LÝ THUYẾT - SÁCH HÌNH ĐỘNG
LỚP 11·10 / 2026

DTR · 0540 phút

Điện tích chuyển động trong điện trường đều

Tăng tốc, lệch parabol như ném ngang

Cần học trướcDTR · 04 · Công của lực điện, thế năng điện, điện thế và hiệu điện thếNEM · 02 · Ném ngang - thời gian rơi, tầm xa, quỹ đạo

Mục tiêu

  • Tính vận tốc điện tích được tăng tốc hoặc bị hãm trong điện trường đều bằng định lí động năng qU=ΔWđqU = \Delta W_đ hoặc bằng động học với a=∣q∣E/ma = \lvert q\rvert E/m.
  • Phân tích chuyển động của hạt bay vào điện trường đều vuông góc đường sức: quỹ đạo parabol, độ lệch yy, góc lệch θ\theta, điều kiện không chạm bản.
  • Mở rộng: hạt bay xiên khi kể cả trọng lực, dùng gia tốc hiệu dụng như bài ném xiên.

Khởi động

Trong ống tia âm cực của chiếc tivi cũ, một chùm electron được tăng tốc rồi đi qua giữa hai cặp bản; đổi hiệu điện thế trên các bản thì chùm bị lái lên xuống, trái phải để vẽ ảnh lên màn. Vì sao đổi một hiệu điện thế nhỏ lại đủ để lái chùm electron? Và chuyển động của electron giống chuyển động của vật nào mà ta đã học ở lớp 10?

01Kiến thức cần nhớ

1. Hạt tăng tốc, hãm dọc đường sức

Điện tích qq chuyển động dọc đường sức trong điện trường đều, chịu lực không đổi F=∣q∣EF = \lvert q\rvert E (bỏ qua trọng lực khi là hạt vi mô). Chuyển động biến đổi đều với gia tốc

a=∣q∣Em.a = \frac{\lvert q\rvert E}{m}.

Dùng công thức động học v2−v02=2asv^2 - v_0^2 = 2as hoặc định lí động năng:

Wđ2−Wđ1=A=qUMN.W_{đ2} - W_{đ1} = A = qU_{MN}.

Electron (hay hạt điện tích) xuất phát từ nghỉ rồi tăng tốc qua hiệu điện thế UU thu động năng 12mv2=∣q∣U\tfrac12mv^2 = \lvert q\rvert U, nên

v=2∣q∣Um.v = \sqrt{\frac{2\lvert q\rvert U}{m}}.

Vận tốc tăng theo U\sqrt U: UU gấp đôi thì vv tăng 2\sqrt2 lần. Bay ngược chiều lực điện thì bị hãm: quãng đường đi được tới khi dừng s=mv022∣q∣Es = \dfrac{mv_0^2}{2\lvert q\rvert E}.

Hằng số dùng: e=1,6⋅10−19 Ce = 1{,}6\cdot10^{-19}\,\text{C}, me=9,1⋅10−31 kgm_e = 9{,}1\cdot10^{-31}\,\text{kg}, mp=1,67⋅10−27 kgm_p = 1{,}67\cdot10^{-27}\,\text{kg}.

2. Hạt bay vào vuông góc với đường sức

Hạt khối lượng mm, điện tích qq bay vào chính giữa điện trường đều với vận tốc v⃗0\vec v_0 vuông góc E⃗\vec E; bản có chiều dài LL, khoảng cách dd, hiệu điện thế UU. Bỏ qua trọng lực. Chọn OxOx dọc v⃗0\vec v_0, OyOy dọc E⃗\vec E (về phía lực):

  • Theo OxOx không có lực: chuyển động thẳng đều, x=v0tx = v_0t.
  • Theo OyOy lực không đổi: nhanh dần đều không vận tốc đầu với a=∣q∣Umda = \dfrac{\lvert q\rvert U}{md}, y=12at2y = \tfrac12at^2, vy=atv_y = at.

Khử tt được quỹ đạo parabol:

y=a2v02 x2=∣q∣U2mdv02 x2.y = \frac{a}{2v_0^2}\,x^2 = \frac{\lvert q\rvert U}{2mdv_0^2}\,x^2.

Ở mép ra khỏi bản (x=Lx = L, t=L/v0t = L/v_0):

yL=∣q∣UL22mdv02,tan⁡θ=vyv0=∣q∣ULmdv02.y_L = \frac{\lvert q\rvert U L^2}{2mdv_0^2},\qquad \tan\theta = \frac{v_y}{v_0} = \frac{\lvert q\rvert U L}{mdv_0^2}.

