CHUYÊN ĐỀ 3 VẬT LÝ 11 - NÂNG CAO

NGUYỄN VĂN LÂM PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 11 Bài 18: Tụ phẳng không khí, diện tích của mỗi bản S, khoảng cách d nối với nguồn U.. - Để tính điện tích của bộ tụ, ta đi

Trang 1

NGUYỄN VĂN LÂM PHÂN LOẠI VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ 11

Chuyên đề 3: TỤ ĐIỆN

Dạng 1: TÍNH ĐIỆN DUNG, ĐIỆN TÍCH, HIỆU ĐIỆN THẾ CỦA

TỤ ĐIỆN

I PHƯƠNG PHÁP: Vận dụng công thức:

1 Điện dung của tụ điện:

S

4 10 9

.

+ Lưu ý các điều kiện sau:

+ Nối tụ điện vào nguồn: U = const

+ Ngắt tụ điện khỏi nguồn: Q = const

II BÀI TẬP VẬN DỤNG

Bài 1 Tụ điện phẳng gồm hai bản tụ có diện tích 0,05 m2 đặt cách nhau 0,5 mm, điện

dung của tụ là 3 nF Tính hằng số điện môi của lớp điện môi giữa hai bản tụ

Đ s: 3,4

Bài 2. Một tụ điện phẳng không khí có điện dung 3,5 pF, diện tích mỗi bản là 5 cm2 được đặt dưới hiệu điện thế 6,3 V Biết o = 8,85 10-12 F/m Tính:

a Khoảng cách giữa hai bản tụ

b Cường độ điện trường giữa hai bản

Trang 2

Đ s: 1,18 10 -9 F

Bài 5. Một tụ điện phẳng không khí có hai bản cách nhau 1 mm và có điện dung 2 10-11 F được mắc vào hai cực của một nguồn điện có hiệu điện thế 50V Tính diện tích mỗi bản tụ điện và điện tích của tụ điện Tính cường độ điện trường giữa hai bản ?

a Tính điện tích của tụ

b Sau đó tháo bỏ nguồn điện rồi tăng khoảng cách giữa hai bản tụ lên gấp đôi Tính hiệu điện thế mới giữa hai bản tụ Biết rằng điện dung của tụ điện phẳng tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa hai bản của nó

Đ s: 48 10 -10 C, 240 V

Bài 8 Tụ điện phẳng không khí có điện dung C = 500 pF được tích điện đến hiệu điện thế

300 V

a Tính điện tích Q của tụ điện

b Ngắt tụ điện khỏi nguồn rồi nhúng tụ điện vào chất điện môi lỏng có  = 2 Tính điện dung C1 , điện tích Q1 và hiệu điện thế U1 của tụ điện lúc đó

Trang 3

c Vẫn nối tụ điện với nguồn nhưng nhúng tụ điện vào chất điện môi lỏng có  = 2 Tính C2 , Q2 , U2 của tụ điện

Đ s: a/ 150 nC ; b/ C 1 = 1000 pF, Q 1 = 150 nC, U 1 = 150 V; c/ C 2 = 1000 pF,

Q 2 = 300 nC, U 2 = 300 V

Bài 9 Tụ điện phẳng không khí điện dung 2 pF được tích điện ở hiệu điện thế 600V

a Tính điện tích Q của tụ

b Ngắt tụ khỏi nguồn, đưa hai đầu tụ ra xa để khoảng cách tăng gấp đôi Tính C1, Q1,

a Tính điện tích Q của tụ điện

b Ngắt tụ điện khỏi nguồn Nhúng tụ điện vào chất điện mơi lỏng cĩ =2 Tính điện dung C1; điện tích Q1 và hiệu điện thế U1 của tụ lúc đĩ

c Vẫn nối tụ với nguồn Nhúng tụ điện vào chất điện mơi lỏng =2 Tính C2, Q2, U2của tụ

Trang 4

(ĐS: a 1,2.10-9C; b C1=1pF; Q1=1,2.10-9C; U1=1200V; c C2=1pF; Q2=0,6.10-9C;

U2=600V) Bài 13: Một tụ điện phẳng không khí, có hai bản hình tròn bán kính R = 6cm đặt cách nhau d

= 0,5 cm Đặt vào hai bản một hiệu điện thế U = 10V Hãy tính: điện dụng của tụ, điện tích của tụ, năng lượng của tụ

Bài 14: Một tụ phẳng không khí có điện dung C0 = 0,1F ược tích điện đến hiệu điện thế U

