_{MN}\\ q=\frac{A_{MN}}{U_{MN}}\end{array}$

- Hệ thức giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường 

$U_{MN}=\frac{A_{MN}}{q}=E.d\Rightarrow E=\frac{U_{MN}}{d}=\frac{U}{d}$

- Trong đó:

+ $U_{MN}$:Hiệu điện thế giữa hai điểm M và N trong điện trường (V)

+ A_MN: Công của lực điện trong sự di chuyển của điện tích từ M đến N (J)

+ q: Điện tích điểm (C)

+ E: Cường độ điện trường

+ d: Khoảng cách giữa hai điểm M, N dọc theo chiều điện trường

4. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Ở sát mặt Trái Đất, vectơ cường độ điện trường hướng thẳng đứng từ trên xuống dưới và có độ lớn vào khoảng $150\frac{V}{m}$. Hiệu điện thế giữa một điểm ở độ cao 5m so với mặt đất là bao nhiêu?

Hướng dẫn giải

Áp dụng công thức:$U=E.d=150.5=750V.$

Ví dụ 2:

Hướng dẫn giải

Áp dụng công thức:

$U_{MN}=\frac{A_{MN}}{q}\Rightarrow 50=\frac{A_{MN}}{-{\mathrm{1,6.10}}^{-19}}\Rightarrow A_{MN}=-{8.10}^{-18}J.$

Ví dụ 3: Ba điểm A, B, C tạo thành tam giác vuông tại A đặt trong điện trường đều có véc tơ cường độ điện trường song song với AB. Cho BC = 20 cm, U_BC = 400 V. Chọn phương án đúng. Tính U_AC và E.

Hướng dẫn giải

Áp dụng hệ thức giữa hiệu điện thế và cường độ điện trường, ta có:

$U_{AC}=E.AC.\cos \left(\overrightarrow{E},\overrightarrow{AC}\right)=E.AC.\cos {90}^0=0$

$U_{BC}=E.BC.\cos \left(\overrightarrow{E},\overrightarrow{BC}\right)\iff 400=E\mathrm{.0,2.}\cos {60}^0$