SBT Vật lí 11 Bài 6: Tụ điện | Giải SBT Vật lí lớp 11

Giải SBT Vật lí 11 Bài 6: Tụ điện

Bài 6.1 trang 13 SBT Vật Lí 11: Chọn câu phát biểu đúng.

A. Điện dung của tụ điện phụ thuộc điện tích của nó.

B. Điện dung của tụ điện phụ thuộc hiệu điện thế giữa hai bản của nó.

C. Điện dung của tụ điện phụ thuộc cả vào điện tích lẫn hiệu điện thế giữa hai bản của tụ.

D. Điện dung của tụ điện không phụ thuộc điện tích và hiệu điện thế giữa hai bản của tụ.

Phương pháp giải:

Vận dụng kiến thức về điện dung của tụ điện.

Lời giải:

Ta có: Điện dung của tụ điện không phụ thuộc điện tích và hiệu điện thế giữa hai bản của tụ. Nó đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ ở một hiệu điện thế nhất định.

Chọn đáp án: D

Bài 6.2 trang 14 SBT Vật Lí 11: Chọn câu phát biểu đúng.

A. Điện dung của tụ điện tỉ lệ với điện tích của nó.

B. Điện tích của tụ điện tỉ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai bản của nó.

C. Hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện tỉ lệ với điện dung của nó.

D. Điện dung của tụ điện tỉ lệ nghịch với hiệu điện thế giữa hai bản của nó.

Phương pháp giải:

Sử dụng lý thuyết: Điện tích Q mà một tụ điện nhất định tích được tỉ lệ thuận với hiệu điện thế U đặt giữa hai bản của nó. $Q=CU$.

Lời giải:

Ta có: Điện tích Q mà một tụ điện nhất định tích tỉ lệ thuận với hiệu điện thế U đặt giữa hai bản của nó. $Q=CU$.

Chọn đáp án: B

Bài 6.3 trang 14 SBT Vật Lí 11: Hai tụ điện chứa cùng một lượng điện tích thì

A. Chúng phải có cùng điện dung.

B. Hiệu điện thế giữa hai bản của mỗi tụ điện phải bằng nhau.

C. Tụ điện nào có điện dung lớn hơn, sẽ có hiệu điện thế giữa hai bản lớn hơn.

D. Tụ điện nào có điện dung lớn hơn, sẽ có hiệu điện thế giữa hai bản nhỏ hơn.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức tính điện dung: $C=\frac{Q}{U}$

Lời giải:

Hai tụ điện chứa cùng một lượng điện tích thì tụ điện nào có điện dung lớn hơn, sẽ có hiệu điện thế giữa hai bản nhỏ hơn.

Chọn đáp án: D

Bài 6.4 trang 14 SBT Vật Lí 11: Hai tụ điện chứa cùng một lượng điện tích thì

A. Chúng phải có cùng điện dung.

B. Hiệu điện thế giữa hai bản của mỗi tụ điện phải bằng nhau.

C. Tụ điện nào có điện dung lớn hơn, sẽ có hiệu điện thế giữa hai bản lớn hơn.

D. Tụ điện nào có điện dung lớn hơn, sẽ có hiệu điện thế giữa hai bản nhỏ hơn.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức tính điện dung: $C=\frac{Q}{U}$

Lời giải:

Hai tụ điện chứa cùng một lượng điện tích thì tụ điện nào có điện dung lớn hơn, sẽ có hiệu điện thế giữa hai bản nhỏ hơn.

Chọn đáp án: D

Bài 6.5 trang 14 SBT Vật Lí 11: Hai tụ điện chứa cùng một lượng điện tích thì

A. Chúng phải có cùng điện dung.

B. Hiệu điện thế giữa hai bản của mỗi tụ điện phải bằng nhau.

C. Tụ điện nào có điện dung lớn hơn, sẽ có hiệu điện thế giữa hai bản lớn hơn.

D. Tụ điện nào có điện dung lớn hơn, sẽ có hiệu điện thế giữa hai bản nhỏ hơn.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức tính điện dung: $C=\frac{Q}{U}$

Lời giải:

Hai tụ điện chứa cùng một lượng điện tích thì tụ điện nào có điện dung lớn hơn, sẽ có hiệu điện thế giữa hai bản nhỏ hơn.

Chọn đáp án: D

Bài 6.6 trang 14 SBT Vật Lí 11: Hai tụ điện chứa cùng một lượng điện tích thì

A. Chúng phải có cùng điện dung.

B. Hiệu điện thế giữa hai bản của mỗi tụ điện phải bằng nhau.

C. Tụ điện nào có điện dung lớn hơn, sẽ có hiệu điện thế giữa hai bản lớn hơn.

D. Tụ điện nào có điện dung lớn hơn, sẽ có hiệu điện thế giữa hai bản nhỏ hơn.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức tính điện dung: $C=\frac{Q}{U}$

Lời giải:

Hai tụ điện chứa cùng một lượng điện tích thì tụ điện nào có điện dung lớn hơn, sẽ có hiệu điện thế giữa hai bản nhỏ hơn.

Chọn đáp án: D

Bài 6.7 trang 14 SBT Vật Lí 11: Một tụ điện phẳng không khí có điện dung 1 000 pF và khoảng cách giữa hai bản là d = 1 mm. Tích điện cho tụ điện dưới hiệu điện thế 60 V.

a) Tính điện tích của tụ điện và cường độ điện trường trong tụ điện.

b) Sau đó, ngắt tụ điện ra khỏi nguồn điện và thay đổi khoảng cách d giữa hai bản. Hỏi ta sẽ tốn công khi tăng hay khi giảm d ?

