Vật lí 11 Cánh diều Bài 3: Điện thế, hiệu điện thế, tụ điện

1.1.1. Công của lực điện

Công thực hiện để di chuyển một điện tích dương q một đoạn d dọc theo đường sức trong điện trường đều có cường độ E, từ phía bản điện tích âm về phía bản điện tích dương là A = F.d = qEd

1.1.2. Thế năng

- Thế năng của điện tích q dương tại điểm M trong điện trường đều là:

WM = A = qEd

Với W_M là thế năng của điện tích tại điểm M và d là khoảng cách giữa điểm M và bản âm.

- Nếu điện tích q ở trong điện trường bất kì thì ta lấy thế năng bằng công của lực điện khi di chuyển điện tích q từ M ra xa vô cùng

W_M=A_M∞

1.2.1. Điện thế

- Thế năng của một điện tích q trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt điện tích q tại điểm đang xét.

W_M = V_Mq

- Điện thế tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho điện trường tại điểm đó về thế năng

\({V_M} = \frac{{{A_{M\infty }}}}{q} = \frac{{{W_M}}}{q}\)

Đơn vị của điện thế là vôn, kí hiệu là V

1.2.2. Hiệu điện thế

Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi di chuyển điện tích từ M đến N

\({U_{MN}} = {V_M} - {V_N} = \frac{{{A_{MN}}}}{q}\)

Đơn vị của hiệu điện thế là vôn, kí hiệu là V

1.2.3. Liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế

Mối liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế giữa hai điểm trong điện trường đều:

\(E = \frac{{{U_{MN}}}}{d} = \frac{U}{d}\) với d = MN.

1.3.1. Khái niệm tụ điện

- Một hệ hai vật dẫn ở gần nhau, ngăn cách với nhau bằng một lớp chất cách điện, được gọi là chất điện môi, tạo nên một tụ điện. Mỗi vật dẫn đó được gọi là một bản của tụ điện.

- Để tích điện cho tụ điện, nối hai bản tụ điện với hai cực của một nguồn điện. Khi tụ điện đã được tích điện, độ lớn của điện tích trên mỗi bản được gọi là điện tích của tụ điện.

1.3.2. 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 nhất định và được xác định bằng thương số giữa điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản:

\(C = \frac{Q}{U}\)

Trong đó Q là độ lớn điện tích trên mỗi bản của tụ điện và U là hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện.

Đơn vị của điện dung là fara, kí hiệu là F.

- Một số ước của fara:

1 micrôfara (μF) = 10^-6 F

1 nanôfara (nF) = 10^-9 F

1 picôfara (pF) = 10^-12 F

1.3.3. Điện dung của bộ tụ điện ghép song song

U = U₁ = U₂ =...

Q = Q₁ + Q₂ +...

C = C₁ + C₂+...

1.3.4. Điện dung của bộ tụ điện ghép nối tiếp

U = U₁ + U₂ +...

Q = Q₁ = Q₂ =...

\(\frac{1}{C} = \frac{1}{{{C_1}}} + \frac{1}{{{C_2}}} + ...\)

1.3.5. Năng lượng của tụ điện

\(W = \frac{{C{U^2}}}{2} = \frac{{{Q^2}}}{{2C}} = \frac{{QU}}{2}\)

1.3.6. Tìm hiểu một số ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống

Ví dụ 1: Điện thế là đại lượng đặc trưng cho riêng điện trường về:

A. phương diện tạo ra thế năng khi đặt tại đó một điện tích q.

B. khả năng sinh công của vùng không gian có điện trường.

C. khả năng sinh công tại một điểm.

D. khả năng tác dụng lực tại tất cả các điểm trong không gian có điện trường.

Hướng dẫn giải

Điện thế là đại lượng đặc trưng cho riêng điện trường về: phương diện tạo ra thế năng khi đặt tại đó một điện tích q.

Đáp án A

Ví dụ 2: Một tụ có điện dung 2 μF. Khi đặt một hiệu điện thế 4 V vào 2 bản của tụ điện thì tụ tích được một điện lượng là

Hướng dẫn giải

Q = CU = 2.10^-6.4 = 8.10^-6 C

Học xong bài này các em cần biết:

- Thảo luận qua quan sát hình ảnh (hoặc tài liệu đa phương tiện) nêu được diện thể tại một điểm trong diện trường đặc trưng cho diện trường tại điểm đó vể thế năng, được xác định bằng công dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ vô cực về điểm đó; thế năng của một điện tích q trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt điện tích q tại điểm đang xét.

- Vận dụng được mối liên hệ thế năng điện với điện thế, \(V = \frac{A}{q}\); mối liên hệ cường độ điện trưởng với điện thế.

- Định nghĩa được điện dung và đơn vị đo điện dung (fara)

- Vận dụng được (không yêu cầu thiết lập) công thức điện dụng của bộ tụ điện ghép nối tiếp, ghép song song.

- Thảo luận để xây dựng được biểu thức tính năng lượng tụ điện.

- Lựa chọn và sử dụng thông tin để xây dựng được báo cáo tìm hiểu một số ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống.

Các em có thể hệ thống lại nội dung kiến thức đã học được thông qua bài kiểm tra Trắc nghiệm Vật lí 11 Cánh diều Bài 3 cực hay có đáp án và lời giải chi tiết. 

Câu 4-10: Mời các em đăng nhập xem tiếp nội dung và thi thử Online để củng cố kiến thức về bài học này nhé!

Các em có thể xem thêm phần hướng dẫn Giải bài tập Vật lí 11 Cánh diều Bài 3 để giúp các em nắm vững bài học và các phương pháp giải bài tập.

Mở đầu trang 75 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Giải Câu hỏi 1 trang 76 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Giải Câu hỏi 2 trang 76 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Giải Câu hỏi 3 trang 77 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Giải Câu hỏi 4 trang 77 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Luyện tập 1 trang 78 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Giải Câu hỏi 5 trang 81 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Luyện tập 2 trang 82 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Vận dụng trang 82 SGK Vật lí 11 Cánh diều - CD

Trong quá trình học tập nếu có thắc mắc hay cần trợ giúp gì thì các em hãy comment ở mục Hỏi đáp, Cộng đồng Vật lý HOC247 sẽ hỗ trợ cho các em một cách nhanh chóng!

Chúc các em học tập tốt và luôn đạt thành tích cao trong học tập!