Độ lệch yLy_L tỉ lệ thuận với UU, tỉ lệ nghịch với v02v_0^2. Sau khi ra khỏi bản hạt chuyển động thẳng theo hướng lệch góc θ\theta.

Hạt vào chính giữa không chạm bản khi yL≤d2y_L \le \dfrac d2, nghĩa là U≤Umax=md2v02∣q∣L2U \le U_{max} = \dfrac{md^2v_0^2}{\lvert q\rvert L^2}.

Tương tácElectron giữa hai bản
+−mànđúng tỉ lệ
10005x (cm)y (mm)

Bấm Chạy rồi kéo thanh thời gian để xem electron đi tới đâu. Tăng U: độ lệch tăng theo U; tăng v₀: độ lệch giảm như 1/v₀². Đẩy U vượt U_max để electron đập vào bản. Đổi dấu U để electron lệch về phía bên kia. Đồ thị y theo x là một parabol.

3. Hạt bay vào có kể trọng lực (mở rộng)

Hạt chịu lực điện và trọng lực, đều không đổi. Hợp lực F⃗hl=qE⃗+mg⃗\vec F_{hl} = q\vec E + m\vec g không đổi nên hạt chuyển động với gia tốc không đổi a⃗=F⃗hlm\vec a = \dfrac{\vec F_{hl}}{m}: coi như trọng lực hiệu dụng g′=ag' = a. Bài toán trở thành ném xiên hoặc ném ngang trong "trọng trường" có gia tốc g′g' hướng theo F⃗hl\vec F_{hl}.

02Tóm tắt

Nội dungCông thức, ý chính
Tăng tốc từ nghỉ12mv2=∣q∣U\tfrac12mv^2 = \lvert q\rvert U, v=2∣q∣U/mv = \sqrt{2\lvert q\rvert U/m}
Hãm đến dừngs=mv022∣q∣Es = \dfrac{mv_0^2}{2\lvert q\rvert E}
Vuông góc đường sứcOxOx đều, OyOy nhanh dần đều, a=∣q∣Umda = \dfrac{\lvert q\rvert U}{md}
Quỹ đạoParabol y=a2v02x2y = \dfrac{a}{2v_0^2}x^2
Lệch ở mépyL=∣q∣UL22mdv02y_L = \dfrac{\lvert q\rvert UL^2}{2mdv_0^2}, tan⁡θ=∣q∣ULmdv02\tan\theta = \dfrac{\lvert q\rvert UL}{mdv_0^2}

03Mở rộng

Hạt bay xiên khi kể cả trọng lực (hợp lực không đổi, giống ném xiên với g′g'). Lấy g=10 m/s2g = 10\,\text{m/s}^2.

Ví dụ. Hạt bụi m=5 mgm = 5\,\text{mg}, điện tích q=+20 nCq = +20\,\text{nC} bay lên từ mặt bản dưới của hai bản nằm ngang, điện trường đều hướng xuống, E=1500 V/mE = 1500\,\text{V/m}. Hạt bay với v0=8 m/sv_0 = 8\,\text{m/s} hợp phương ngang góc 30∘30^\circ. Lực điện qE=3⋅10−5 NqE = 3\cdot10^{-5}\,\text{N} hướng xuống, trọng lực mg=5⋅10−5 Nmg = 5\cdot10^{-5}\,\text{N} cũng hướng xuống, hợp lực 8⋅10−5 N8\cdot10^{-5}\,\text{N} hướng xuống nên g′=8⋅10−55⋅10−6=16 m/s2g' = \dfrac{8\cdot10^{-5}}{5\cdot10^{-6}} = 16\,\text{m/s}^2. Độ cao cực đại H=82⋅sin⁡230∘2⋅16=0,5 mH = \dfrac{8^2\cdot\sin^230^\circ}{2\cdot16} = 0{,}5\,\text{m}; thời gian bay t=2⋅8⋅0,516=0,5 st = \dfrac{2\cdot8\cdot0{,}5}{16} = 0{,}5\,\text{s}; tầm xa L=82sin⁡60∘16≈3,46 mL = \dfrac{8^2\sin60^\circ}{16} \approx 3{,}46\,\text{m}. Để hạt không chạm bản trên cần d>0,5 md > 0{,}5\,\text{m}.

Tiếp theoPhương pháp →