Bài tập Vật lí Lớp 11 - Chương 1: Điện tích. Điện trường - Chuyên đề 4: Tụ điện - Dạng 1: Đại cương về tụ điện (Có lời giải)

Nội dung text: Bài tập Vật lí Lớp 11 - Chương 1: Điện tích. Điện trường - Chuyên đề 4: Tụ điện - Dạng 1: Đại cương về tụ điện (Có lời giải)

1. CHUYÊN ĐỀ 4. TỤ ĐIỆN B. CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI DẠNG 1: Đại cương về tụ điện 1. Phương pháp - Vận dụng các công thức đã nêu ở phần trên. - Lưu ý các điều kiện sau: + Nối tụ điện vào nguồn: U = const. + Ngắt tụ điện khỏi nguồn: Q = const. 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Tụ điện phẳng gồm hai bản tụ có diện tích 0,05 m 2 đặt cách nhau 0,5mm, điện dung của tụ là 3 nF. Tính hằng số điện môi của lớp điện môi giữa hai bản tụ. A. 3,4B. 2,1C. 2 D. 4,5 Lời giải Từ công thức tính điện dung S 4 kdC 4 .9.109.0,5.10 3.3.10 9 C  3,4 4 kd S 0,05 Đáp án A STUDY TIP S Điện dung của tụ điện phẳng: C 4 kd Ví dụ 2: Một tụ điện phẳng không khí có điện dung 3,5 pF, diện tích mỗi bản là 5 cm2 được đặt dưới hiệu 12 điện thế 6,3 V. Biết S0 8,85.10 F / m . Tính: a) Khoảng cách giữa hai bản tụ A. 1 mmB. 1,26 mmC. 1,75 mm D. 2 mm b) Cường độ dòng điện giữa hai bản A. 5000 V/mB. 2500 V/mC. 3000 V/m D. 4000 V/m Lời giải a) Khoảng cách giữa hai bản tụ S S 1,5.10 4 C d 1,26.10 3 m 1,26 mm 4 kd 4 kC 4 .9.109.3,5.10 12 Đáp án B U 6,3 b) Cường độ dòng điện giữa hai bản E 5000 V / m d 1,26.10 3 Đáp án A Trang 1
2. Ví dụ 3: Một tụ điện phẳng không khí nếu được tích điện lượng 5,2.10 -9 C thì điện trường giữa hai bản tụ là 20000 V/m. Tính diện tích mỗi bản tụ A. 0,03 m2.B. 0,01 m 2.C. 3000 V/m.D. 4000 V/m. Lời giải S S.E Ta có: Q CEd .d.E . Diện tích mỗi bản tụ là: 4 kd 4 k 4 kQ 4 .9.109.5,2.10 9 S 0,03m2 E 20000 Đáp án A Ví dụ 4: Một tụ điện phẳng có các bản tụ làm bằng nhôm có kích thước 4 cm x 5cm. Điện môi là dung dịch axêton có hằng số điện môi là 20. khoảng cách giữa hai bản của tụ điện là 0,3 mm. Tính điện dung của tụ điện A. 2,26 nF.B. 1,13 nF.C. 2,95 nF. D. 1,18 nF. Lời giải Điện dung của tụ điện được xác định bởi: S 20.4.5.10 9 C 1,18nF 4 kd 4 .9.109.0,3.10 3 Đáp án D Ví dụ 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. 5.104 V/m. B. 2,5.104 V/m.C. 3.10 4 V/m.D. 10 4 V/m. Lời giải S 4 kdC 4 .109.9.10 3.2.10 11 Ta có: C S 2,26.10 3 m2 4 kd  1 Điện tích của tụ Q CU 2.10 11.50 10 9 C U 50 Cường độ điện trường E 5.104 V / m d 10 3 Đáp án A STUDY TIP Mối liên hệ giữa điện tích, điện dụng, hiệu điện thế: Q CU Mối liên hệ giữa hiệu điện thế, điện trường U = Ed Ví dụ 6: Một tụ điện phẳng điện dung 12 pF, điện môi là không khí. Khoảng cách giữa hai bản tụ 0,5 cm. Tích điện cho tụ điện dưới hiệu điện thế 20 V. Tính: a) Điện tích của tụ điện. Trang 2