= 100V

a Tính điện tích Q của tụ

b Ngắt tụ khỏi nguồn Nhúng tụ vào điện môi lỏng có  = 4 Tính điện dung, điện tích và hiệu điện thế của tụ lúc này

c Vẫn nối tụ với nguồn rồi nhúng vào điện môi lỏng trên Tính như câu b

Bài 15: Tính điện dung của một quả cầu dẫn điện Biết quả cầu có bán kính R và đặt trong

chất điện môi có hằng số điện môi ε Áp dụng R = 10cm; ε= 2

k

  

Bài 16: Một tụ điện được tạo bởi một quả cầu bán kính R1 và một vỏ cầu bán kính R2 (R1 <

R2) Tính điện dung của tụ điện

ĐS:

1 2

q

1

Q R

Trang 5

Bài 18: Tụ phẳng không khí, diện tích của mỗi bản S, khoảng cách

d nối với nguồn U Bản trên của tụ được giữ cố định, bản dưới có

bề dày h, khối lượng riêng D đặt trên đế cách điện Bản dưới không

nén lên đế Tính U

ĐS: Ud 2Dgh/  0 d 2Dgh4 k 2d 2  D g h k

Dạng 2: MỘT SỐ BÀI TOÁN GHÉP TỤ ĐIỆN

Bài toán 1: Ghép các tụ chưa tích điện thành mạch tụ điện

I/ Phương pháp

⍟: Trường hợp 1: Bài toán cho mạch điện ghép tụ ở dạng cơ bản (đã biết rõ cách mắc

các tụ điện)

+ Bước 1: Viết sơ đồ mạch ghép tụ điện

+ Bước 2: Tính điện dung của bộ tụ Dùng các công thức về 2 cách ghép :

1 Ghép nối tiếp :

n

C C

1

1 1 1

2 1

⍟: Trường hợp 2: Bài toán cho mạch diện ghép tụ ở dạng không cơ bản (chưa biết các

tụ điện ghép song song hay nối tiếp)

+ Bước 1 : Vẽ lại mạch tụ điện với ghi nhớ :

- Những điểm có cùng điện thế thì chập lại làm một

- Các điểm đối xứng của mạch sẽ có điện thế giống nhau và có thể chập các điểm này lại với nhau

U

S

d

Trang 6

- Khi mạch cĩ nhiều ơ tụ điện giống nhau, cĩ thể thêm hoặc bớt 1 ơ tụ điện vào mà giá

trị điện dung của mạch khơng thay đổi

+ Bước 2: Vận dụng các bước giải của trường hợp 1 Suy ra được kết quả

- Để tính điện tích của bộ tụ, ta đi tính từ mạch ngồi vào mạch trong (hay tính từ mạch lớn nhất vào đến mạchnhỏ nhất)

- Tính hiệu điện thế giữa 2 điểm trên 2 nhánh rẽ , chèn thêm điện thế : UMN = UMA+ UAN

- Nếu đi theo chiều tính hiệu điện thế mà đi từ bản dương sang bản âm của tụ thì hiệu điện thế của tụ lấy dấu dương và ngược lại

II/ Bài tập vận dụng

Bài 1 Có 3 tụ điện C1 = 10 F, C2 = 5 F, C3 = 4 F được mắc vào

nguồn điện có C3 hiệu điện thế U = 38 V

a Tính điện dung C của bộ tụ điện, điện tích và hiệu điện thế trên các

Bài 2 Tính điện dung tương đương, điện tích, hiệu điện thế trong mỗi tụ điện ở các

trường hợp sau (hình vẽ)

Trang 7

Bài 3 Cho bộ tụ mắc như hình õ A

a) Cách nào có điện dung lớn hơn

b) Nếu điện dung tụ khác nhau thì chúng phải có liên hệ

thế nào để CA = CB (Điện dung của hai cách ghép bằng nhau)

Trang 8

Bài 8: Cho mach như hình 1 Biết U1=12V, U2=24V; C1=1F, C2=3F Lúc đầu khoá K mở a/ Tính điện tích và HĐT trên mỗi tụ?

b/ Khoá K đóng lại Tính điện lượng qua khoá K

Bài 9: Cho mạch điện như hình 3 Biết C1=1F, C2=3F, C3=2F ; U=12V Tính UMN khi a/ C4=6F

b/ C4=2F

Bài 10: Cho mạch như hình 4 Biết C1=2F, C2=10F, C3=5F; U1=18V, U2=10V Tính điện tích

và hiệu điện thế trên mỗi tụ?

