BÀI TẬP TỤ ĐIỆN VẬT LÝ LỚP 11

lớp cách điện có thể là chân không hoặc chất điện môi Chức năng tụ điện là : Tích điện và Phóng điện.. ĐIỆN DUNG CỦA TỤ ĐIỆN Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả nă

TỤ ĐIỆN - NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRƯỜNG

I TỤ ĐIỆN

Tụ điện là một hệ 2 vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện

( lớp cách điện có thể là chân không hoặc chất điện môi )

Chức năng tụ điện là : Tích điện và Phóng điện

ĐIỆN DUNG CỦA TỤ ĐIỆN

Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế xác định

và được đo bằng thương số

U

Q

và kí hiệu là C

Q C U

U

Q

Đơn vị : F (fara)  1F 103mF 106F109nF 1012pF

Hình dạng tụ điện

+) Tụ điện phẳng

+) Tụ điện cầu

+) Tụ điện trụ

Các loại tụ điện

Tụ điện Lây–đen: (cổ xưa nhất ) 2 lá nhôm hoặc thiếc làm 2 bản, chai thủy tinh làm điện môi Tụ điện giấy : có 2 bản là 2 lá nhôm hoặc thiếc ở giữa có điện môi là parafin

Tụ điện mica : có các bản làm bằng nhôm hoặc thiếc, lớp điện môi bằng mica

 Tụ điện sứ : 2 bản cực được làm bằng bạc,lớp điện môi bằng sứ

Tụ điện hóa : có các bản cực là nhôm và lớp điện môi là oxitnhom

Tụ điện xoay: 2 tấm kim loại đặt cách điện với nhau, 1 tấm cố định 1 tấm có thể xoay quanh trục

II CÔNG THỨC TÍNH ĐIỆN DUNG CỦA TỤ ĐIỆN PHẲNG

d

S d

k

S C

10 9 4

4

9







 C: là điện dung (F)

: hằng số điện môi giữa 2 bản tụ

S: diện tích của 2 tấm kim loại đối diện (m2)

d: khoảng cách giữa 2 bản tụ (m)

 TỤ ĐIỆN MẮC NỐI TIẾP

+) Điện dung của n tụ :

n

C

1

1 1 1

2 1







+) Điện Tích của n tụ : Q b Q1 Q2  Q n

+) Hiệu điện thế n tụ : Ub = U1 +U2+… +Un  C b < C 1 , C 2 , …… < C n

+ + +

S

-

-

-

S

d

d



C 1 C 2 C 3 C n

+ -

+ - + - + - + -

A B

TỤ ĐIỆN MẮC SONG SONG

+) Điện dung của n tụ : Cb =C1+C2+C3+…….+Cn

+) Điện tích của n tụ : Qb=Q1+Q2+……….+ Qn

+) Hiệu điện thế n tụ : Ub = U1 = U2 = ……Un

Cb > C1 >C2 >………>Cn

III NĂNG LƯỢNG TỤ ĐIỆN

C

Q CU QU

W

2 2

1 2

2 





+) Điện trường trong tụ điện là điện trường đều

+) Công thức liên hệ giữa E , U và d trong tụ điện là

d

U

E

Năng lượng điện trường tụ điện phẳng :



 8

2

k

V E

W  ( J ) Với V=S.d (thể tích)

+) Mật độ năng lượng điện trường :



 8

2

k

E

w (J/m3)

+) Nếu cường độ điện trường vượt quá giới hạn E max thì lớp điện môi bị đánh thủng

 Lớp điện môi trở thành dẫn điện  tụ điện bị hỏng (đánh thủng) Nên : Umax Emax.d

Nhận xét +) Khi nối tụ với nguồn : U = không đổi

+) Khi ngắt tụ khỏi nguồn : Q= không đổi

TRẮC NGHIỆM

Câu 1 Một tụ điện có điện dung C40Fđược nạp đến hiệu điện thế 90V Sau đó người ta ngắt tụ ra khỏi nguồn Điện tích của tụ điện bao nhiêu ?

