Chuyên đề Đại cương về tụ điện môn Vật Lý 11 năm 2021

CHUYÊN ĐỀ ĐẠI CƯƠNG VỀ TỤ ĐIỆN

 

- 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.

Ví dụ 1: Tụ điện phẳng gồm hai bản tụ có diện tích 0,05 m² 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. 3,4                       B. 2,1                           C. 2                                    D. 4,5

Lời giải

Từ công thức tính điện dung

\(C=\frac{\varepsilon S}{4\pi kd}\Rightarrow \varepsilon =\frac{4\pi kdC}{S}=\frac{4\pi {{.9.10}^{9}}.0,{{5.10}^{-3}}{{.3.10}^{-9}}}{0,05}=3,4\)

Đáp án A

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 điện thế 6,3 V. Biết \({{\text{S}}_{\text{0}}}=8,{{85.10}^{-12}}\text{ }F/m\). Tính:

a) Khoảng cách giữa hai bản tụ

A. 1 mm                  

B. 1,26 mm                  

C. 1,75 mm         

D. 2 mm

b) Cường độ dòng điện giữa hai bản

A. 5000 V/m            

B. 2500 V/m                

C. 3000 V/m  

D. 4000 V/m

Lời giải

a) Khoảng cách giữa hai bản tụ

\(C=\frac{\varepsilon S}{4\pi kd}\Rightarrow d=\frac{\varepsilon S}{4\pi kC}=\frac{1,{{5.10}^{-4}}}{4\pi {{.9.10}^{9}}.3,{{5.10}^{-12}}}=1,{{26.10}^{-3}}m=1,26\,mm\)

Đáp án B

b) Cường độ dòng điện giữa hai bản \(E=\frac{U}{d}=\frac{6,3}{1,{{26.10}^{-3}}}=5000\,V/m\)

Đáp án A

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 m².                  

C. 3000 V/m.  

D. 4000 V/m.               

Lời giải

Ta có: \(Q=CEd=\frac{\varepsilon S}{4\pi kd}.d.E=\frac{S.E}{4\pi k}\). Diện tích mỗi bản tụ là:

\(S=\frac{4\pi kQ}{E}=\frac{4\pi {{.9.10}^{9}}.5,{{2.10}^{-9}}}{20000}=0,03\,{{m}^{2}}\)

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:

\(C=\frac{\varepsilon S}{4\pi kd}=\frac{{{20.4.5.10}^{-9}}}{4\pi {{.9.10}^{9}}.0,{{3.10}^{-3}}}=1,18\,nF\)

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. 3.10⁴ V/m.    

D. 10⁴ V/m.                  

Lời giải

Ta có:  \(C=\frac{\varepsilon S}{4\pi kd}\Rightarrow S=\frac{4\pi kdC}{\varepsilon }=\frac{4\pi {{.10}^{9}}{{.9.10}^{-3}}{{.2.10}^{-11}}}{1}=2,{{26.10}^{-3}}\,{{m}^{2}}\)

Điện tích của tụ \(Q=CU={{2.10}^{-11}}.50={{10}^{-9}}\,C\)

Cường độ điện trường \(E=\frac{U}{d}=\frac{50}{{{10}^{-3}}}={{5.10}^{4}}\,V/m\)

Đáp án A

Câu 1: Một tụ điện phẳng được mắc vào hai cực của một nguồn điện có hiệu điện thế 50 (V). Ngắt tụ điện ra khỏi nguồn rồi kéo cho khoảng cách giữa hai bản tụ tăng gấp hai lần thì

A. Điện tích của tụ điện không thay đổi.

B. Điện tích của tụ điện tăng lên hai lần.

C. Điện tích của tụ điện giảm đi hai lần.

D. Điện tích của tụ điện tăng lên bốn lần.

Câu 2: Một tụ điện phẳng được mắc vào hai cực của một nguồn điện có hiệu điện thế 50 (V). Ngắt tụ điện ra khỏi nguồn rồi kéo cho khoảng cách giữa hai bản tụ tăng gấp hai lần thì hiệu điện thế giữa hai bản tụ có giá trị là:

A. U = 50 (V).          

B. U = 100 (V).            

C. U = 150(V).    

D. U = 200 (V).

Câu 3: Một tụ điện điện dung 5μF được tích điện đến điện tích bằng 86μC. Tính hiệu điện thế trên hai bản tụ:

A. 17,2V    

B. 27,2 V     

C.37,2V  

D.47,2V

Câu 4: Một tụ điện điện dung 24nF tích điện đến hiệu điện thế 450V thì có bao nhiêu electron mới di chuyển đến bản âm của tụ điện:

A. 575.10¹¹ electron 

B. 675.10¹¹ electron     

C. 775.10¹¹ electron   

D. 875.10¹¹ electron

Câu 5: Bộ tụ điện trong chiếc đèn chụp ảnh có điện dung 750 μF được tích điện đến hiệu điện thế 330V. Xác định năng lượng mà đèn tiêu thụ trong mỗi lần đèn lóe sáng.