Hình 4

Trang 9

Bài toán 2: Khảo sát sự thay đổi điện dung của tụ điện phẳng

I/ Phương pháp

+ Bước 1 : Viết công thức tính điện dung của tụ điện khi chưa có sự thay đổi : 0

4

S C

'

4

S C

tụ khi thay đổi điện môi

+ Khi đưa một tấm kim loại vào bên trong tụ điện phẳng thì tấm kim loại đóng vai trò như một dây nối và các cặp phần diện tích đối diện còn lại tạo thành một tụ điện phẳng Toàn bộ

sẽ tạo thành một mạch tụ mà ta dễ dàng tính điện dung

+ Điện dung của bộ tụ không phụ thuộc vào vị trí đặt tấm kim loại hay điện môi

II/ Bài tập vận dụng

Bài 1 : Nối hai bản của một tụ phẳng với một nguồn điện có hiệu điện thế U = 100V Một

bản được nối đất Khe hở không khí giữa hai bản dày d = 4cm Người ta đưa cào khe hở hai bản kim loại mỏng và giữ cho các bản kim loại song song với các bản của tụ điện và cách các bản tụ 1cm Các bản kim loại được nối với nhau bằng một dây dẫn

a Xác định điện thế của các bản kim loại và cường độ điện trường trong các bản này

b Sau khi đưa hai bản kim loại vào tụ điện thì điện tích và điện dung của tụ điện có thay đổi không ?

Trang 10

ĐS : a) V = 50v, E = 0 ; b) Điện tích và điện dung tăng lên 2 lần

Bài 2 : Một tụ điện sau khi nạp điện được cắt khỏi nguồn Khoảng cách giữa hai bản d =

5cm, cường độ điện trường trong tụ điện E = 300V/cm Đưa một bản kim loại không tích điện dày 1cm vào giữa hai bản và song song với các bản Tính :

a Hiệu điện thế của hai bản tụ trước và sau khi đưa hai bản kim loại vào

b Điện dung của tụ điện sau khi đưa bản kim loại vào tụ biết rằng diện tích của mỗi bản S

= 100cm2

ĐS : a) U = 1500V, U’ = 1200V ; b) C ; = 2,2.10-6

μF

Bài 3 : Một tụ điện phẳng không khí, có hai bản là hình vuông có cạnh 10cm, cách nhau d =

4cm, được nối với nguồn với hiệu điện thế U = 220V

a Tính điện dung và điện tích , cường độ điện trường và năng lượng điện trường giưa hai bản tụ điện

b Ngắt tụ điện khỏi nguồn rồi đưa vào khoảng giữa hai bản một tắm kim loại dày 2cm Tính điênh dung, hiệu điện thế và năng lượng điện

trường của tụ điện

c Thay tấm kim loại nói trên bằng một tấm điện

môi có bề dày 2cm và có hằng số điện môi ε = 2 Tính

điện tích, hiệu điện thế và năng lượng của tụ khi đó

Bài 4 : Một tụ điện phẳng có điện dung C0 = 2μF

Tìm điện dung của tụ điện khi đưa vào bên trong tụ một tấm điện môi có hằng số điện môi

2

  , có diện tích đối diện bằng một nữa diện tích một tấm, có chiều dày bằng một phần ba khoảng cách hai tấm tụ, có bề rộng bằng bề rộng tấm tụ, trong hai trường hợp sau:

Bài giải:

a) Đói với hình (a) sẽ có ba tụ điện Ba tụ này được mắc theo sơ đồ: (C1 nt C2) // C3

- Tụ điện C1 điện môi , có diện tích đối

diện là S/2 có khoảng cách giữa 2 tấm bằng

d/3 có điện dung : C1 =

2

3 4 2

3

d k







- Tụ điện C2 là tụ không khí có diện tích đối

diện S/2, khoảng cách giữa 2 tấm bằng 2d/3

và có điện dung: C2 =

4

3 2 4 2

.

d k

S





Trang 11

- Tụ điện C3 là tụ không khí có diện tích đối diện là S/2, khoảng cách giữa 2 tấm bằng d và

có điện dung: C3 =

2 4 2

0

C d k

1 5





b) Đối với hinh (b) có 5 tụ được mắc theo sơ đồ: C3// (C2 nt C1 nt C4) // C5

- Tụ C3 là tụ không khí có diện tích đối diện là S3 , khoảng cách giữa 2 tấm là d3 = d, điện dung C3=

