Chuyên đề Điện tích đặt trong điện trường của tụ điện môn Vật Lý 11 năm 2021

ĐIỆN TÍCH ĐẶT TRONG ĐIỆN TRƯỜNG CỦA TỤ ĐIỆN

 

Sử dụng các công thức sau:

- Công thức định nghĩa: \(C = \frac{Q}{U} \Rightarrow Q = CU\)

- Điện dung của tụ phẳng: \(C = \frac{{\varepsilon S}}{{4k\pi d}}\)

- Công thức điện trường: E = U/d

Trong đó:

S là diện tích phần đối diện giữa hai bản tụ (m²)

d: là khoảng cách giữa hai bản tụ

\(\varepsilon \): là hằng số điện môi

\(k = {9.10^9}\frac{{N.{m^2}}}{{{C^2}}}\)

Lưu ý:

+ Đối với tụ điện biến thiên thì phần đối diện của hai bản sẽ thay đổi.

+ Công thức chỉ áp dụng cho trường hợp chất điện môi lấp đầy khoảng không gian giữa hai bản tụ.

- Năng lượng của tụ điện: \({\rm{W}} = \frac{{Q.U}}{2} = \frac{{C{U^2}}}{2} = \frac{{{Q^2}}}{{2C}}\)

* Chú ý:

+ Nối tụ vào nguồn: U = hằng số

+ Ngắt tụ khỏi nguồn: Q = hằng số

Ngoài ra, ta có:

- Muốn hạt bụi nằm cân bằng thì lực điện tác dụng lên hạt bụi phải bằng trọng lượng của hạt bụi.

- Khi hiệu điện thế giảm đi 60 V thì hạt bụi sẽ không cân bằng nữa mà chuyên động với gia tốc a được xác định thông qua định luật II Newton.

- Tính thời gian rơi bằng cách dùng công thức về chuyển động biến đổi đều

\(s={{d}_{1}}=\frac{a{{t}^{2}}}{2}\)

Hiệu điện thế giữa 2 bản của một tụ điện phẳng là U = 300 V. Một hạt bụi nằm cân bằng giữa 2 bản của tụ điện và cách bản dưới của tụ d₁ = 0,8 cm. Hỏi sau bao lâu hạt bụi sẽ rơi xuống bản dưới của tụ nếu hiệu điện thế giữa 2 bản giảm đi 60 V?

A. 0,09 s.                 

B. 0,12 s.                     

C. 0,06 s.        

D. 0,045 s.

Lời giải

Để hạt bụi nằm cân bằng trong điện trường thì trọng lực bằng lực điện

\(P=F\Leftrightarrow mg=qE\Leftrightarrow mg=q\frac{U}{d}\Rightarrow \frac{q}{m}=\frac{gd}{U}=2,{{67.10}^{-4}}\)

Khi U giảm đi 60V thì U' = U - 60 = 240V thì theo định luật II Newton, ta có

\(P-F'=ma\Rightarrow mg-q\frac{U'}{d}=ma\Rightarrow a=g-\frac{qU'}{md}\)

Khi hạt bụi rơi chạm bản dưới thì quãng đường đi được là

\(s={{d}_{1}}=\frac{a{{t}^{2}}}{2}\)

\(\Rightarrow t=\sqrt{\frac{2{{d}_{1}}}{g-\frac{qU'}{md}}}=\sqrt{\frac{2{{d}_{1}}}{g-\frac{qU'}{md}}}=\sqrt{\frac{2.0,{{8.10}^{-2}}}{10-2,{{67.10}^{-4}}.\frac{240}{0,{{8.10}^{-2}}}}}=0,09s\)

Đáp án A.

Câu 1: Một tụ điện phẳng mắc vào hai cực của một nguồn điện có hiệu điện thế 500V. Ngắt tụ khỏi nguồn rồi tăng khoảng cách lên hai lần. Hiệu điện thế của tụ điện khi đó:

A. giảm hai lần         

B. tăng hai lần             

C. tăng 4 lần    

D. giảm 4 lần

Câu 2: Nối hai bản tụ điện phẳng với hai cực của acquy. Nếu dịch chuyển các bản xa nhau thì trong khi dịch chuyển có dòng điện đi qua acquy không?