Phương pháp giải:

+ Sử dụng biểu thức tính điện tích của tụ: $Q=CU$

+ Sử dụng biểu thức tính cường độ điện trường trong tụ điện: $E=\frac{U}{d}$

Lời giải:

a) Điện tích của tụ điện: $Q=CU={1000.10}^{-12}.60={6.10}^{-8}C$

Cường độ điện trường trong tụ điện: $E=\frac{U}{d}=\frac{60}{{10}^{-3}}={6.10}^{4}V/m$.

b) Khi tụ điện đã được tích điện thì giữa bản dương và bản âm có lực hút tĩnh điện. Do đó, khi đưa hai bản ra xa nhau (tăng d) thì ta phải tốn công chống lại lực hút tĩnh điện đó.

Công mà ta tốn đã làm tăng năng lượng của điện trường trong tụ điện.

Bài 6.8 trang 14 SBT Vật Lí 11: Một tụ điện không khí có điện dung 40 pF và khoảng cách giữa hai bản là 1 cm. Tính điện tích tối đa có thể tích cho tụ, biết rằng khi cường độ điện trường trong không khí lên đến 3.106 V/m thì không khí sẽ trở thành dẫn điện.

Phương pháp giải:

+ Sử dụng biểu thức tính hiệu điện thế: $U=Ed$

+ Sử dụng biểu thức tính điện tích: $Q=CU$

Lời giải:

Hiệu điện thế lớn nhất mà tụ điện chịu được:

$U_{max}=E_{max}.d$

Với Emax = 3.106 V/m ; d = 1 cm = 10-2 m thì Umax = 30000 V.

Điện tích tối đa mà tụ điện có thể tích được :

$Q_{max}=C{U}_{max}={12.10}^{-7}C.$ ( Với C= 40 pF = 40.10-12 F)

Bài 6.9 trang 14 SBT Vật Lí 11: Tích điện cho tụ điện C1, điện dung 20 μF, dưới hiệu điện thế 200 V. Sau đó nối tụ điện C1 với tụ điện C2, có điện dung 10 μF, chưa tích điện. Sử dụng định luật bảo toàn điện tích, hãy tính điện tích và hiệu điện thế giữa hai bản của mỗi tụ điện sau khi nối với nhau.

Phương pháp giải:

+ Sử dụng biểu thức tính điện tích: $Q=CU$

+ Sử dụng định luật bảo toàn diện tích: Trong một hệ vật cô lập về điện, tổng đại số của các điện tích là không đổi.

Lời giải:

Đặt U = 200 V, C1 = 20 μF và Q là điện tích của tụ lúc đầu :

$Q=C_{1}U={20.10}^{-6}.200={4.10}^{-3}C$

Gọi Q1, Q2 là điện tích của mỗi tụ, U’ là hiệu điện thế giữa hai bản của chúng (Hình 6.1G). 

Ta có :

$Q_1=C_1{U}^{\prime }$

$Q_2=C_2{U}^{\prime }$

Theo định luật bảo toàn điện tích :

$Q=Q_1+Q_2$ hay$Q=(C_1+C_2)U^{\prime }$

Với Q = 4.10-3 C

C1 + C2 = 30 μF

Thì hiệu điện thế giữa hai bản của mỗi tụ điện sau khi nối với nhau:

$\begin{array}{rl}& U^{\prime }=\frac{Q}{C_1+C_2}=\frac{4.{10}^{-3}}{30.{10}^{-6}}=\frac{400}{3}V\approx 133V\\ & Q_1={20.10}^{-6}.\frac{400}{3}\approx 2,{67.10}^{-3}C\\ & Q_2={10.10}^{-6}.\frac{400}{3}\approx 1,{33.10}^{-3}C\end{array}$

Bài 6.10 trang 15 SBT Vật Lí 11: Một giọt dầu nằm lơ lửng trong điện trường của một tụ điện phẳng. Đường kính của giọt dầu là 0,5 mm. Khối lượng riêng của dầu là 800 kg/m3. Khoảng cách giữa hai bản tụ điện là 1 cm. Hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện là 220 V ; bản phía trên là bản dương.

a) Tính điện tích của giọt dầu.

b) Đột nhiên đổi dấu của hiệu điện thế. Hiện tượng sẽ xảy ra như thế nào ? Tính gia tốc của giọt dầu. Lấy g = 10 m/s2.

Phương pháp giải:

Sử dụng biểu thức tính lực điện: $F=|q|E$

Lời giải:

a) Trọng lượng của giọt dầu :  $P=\frac{4}{3}\pi r^3\rho g$

Lực điện tác dụng lên giọt dầu:$F_d=|q|E=|q|\frac{U}{d}$.

Lực điện cân bằng với trọng lượng: Fđ= P hay $P=\frac{4}{3}\pi r^3\rho g=\left|q\right|\frac{U}{d}$

Suy ra:

$\left|q\right|=\frac{4\pi r^3\rho dg}{3U}\approx 23,{8.10}^{-12}C$

Vì trọng lực hướng xuống, nên lực điện phải hướng lên. Mặt khác bản phía trên của tụ điện là bản dương, nên điện tích của giọt dầu phải là điện tích âm: Bỏ qua lực đẩy Acsimet của không khí.

b) Nếu đột nhiên đổi dấu mà vẫn giữ nguyên độ lớn của hiệu điện thế thì lực điện tác dụng lên giọt dầu sẽ cùng phương, cùng chiều và cùng độ lớn với trọng lực. Như vậy, giọt dầu sẽ chịu tác dụng của lực 2P và nó sẽ có gia tốc 2g = 20 m/s2.