- Tụ C1 là tụ điện môi có diện tích đối diện là S1 và khoảng cách giữa 2 tấm là d1, điện dung

1 5

Bài 6: Tụ phẳng không khí C=2pF Nhúng chìm một nửa tụ vào điện môi lỏng ε=3

Tìm điện dung nếu khi nhúng, các bản đặt:

Trang 12

Bài 7: Hai tụ không khí phẳng C1=0,2F, C2=0,4F mắc song song Bộ tụ được tích đến hiệu điện thế U=450V rồi ngắt ra khỏi nguồn Sau đó lấp đầy hai bản tụ C2 bằng điện môi

có =2 Tính hiệu điện thế bộ tụ và điện tích mỗi tụ

(ĐS: 270V; 5,4.10-5C; 2,16.10-5C)

Bài 8: Một tụ điện phẳng không khí, hai bản hình tròn bán kính R=30cm, cách nhau

d=5mm

a) Nối hai bản với hiệu điện thế U=500V Tính điện tích của tụ điện

b) Sau đó cắt tụ khỏi nguồn điện và đưa vào khoảng giữa hai bản một tấm kim loại phẳng

bề dày d1=1mm theo phương song song với các bản Tìm hiệu điện thế giữa các bản khi

Bài 10: Thay lớp điện môi bằng bản kim loại có cùng bề dày Tính điện dung của tụ lúc này Điện

dung của tụ có phụ thuộc vào vị trí lớp điện môi hoặc bản kim loại không?

Bài 11: Một tụ điện phẳng với điện môi là không khí, có hai bản cách nhau là d, mỗi bản có

diện tích là S Người ta đưa vào một lớp điện môi có diện tích

Bài 12: Một tụ điện phẳng có diện tích mỗi bản S = 56,25 cm2, khoảng cách giữa hai bản d = 1cm

a Tính điện dung của tụ điện khi đặt tụ trong không khí

b Nhúng tụ vào điện môi lỏng có hằng số điện môi =8 sao cho điện môi ngập phân nửa

tụ Tính điện dung, điện tích vào hiệu điện thế giữa hai bản tụ khi:

+ Tụ vẫn được nối với hiệu điện thế U = 12V

+ Tụ đã tích điện với hiệu điện thế U = 12V, sau đó ngắt khỏi nguồn rồi nhúng vào điện môi

Trang 13

Bài 13: Ba tấm kim loại phẳng giống nhau đặt song song với nhau như hình vẽ:

Diện tích của mỗi bản là S= 100cm2, Khoảng cách giữa hai bản liên tiếp là d= 0,5cm

Nối A và B với nguồn U= 100V

a) Tính điện dung của bộ tụ và điện tích của mỗi bản

b) Ngắt A và B ra khỏi nguồn điện Dịch chuyển bản B theo

phương vuông góc với các bản tụ điện một đoạn là x

Tính hiệu điện thế giữa A và B theo x áp dụng khi x= d/2

Đ/s: a) 3,54.10 -11

F; 1,77.10 -9 C và 3,54.10 -9 C

2 2 '

.

d

x d U

; 75V

Bài 14: Bốn tấm kim loại phẳng giống nhau như hình vẽ

Khoảng cách BD= 2AB=2DE B và D được nối với nguồn

điện U=12V, sau đó ngắt nguồn đi Tìm hiệu điện thế giữa

B và D nếu sau đó:

a) Nối A với B

b) Không nối A với B nhưng lấp đầy khoảng giữa B và D

bằng điện môi   3 Đ/S a) 8V b) 6V

Bài 15: Tụ điện phẳng không khí C=2pF Nhúng chìm một

nửa vào trong điện môi lỏng   3 Tìm điện dung của tụ điện nếu khi nhúng, các bản đặt :

Trang 14

Bài toán 3: Khảo sát sự thay đổi điện dung của tụ điện xoay





 : là điện dung của một tụ)

- Điện dung của tụ điện xoay :

+ Khi góc quay     0  maxthì điện dung của tụ tăng từ C1 đến C2

+ Điện dung của tụ xoay là hàm bậc nhất của góc quay : Ca  b

Bài 2: Một tụ điện xoay có điện dung biến thiên liên tục và tỉ lệ với góc quay của bản linh

động, tù giá trị C1 = 10pF đến C2 = 490pF khi góc quay của bản tụ điện tăng dần từ 00 đến

1800 Để điện dung của tụ là 50pF thì phải xoay bản tụ một góc bằng bao nhiêu kể từ vị trí tương ứng với giá trị C1