A 3,6.10-4C B.36.10-4C C.7,2.10-4C D.72.10-4C

Câu 2 Tụ điện phẳng không khí có điện dung 5nF Cường độ điện trường lớn nhất mà tụ điện có thể chịu được

là 3.105V/m, khoảng cách giữa hai bản tụ điện là 2mm Điện tích lớn nhất có thể tích được cho tụ điện bằng ? A.2.10-6C B.2,5.10-6C C.3.10-6C D.4.10-6C

Câu 3 Một tụ điện phẳng được mắc vào nguồn điện có hiệu điện thế 50V Ngắt tụ điện ra khỏi nguồn rồi kéo

cho khoảng cách của hai bản tụ tăng gấp hai lần Hiệu điện thế của tụ điện khi đó bằng ?

A.50V B.100V C.120V D.220V

Câu 4 Điện dung của ba ghép nối tiếp với nhau là C1=20pF, C2=10pF, C3=30pF Tính điện dung của bộ tụ điện đó ?

A.5pF B.7pF C.6pF D.5,6pF

Câu 5 Hai tụ điện có điện dung C1=0,4F, C2=0,6Fghép song song với nhau Mắc bộ tụ điện đó vào nguồn điện có hiệu điện thế U< 60V thì một trong hai tụ điện có điện tích bằng 3.10-5C Tính điện áp U và giá trị điện tích kia ?

A.55V;2.10-5C B.52V;2.10-6 C.50V; 2.10-5C D.53V;2.10-6C

C 1

C 2

C n

+ -

A B

+ - + -

+ -

Câu 6 Một tụ điện phẳng có điện dung 7nF chứa đầy điện môi Diện tích mỗi bản bằng 15cm2 và khoảng cách giữa hai bản bằng 10-5m Hằng số điện môi của chất điện môi trong tụ điện bằng bao nhiêu ?

A.5 B.5,3 C.2 D.2,3

Câu 7 Một tụ điện có điện dung 24nF được tích đến hiệu điện thế 450V thì có bao nhiêu electron chuyển đến

bản tích điện âm của tụ điện ?

A.6,75.1012 electron B.6,75.1013 electron C.6.1013electron D.6.1012electron

Câu 8 Cho hai tụ điện có điện dung C1 2F,C2 3Fđược mắc nối tiếp , tích điện cho bộ tụ điện trên bằng nguồn điện có điện áp 50V Điện tích và điện áp của các tụ điện trong bộ bằng ?

A.Q1 Q2 60C;U130V;U2 20V B Q1 40C;Q2 60C;U1 20V;U2 30V

C Q1 Q2 50C;U1 30V;U2 30V D Q1 30C;Q2 50C;U1 20V;U2 20V

Câu 9 Cho bốn tụ điện được mắc thành bộ theo hình vẽ bên biết C1 1F,C2 C3 3F Khi nối hai điểm A,B với nguồn điện thì tụ điện C1 có điện tích Q1 6Cvà cả bộ tụ điện

có điện tích Q bo 15,6C Hiệu điện thế đặt vào bộ tụ điện và điện dung

C4 có giá trị bao nhiêu ?

A.9V; C4=2C B.8V ; C4=3C C.10V ; 4C D.6V ; C4=5C

Câu 10 Có ba tụ điện có điện dung lần lượt là C1 3nF,C2 2nF,C3 20nFđược mắc như hình vẽ bên Nối

bộ tụ điện với hai cực một nguồn điện có điện áp 30V Điện tích và điện áp trên các tụ điện bằng ?

A.Q1 72nC;Q2 48nC;Q3 120nC;U1 U2 24V;U3 6V

B.Q1 70nC;Q2 48nC;Q3 12nC;U1 U2 4V;U3 6V

C Q1 60nC;Q2 24nC;Q3 10nC;U1 U2 2V;U3 8V

D Q1 12nC;Q2 8nC;Q3 2nC;U1 3V;U2 2V;U3 10V

Câu 11 Có hai tụ điện phẳng có điện dung là C1=0,3nF, C2=0,6nF Khoảng cách giữa d=2mm Các tụ điện chứa đầy chất điện môi có thể chịu được cường độ điện trường lớn nhất là 10 000V/m Hai tụ điện đó được ghép nối tiếp Hỏi điện áp giới hạn đối với bộ tụ điện đó bằng bao nhiêu ?

A.10V B.20V C.40V D.30V

Câu 12 Nối hai bản của một tụ điện phẳng với hai cực của nguồn điện Sau đó ngắt tụ điện ra khỏi nguồn rồi

đưa vào giữa hai bản một chất điện môi có hằng số điện môi  Hỏi điện tích q, điện dung C , điện áp U và cường độ điện trường giữa hai bản tụ điện thay đổi như thế nào ?