A. lúc đầu có dòng điện đi từ cực dương sang cực âm của acquy sau đó dòng điện có chiều ngược lại

B. lúc đầu có dòng điện đi từ cực âm sang cực dương của acquy sau đó dòng điện có chiều ngược lại

C. dòng điện đi từ cực âm sang cực dương

D. dòng điện đi từ cực dương sang cực âm

Câu 3: Nối hai bản tụ điện phẳng với hai cực của nguồn một chiều, sau đó ngắt tụ ra khỏi nguồn rồi đưa vào giữa hai bản một chất điện môi có hằng số điện môi \(\varepsilon \) thì điện dung C và hiệu điện thế giữa hai bản tụ sẽ:

A. C tăng, U tăng     

B. C tăng, U giảm        

C. C giảm, U giảm       

D. C giảm, U tăng

Câu 4: Nối hai bản tụ điện phẳng với hai cực của nguồn một chiều, sau đó ngắt tụ ra khỏi nguồn rồi đưa vào giữa hai bản một chất điện môi có hằng số điện môi \(\varepsilon \) thì năng lượng W của tụ và cường độ điện trường E giữa hai bản tụ sẽ:

A. W tăng; E tăng    

B. W tăng; E giảm        

C. W giảm; E giảm      

D. W giảm; E tăng

Câu 5: Một tụ điện phẳng có điện dung 7nF chứa đầy điện môi có hằng số điện môi \(\varepsilon \), diện tích mỗi bản là 15cm² và khoảng cách giữa hai bản bằng 10^-5 m. Tính hằng số điện môi \(\varepsilon \):

A.3,7                       

B.3,9                           

C.4,5        

D.5,3

Câu 6: Một tụ điện phẳng hai bản có dạng hình tròn bán kính 2cm đặt trong không khí cách nhau 2mm. Điện dung của tụ điện đó là:

A. l,2pF                   

B. l,8pF                       

C. 0,87pF       

D.0,56pF

Câu 7: Một tụ điện phẳng hai bản có dạng hình tròn bán kính 2cm đặt trong không khí cách nhau 2mm. Có thể đặt một hiệu điện thế lớn nhất là bao nhiêu vào hai bản tụ đó, biết điện trường nhỏ nhất có thể đánh thủng không khí là 3.10⁶ V/m:

A. 3000 V                

B.6000V                      

C.9000V      

D. 10000 V

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. Cường độ điện trường giữa hai bản tụ bằng:

A. 24 V/m                

B. 2400 V/m                

C. 24000 V/m   

D. 2,4 V

 

ĐÁP ÁN

1-B

2-D

3-B

4-C

5-D

6-D

7-B

8-B

Câu 1: Đáp án B.

Ngắt tụ khỏi nguồn thì Q không đổi \(C\sim\frac{1}{d}\)

\(\Rightarrow C'=\frac{C}{2}\Rightarrow U'=2U\)

Câu 2: Đáp án D.

Gọi e là suất điện động của acquy. Khi nối hai cực của acquy với tụ điện, hiệu điện thế hai đầu tụ điện sẽ là U = e và tụ được tích một điện lượng Q = CU

Khi đưa hai bản tụ đến gần nhau một khoảng \(\Delta d\), lúc này \(C'=\frac{C.\Delta d}{d-\Delta d}\)

Hiệu điện thế giữa hai bản tụ sẽ là \(U'=\frac{Q}{C}=\frac{Q\left( d-\Delta d \right)}{Cd}

Do đó sẽ có nguồn điện sẽ phải cung cấp thêm điện tích cho tụ (để thế điện trên nguồn và tụ bằng nhau). Đó chính là lí do tại sao có dòng điện từ cực âm sang cực dương của nguồn.

+ Nếu trường hợp tách hai bản tụ ra xa nhau thì U' > e, tụ điện sẽ trả bớt điện tích cho nguồn. Dòng điện trong nguồn sẽ chạy từ cực dương sang cực âm.

Câu 3: Đáp án B.

Q = const, \(C\sim \varepsilon \) nên C tăng và U giảm

Câu 4: Đáp án C.

\(\text{W}\sim \frac{1}{C}\sim \frac{1}{\varepsilon },E\sim U\sim \frac{1}{C}\sim \frac{1}{\varepsilon }\) nên W giảm và E giảm

Câu 5: Đáp án D.

\(C=\frac{\varepsilon S}{4\pi kd}\Rightarrow \varepsilon =\frac{4\pi kdC}{S}=\frac{4\pi {{.9.10}^{9}}{{.10}^{-5}}{{.7.10}^{-9}}}{{{15.10}^{-4}}}=5,3\)

Câu 6: Đáp án D

\(C=\frac{\varepsilon S}{4\pi kd}=\frac{1.\pi .0,{{02}^{2}}}{4\pi {{.9.10}^{9}}{{.2.10}^{-3}}}=0,56pF\)

Câu 7: Đáp án B

\({{U}_{\max }}={{E}_{\max }}.d={{3.10}^{6}}{{.2.10}^{-3}}=6000V\)

Câu 8: Đáp án B.

\(E=\frac{U}{d}=\frac{24}{0,01}=2400V/m\)

 

---(Hết )---

Trên đây là toàn bộ nội dung tài liệu Chuyên đề Điện tích đặt trong điện trường của 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.