Bài 3: Một tụ điện xuay Cx có góc quay biến thiên từ 00 cho đến 1200 thì điện dung Cx của tụ biến thiên từ 10pF đến 250 pF Mắc Cx dưới hiệu điện thế U = 220V

a Tính độ biến thiện của điện tích trên tụ

b Khi ta quay một góc 600 kế từ vị trí tương ứng 10pF thì điện dung của tụ khi đó là bao nhiêu? Tính điện tích và năng lượng của tụ khi đó

Bài 4: Một tụ điện xoay có 11 bản cực bằng nhau hình bán nguyệt, gồm 5 bản cố định và 6

+

-

Trang 15

cách giữa hai bản liên tiếp là d = 2mm, điện môi là không khí và diện tích đối diện giữa các bản cực đại là S

a Tính điện dung của tụ xoay đó

b Đặt vào tụ một hiệu điệnt hế U = 36 V Tính điệnt ích của tụ xoay đó

c Muốn cho tụ có điện dung là 25 pF thì phải ghép vào tụ trên bao nhiêu bản cực giống nhau như trên

Bài 5: Tụ xoay gồm 30 bản, mỗi bản có dạng nửa hình tròn bán kính R = 5cm, khoảng cách

giữa hai bản liên tiếp d = 1mm Phần diện tích đối diện giữa hai bản có dạng hình quạt mà góc ở tâm là  Tính điện dung của tụ khi góc ở tâm là  Từ đó suy ra giá trị điện dung lớn nhất của tụ có thể có Cho điện môi là không khí

Bài 6: Tụ xoay gồm n tấm hình bán nguyệt đường kính D=12cm, khoảng cách giữa hai tấm

liên tiếp d=0,5mm Phần đối diện giữa hai bản cố định và bản di chuyển có dạng hình quạt

0    180

a Biết điện dung cực đại của tụ là 1500nF Tính n=? (n=16 bản)

b Tụ nối với hdt U=500V và ở vị trí góc α=1200 Tính điện tích của tụ? (Q=5.10-7C)

c Sau đó ngắt tụ và điều chỉnh α Xác định α để có sự phóng điện giữa hai bản Biết

c Đặt C ở vị trí ứng giá trị cực đại CM và đặt hiệu điện thế U=60V vào hai cực bộ tụ Sau

đó bỏ nguồn đi và xoay các lá chuyển động một góc α Xác định hiệu điện thế của tụ theo α, xét trường hợp α = 600

?

Trang 16

Bài toán 4: Khảo sát mạch cầu tụ điện

A/ Phương pháp

1 Mạch cầu cân bằng :

- Khi mắc vào mạch điện, nếu Q5 = 0 hay VM=VN ( U5 = 0 ) thì ta có

mạch cầu tụ điện cân bằng, khi đó

4 3 2

1

C

C C

C



- Ngược lại nếu

4 3 2

1

C

C C

C

 thì Q5 = 0 ( hoặc U5 = 0 , VM = VN )

2 Mạch cầu không cân bằng :

+ Qui ước dấu cho các bản của các tụ Chọn gốc tính điện thế tại một nút nào đó trong mạch điện bằng 0

+ Viết phương trình bảo toàn điện tích cho một nút nào đó “ Tổng điện tích âm của các tấm nối với một nút thì bằng tổng điện tích dương của các tấm nối với nút đó” (1)

+ Tính điện tích của các tụ theo công thức: Qi = Ci.Ui = Ci (V+i – V-i) (2)

+ Giải hệ (1) và (2) suy ra được điện thế, từ đó suy ra hiệu điện thế cần tìm

Trang 17

+ Thay VM, VN vào sẽ tìm được điện tích các tụ điện

+ Để tính điện tích của toàn mạch Qb = q1 + q3 = q2 + q4

+ Tính điện dung của bộ tụ : ADCT : C =b b

AB

Q U

B/ Bài tập vận dụng

Bài 1: Cho mạch tụ điện như hình vẽ a: Trong đó

C1 = 6μF ; C2 = 4μF ; C3 = 8μF ; C4 = 5μF ; C5 = 2μF Hiệu điện thế UAB = 12V Tính điện

dung của bộ tụ và hiệu điện thế trên mỗi tụ điện

Bài 2 : Cho mạch điện như hình vẽ b Biết C1=1F, C2 = 3F, C3 = 2F ; C5 = 1μF ; U =

Định dạng
Số trang	35
Dung lượng	864,59 KB