A C tăng , U giảm, E giảm B.C giảm , U tăng , E tăng

C C giảm, U giảm, E giảm D C tăng, U tăng , E tăng

Câu 13 Một tụ điện phẳng không khí có điện dung 40pF và khoảng cách giữa hai bản tụ là d=1cm , biết rằng

khi cường độ điện trường trong không khí lên đến 3.106

V/m thì không khí trở nên dẫn điện Tính điện tích tối

đa của tụ điện ?

A.1,2.10-7C B.2,5.10-7C C.12.10-7C D.25.10-7C

Câu 14 Một tụ điện phẳng ở giữa là không khí , khoảng cách giữa hai bản tụ là d=1mm có điện dung 200pF

được mắc vào hai cực nguồn có điện áp U=5000V Sau đó ngắt tụ điện ra khỏi nguồn và nhúng vào trong một điện môi có 2 Tính điện tích , điện dung và điện áp của tụ ?

A.10-6C; 400pF; 200V B.10-7C; 400pF; 200V C 10-7C; 400pF; 300V D.10-6C; 400pF; 2500V

C 1 C 2

C 3 C 4

A B

C 2

C 1

M N C 3

Câu 15 Cho bộ tụ điện được mắc như hình vẽ bên với các

giá trị điện dung lần lượt bằng C1 4F,C2 1F,

F C

F C

F

C3 2 , 4 3 , 5 12 và điện áp UAB=120V , biết các dây

nối và vật đẳng thế Điện dung của bộ tụ điện có giá trị bằng ?

A.12F B.3F C 2F D 6F

Câu 16 Có bốn tụ điện C1 20F,C2 30F,C3 60Fvà C4 mắc như hình vẽ Mắc A, B vào hiệu điện thế 50V thì điện tích của tụ Q1=600nC Điện dung của bộ tụ và điện dung C4 bằng ?

A.Cbộ= 10F.C4=12F B Cbộ= 12F.C4=10F

C Cbộ= 6F.C4=12F D Cbộ= 12F.C4=6F

Câu 17 Có bốn tụ điện có điện dung lần lượt là C1 10F,C2 6F,C3 3F,C4 8F và điện áp

UAB=20V Điện dung tương đương và điện tích của hai tụ C2 , C3 trong trường hợp

K mở là ?

A C=5F;Q2 Q3 20C B C=25F;Q2 Q3 20C

C C=15F;Q2 Q3 12C D C=35F;Q2 Q3 12C

Câu 18 Cho bộ tụ điện được mắc như hình vẽ bên với các giá trị điện dung lần lượt bằng C1 4F,C2 1F,

F C

F C

F

C3 2 , 4 3 , 5 12 và điện áp UAB=120V biết

các dây nối và vật đẳng thế Điện tích của mỗi tụ điện

có giá trị bằng ?

A.Q1 Q5 240nC,Q2 40nC,Q3 80nC,Q4 120nC B.Q1Q5 24C,Q2 4C,Q3 8C,Q4 12C

C Q1 Q5 5nC,Q2 7nC,Q3 6nC,Q4 3nC D Q1Q5 5C,Q2 7C,Q3 6C,Q4 3C

Câu 19 Hai bản của một tụ điện phẳng là các hình tròn , tụ điện được tích điện sao cho điện trường trong tụ

điện bằng 3.105V/m , khi đó điện tích của tụ điện là 100nC Bán kính của các bản tụ điện bằng , biết rằng bên trong tụ điện là không khí ?

A.10cm B.8cm C.9cm D.11cm

Câu 20 Có bốn tụ điện có điện dung lần lượt là C1 10F,C2 6F,C3 3F,C4 8F và điện áp

UAB=20V Điện dung tương đương và điện tích của hai tụ C2 , C3 trong trường hợp

K đóng bằng ?

A C=8F;Q2 60C;Q3 40C B C=8,33F;Q2 60C;Q3 40C

C C=10F;Q2 40C;Q3 30C D C=10F;Q2 30C;Q3 40C

A B C1 C 2 C 3 C 4 C 5

M N

K H

C 1 C 2 C 3

A B

C 4

K

M

C 1 C 2 C 3

A B

C 4

K

M

C 1 C 2 C 3

A B

C 4

A B C1 C 2 C 3 C 4 C 5

M N

K H