Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 11 - Chủ đề 1: Điện tích. Điện trường - Chuyên đề 3: Bài tập về tụ điện

Nội dung text: Lý thuyết và Bài tập Vật lí Lớp 11 - Chủ đề 1: Điện tích. Điện trường - Chuyên đề 3: Bài tập về tụ điện

1. CHỦ ĐỀ 1: ĐIỆN TÍCH – ĐIỆN TRƯỜNG CHUYÊN ĐỀ 3: BÀI TẬP VỀ TỤ ĐIỆN PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM PHẦN 2: CÁC DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Tìm các đại lượng cơ bản 1. Phương pháp giải Vận dụng công thức: Ví dụ: Một tụ điện có điện dung 500 pF được Q mắc vào hai cực của máy phát điện có hiệu điện thế • Điện dung của tụ điện: C = U 220 V. Tính điện tích của tụ điện? • Năng lượng của tụ điện: Hướng dẫn Trang 1
2. 1 Q2 1 1 Q W= = Q.U= C.U2 C= Q = CU = 500.10-12.220 = 11.10-8C 2 C 2 2 U • Điện dung của tụ điện phẳng: ε.S C= 9.109.4.π.d Lưu ý các điều kiện sau: + Nối tụ điện vào nguồn: U = hằng số + Ngắt tụ điện khởi nguồn: Q = hằng số 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Một tụ điện không khí nếu được tích điện lượng 5,2.10 -9C thì điện trường giữa hai bản tụ là 20000 V/m. Tính diện tích mỗi bản tụ? A. 0,02 m2.B. 0,03 m 2.C. 0,05 m 2. D. 0,08 m2. Hướng dẫn Áp dụng các công thức: Q=CU=C.Ed 9 9 -9 Q ε.S 9.10 .4.π.Q 9.10 .4.π.5,2.10 2 ε.S = S= = 0,03m C= Ed 9.109.4.π.d E 20000 9.109.4.π.d Chọn B. Ví dụ 2: 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 và 108 V. Giữa hai bản là không khí. Tìm điện tích của tụ điện? A. 2 nC.B. 2,5 nC.C. 3 nC.D. 4 nC. Hướng dẫn ε.S ε.r2 0,12 Áp dụng công thức: Q=CU= .U= .U= .108=3.10-9 (C) 9.109.4.π.d 9.109.4.π.d 9.109.4.0,01 Chọn C. Ví dụ 3: Một tụ điện phẳng không khí có điện dung 20 pF. Tích điện cho tụ điện đến hiệu điện thế 250 V 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. 125 V.B. 300 V.C. 500 V.D. 1000 V. Hướng dẫn εS εS C Ta có: C= ;C= = =10pF 4πkd 4πk.2d 2 Q' Ngắt tụ khỏi nguồn ta có điện tích trên các tụ không đổi: Q=Q' U'= =500V C' Chọn C. Dạng 2: Bài toán ghép tụ 1. Phương pháp giải Trang 2
3. Vận dụng các công thức về ghép tụ song song Ví dụ: Điện dung của ba tụ điện ghép nối tiếp là: C 1= và ghép tự nối tiếp. 20 pF; C2 =10 pF;C3 = 30 pF. Điện dung của bộ tụ điện bằng: Hướng dẫn Do 3 tụ điện ghép nối tiếp nên: 1 1 1 1 C C C = + + C= 1 2 3 =5,45(pF) C C1 C2 C3 C1C2 +C2C3 +C1C3 2. Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Cho bộ tụ được mắc như hình vẽ. Trong đó: C 1 = C2 = C3 = -6 6μF; C4 = 2μF; C5 = 4 μF; q4 = 12.10 C. Tính điện tích, hiệu điện thế giữa hai đầu mạch? A. 6 V.B. 8 V.C. 10 V.D. 12 V. Hướng dẫn Phân tích đoạn mạch: ((C1 nt C2 nt C3) // C4) nt C5. C1C2C3 C1234.C5 C123 = =2(μF);C1234 =C123 +C4 =4μF C= =2μF C1C2 +C2C3 +C1C3 C1234 +C5 q4 U4 =U123 =U1234 = =6V; C4 -6 q5 q1234 =q5 =Q=C1234U1234 =24.10 C; U5 = =6V; C5 Suy ra: UAB = U1234 + U5 = 12V. Chọn D. Ví dụ 2: Một tụ điện phẳng không khí có điện dung C = 6.10-6F. Khoảng cách giữa hai bản tụ d = 1,2 cm. Đưa vào trong tự một tấm kim loại dày a = 0,2 cm. Điện dung mới của tụ điện bằng: A. 3,6 μF.B. 4,8 μF.C. 7,2 μF. D. 9,6 μF. Hướng dẫn ε.S Điện dung của tụ điện phẳng được tính bởi công thức: C0 = (1) . 4kπd Khi đưa vào giữa hai bản tụ một tấm kim loại. Do kim loại dẫn điện và do sự hưởng ứng điện nên ta có bộ hai tụ điện mắc nối tiếp. εS εS Điện dung của các tụ: C1 = và C2 = k4πd1 k4πd2 Với: d1 + a + d2 = d d1 + d2 = d – a = 1 cm. 1 1 1 k4π εS Điện dung của bộ tụ: = + = (d1 +d2 ) C= (2) C C1 C2 εS 4kπ(d1 +d2 ) Chia vế (2) cho (1) ta được: C d 1,2 = = C=7,2.10-6F. Chọn C. C0 d1 +d2 1 Trang 3