A. 20,8J     

B. 30,8J     

C. 40,8J  

D. 50,8J

Câu 6: Bộ tụ điện trong chiếc đèn chụp ảnh có điện dung 750 μF được tích điện đến hiệu điện thế 330V. Mỗi lần đèn lóe sáng tụ điện phóng điện trong thời gian 5ms. Tính công suất phóng điện của tụ điện:

A. 5,17kW    

B. 6,17kW    

C. 817kW     

D. 8,17kW

Câu 7: Một tụ điện có điện dung 2000 pF mắc vào hai cực của nguồn điện hiệu điện thế 5000V. Tích điện cho tụ rồi ngắt khỏi nguồn, tăng điện dung tụ lên hai lần thì hiệu điện thế của tụ khi đó là:

A. 2500V     

B. 5000V      

C. 10000V      

D. 1250V

Câu 8: Tụ điện có điện dung 2μF có khoảng cách giữa hai bản tụ là 1cm được tích điện với nguồn điện có hiệu điện thế 24V. Ngắt tụ khỏi nguồn và nối hai bản tụ bằng dây dẫn thì năng lượng tụ giải phóng ra là:

A. 5,76.10^-4 J           

B. 1,152.10^-3J      

C. 2,304.10^-3J             

D. 4,217.10^-3J

Câu 9: Ba tụ C₁ = 3nF, C₂ = 2nF, C₃ = 20nF mắc như hình vẽ trên. Nối bộ tụ với hiệu điện thế 30V. Tụ C₁ bị đánh thủng. Tìm điện tích và hiệu điện thế trên tụ C₃ :

A. U₃ = 15V; q₃ = 300nC

B. U₃ = 30V; q₃ = 600nC

C. U₃ = 0V; q₃ = 600nC

D. U₃ = 25V; q₃ = 500nC

Câu 10: Hai tụ điện điện dung C₁ = 0,3nF, C₂ = 0,6nF ghép nối tiếp, khoảng cách giữa hai bản tụ của hai tụ như nhau bằng 2mm. Điện môi của mỗi tụ chỉ chịu được điện trường có cường độ lớn nhất là 10⁴ V/m. Hiệu điện thế giới hạn được phép đặt vào bộ tụ đó bằng:

A. 20V    

B. 30V      

C. 40V  

D. 50V

ĐÁP ÁN

1-A

2-B

3-A

4-B

5-C

6-D

7-A

8-A

9-B

10-B

Câu 1: Đáp án A.

Câu 2: Đáp án B.

Một tụ điện phẳng được mắc vào hai cực của một nguồn điện có hiệu điện thế 50(V). Ngắt tụ điện ra khỏi nguồn rồi kéo cho khoảng cách giữa hai bản tụ tăng gấp hai lần thì điện tích của tụ điện không thay đổi còn điện dung của tụ điện giảm đi 2 lần, suy ra hiệu điện thế giữa hai bản tụ tăng lên 2 lần: U = 100 (V).

Câu 3: Đáp án A.

\(U=\frac{Q}{C}=17,2V\)

Câu 4: Đáp án B.

Số electron di chuyển đến bản âm của tụ điện là:

\(n=\frac{Q}{\left| e \right|}=\frac{CU}{\left| e \right|}=\frac{{{24.10}^{-9}}.450}{1,{{6.10}^{-19}}}={{675.10}^{11}}\)

Câu 5: Đáp án C.

\(\text{W}=\frac{C{{U}^{2}}}{2}=40,8J\)

Câu 6: Đáp án D.

\(P=\frac{\text{W}}{t}=8160W=8,16kW\)

Câu 7: Đáp án A.

Ngắt tụ khỏi nguồn thì Q không đổi mà C tăng lên 2 lần nên U sẽ giảm đi 2 lần

\(\Rightarrow U'=\frac{U}{2}=2500V\)

Câu 8: Đáp án A.

\(\text{W}=\frac{C{{U}^{2}}}{2}=5,{{76.10}^{-4}}J\)

Câu 9: Đáp án B

Tụ C₁ bị đánh thủng hệ chỉ còn lại tụ C₃

→ U₃ = U = 30V, q₃ = C₃U₃ = 600nC

Câu 10: Đáp án B

+ Do 2 tụ điện mắc nối tiếp nhau nên Q₁ = Q₂

→ C₁U₁ = C₂U₂ → U₁ = 2U₂

Mà U_b = U₁ + U₂ = 3U₂

\(\Rightarrow {{U}_{2}}=\frac{{{U}_{b}}}{3}\le {{E}_{\max }}.d=20V\Rightarrow {{U}_{2}}\le 60V\)

+ \({{U}_{b}}={{U}_{1}}+{{U}_{2}}=\frac{3{{U}_{1}}}{2}\le 20V\Rightarrow {{U}_{1}}\le 30V\)

Vậy hiệu điện thế giới hạn được phép đặt vào bộ tụ đó là 30V.

 

---(Hết )---

Trên đây là toàn bộ nội dung tài liệu Chuyên đề Đại cương về tụ điện môn Vật Lý 11 năm 2021. Để xem thêm nhiều tư liệu hữu ích khác, các em đăng nhập vào trang hoc247.net để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.