3. A. 24.10-11 C.B. 12.10 -11 C.C. 36.10 -11 C. D. 15.10-11 C. b) Cường độ điện trường trong tụ. A. 3.104 V/m. B. 4.103 V/m.C. 2.10 3 V/m.D. 1,2.10 3 V/m. Lời giải a) Điện tích của tụ điện là: Q CU 24.10 11 C Đáp án A U b) Cường độ điện trường trong tụ là: E 4000 V / m d Đáp án B Ví dụ 7: Một tụ điện phẳng không khí, điện dung 40 pF, tích điện cho tụ điện ở hiệu điện thế 120V. a) Tính điện tích của tụ. A. 24.10-10 C.B. 48.10 -10 C.C. 36.10 -10 C. D. 40.10-10 C. 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 A. 120 V.B. 480 V.C. 240 V. D. 200 V. Lời giải a) Điện tích của tụ điện là: Q CU 48.10 10 C Đáp án B b) Khi tháo bỏ nguồn điện ra thì điện tích Q không thay đổi Q Q' CU C'U' 1 C Ta có: C : C' U' 2U 2.120 240 V d 2 Đáp án C STUDY TIP Tháo nguồn điện ra khỏi hạ, sau đó tăng khoảng cách, thì điện tích của tụ không đổi. Ví dụ 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. A. 1,5.10-7 C. B. 3.10-6 C.C. 5.10 -7 C.D. 2,5.10 -7 C. 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. A. C1 = 1000 pF, Q1 = 150 nC, U1 = 150 V. B. C1 = 500 pF, Q1 = 150 nC, U1 = 600 V. C. C1 = 1000 pF, Q1 = 300 nC, U1 = 150 V. D. C1 = 500 pF, Q1 = 150 nC, U1 = 600 V. Trang 3
4. 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. A. C2 =1000pF, Q2 =150nC, U2 =150 V. B. C2 = 500 pF, Q2 =150 nC, U2 =600V. C. C2 =1000 pF, Q2 =300nC, U2 =300V. D. C2 = 500 pF, Q2 = 300 nC, U2 = 600 V. Lời giải a) Điện tích của tụ điện là: Q CU 1,5.10 7 C Đáp án A b) Khi ngắt tụ ra khỏi nguồn thì điện tích Q không thay đổi Q1 Q 150 nC CU C1U1 U Ta có: C :  C 2C 1000 pF,U 150 V 1 1 2 Đáp án A c) Vẫn nối tụ điện với nguồn thì U2 U 300V + Điện dung là: C2 = 2C = 1000 pF + Điện tích của tụ: Q2 = 2Q1 = 300 nC Đáp án C STUDY TIP Vẫn nối tụ điện với nguồn thì hiệu điện thế giữa hai bản tụ không đổi. Bài tập tương tự: 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, U1 của tụ. c) Vẫn nối tụ với nguồn, đưa hai bản tụ ra xa để khoảng cách tăng gấp đôi. Tính C2, Q2, U2 của tụ. Gợi ý: Tương tự các ví dụ trên. Đáp án: a) 1,2.10-9C. -9 b) C1 = l pF, Q1 = 1,2.10 C, U1 = 1200V. -9 c) C2 = l pF, Q2 = 0,6.10 C, U = 600V. Ví dụ 9: Một tụ điện phẳng có các bản tụ hình tròn bán kính 10 cm. Khoảng cách và hiệu điện thế giữa hai bản là 1 cm, 108V. Giữa hai bản là không khí. Tìm điện tích của tụ điện? A. 1,5.10-9 C. B. 3.10-9 C.C. 6.10 -9 C.D. 5.10 -9 C. Lời giải Điện tích của tụ điện là: SU 100.10 4. .108 Q CU 3.10 9 C 4 kd 4 .9.109.10 2 Trang 4
5. Đáp án B STUDY TIP Nhắc lại công thức tính diện tích hình tròn S R2 Ví dụ 10: Hai bản của 1 tụ điện phẳng không khí có dạng hình chữ nhật kích thước 10cm x 5cm. Tụ điện được tích điện bằng một nguồn điện sao cho cường độ điện trường giữa 2 bản tụ là 8.10 5 V/m. Tính điện tích của tụ điện trên. A. 6,1.10-8 C. B.5,12.10-8 C.C. 3,54.10 -8 C.D. 8,25.10 -8 C. Lời giải Điện tích của tụ điện là: S 50.10 4 Q CU .Ed .8.105 3,54.10 8 C 4 kd 4.9.109. Đáp án C STUDY TIP Nhắc lại công thức tính diện tích hình chữ nhật S=ab. Ví dụ 11: Một tụ điện phẳng không khí có điện dung 20pF. Tích điện cho tụ điện đến hiệu điện thế 250V. a) Tính điện tích và năng lượng điện trường của tụ điện. A. 1,5.10-9 C. B. 3.10-9 C.C. 6.10 -9 C.D. 5.10 -9 C. b) Sau đó tháo bỏ nguồn điện rồi tăng khoảng cách giữa hai bản tụ điện lên gấp đôi. Tính hiệu điện thế giữa hai bản khi đó. A. 500 V. B. 250 V. C. 750 V. D. 600 V. Lời giải a) Điện tích và năng lượng điện trường của tụ điện là: q CU 5.10 9 C; 1 W CU2 625.10 9 J 2 S b) Ban đầu C , sau khi tháo: 4 kd S C q' C' 10 pF;q' q;U' 500 V 4 k2d 2 C' Đáp án A STUDY TIP Sau khi tháo bỏ nguồn, điện tích của tụ không đổi. Trang 5