Bài tập trắc nghiệm Vật lí Lớp 11 - Chuyên đề: Tụ điện

Nội dung text: Bài tập trắc nghiệm Vật lí Lớp 11 - Chuyên đề: Tụ điện

1. CHUYÊN ĐỀ BÀI TẬP VỀ TỤ ĐIỆN DẠNG I:TÍNH TỐN CÁC ĐẠI LƯỢNG PP Chung: Vận dụng công thức: Q 1 Q 2 1 1 Điện dung của tụ điện: C (1) Năng lượng của tụ điện: W Q.U C.U 2 U 2 C 2 2 . .S .S Điện dung của tụ điện phẳng: C o (2) d 9.109.4. .d Trong đó S là diện tích của một bản (là phần đối diện với bản kia) Đối với tụ điện biến thiên thì phần đối diện của hai bản sẽ thay đổi. Công thức (2) chỉ áp dụng cho trường hợp chất điện môi lấp đầy khoảng không gian giữa hai bản. Nếu lớp điện môi chỉ chiếm một phần khoảng không gian giữa hai bản thì cần phải phân tích, lập luận mới tính được điện dung C của tụ điện. - Lưu ý các điều kiện sau: + Nối tụ điện vào nguồn: U = const. + Ngắt tụ điện khỏi nguồn: Q = const. 1. Tụ điện phẳng gồm hai bản tụ có diện tích 0,05 m2 đặt cách nhau 0,5 mm, điện dung của tụ là 3 nF. Tính hằng số điện môi của lớp điện môi giữa hai bản tụ. Đ s: 3,4. 2. Một tụ điện 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. Đ s: 0,03 m2. 3. Một tụ điện phẳng điện dung 12 pF, điện môi là không khí. Khoảng cách giữa hai bản tụ 0,5 cm. Tích điện cho tụ điện dưới hiệu điện thế 20 V. Tính: a. điện tích của tụ điện. b. Cường độ điện trường trong tụ. Đ s: 24. 10-11C, 4000 V/m. 4. Một tụ điện phẳng không khí, điện dung 40 pF, tích điện cho tụ điện ở hiệu điện thế 120V. a. Tính điện tích của tụ. b. Sau đó tháo bỏ nguồn điện rồi tăng khoảng cách giữa hai bản tụ lên gấp đôi. Tính hiệu điện thế mới giữa hai bản tụ. Biết rằng điện dung của tụ điện phẳng tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa hai bản của nó. Đ s: 48. 10-10C, 240 V. 5. Tụ điện phẳng không khí có điện dung C = 500 pF được tích điện đến hiệu điện thế 300 V. a. Tính điện tích Q của tụ điện. b. Ngắt tụ điện khỏi nguồn rồi nhúng tụ điện vào chất điện môi lỏng có  = 2. Tính điện dung C1 , điện tích Q1 và hiệu điện thế U1 của tụ điện lúc đó. c. Vẫn nối tụ điện với nguồn nhưng nhúng tụ điện vào chất điện môi lỏng có  = 2. Tính C2 , Q2 , U2 của tụ điện. Đ s: a/ 150 nC ; b/ C1 = 1000 pF, Q1 = 150 nC, U1 = 150 V. c/ C2 = 1000 pF, Q2 = 300 nC, U2 = 300 V. 6. Tụ điện phẳng không khí điện dung 2 pF được tích điện ở hiệu điện thế 600V. a. Tính điện tích Q của tụ. 1
2. b. Sau khi được tích điện, ngắt tụ khỏi nguồn rồi mắc vào hai bản của tụ điện C1 = 0,15 F chưa được tích điện. Tính điện tích của bộ tụ điện, hiệu điện thế và năng lượng của bộ tụ. Đ s: a/ 0,54 m2, 12 C, 0,6 mJ. b/ 12 C, 44,4 V, 0,27 mJ. 2. Một tụ điện 6 F được tích điện dưới một hiệu điện thế 12V. a. Tính điện tích của mỗi bản tụ. b. Hỏi tụ điện tích lũy một năng lượng cực đại là bao nhiêu ? c. Tính công trung bình mà nguồn điện thực hiện để đưa 1 e từ bản mang điện tích dương bản mang điện tích âm ? Đ s: a/ 7,2. 10-5 C. b/ 4,32. 10-4 J. c/ 9,6. 10-19 J. 3. Tính điện dung tương đương, điện tích, hiệu điện thế trong mỗi tụ điện ở các trường hợp sau (hình vẽ) C2 C3 C2 C1 C2 C3 C1 C2 C3 C1 C1 C3 (Hình 1) (Hình 2) (Hình 3) (Hình 4) Hình 1: C1 = 2 F, C2 = 4 F, C3 = 6 F. UAB = 100 V. Hình 2: C1 = 1 F, C2 = 1,5 F, C3 = 3 F. UAB = 120 V. Hình 3: C1 = 0,25 F, C2 = 1 F, C3 = 3 F. UAB = 12 V. Hình 4: C1 = C2 = 2 F, C3 = 1 F, UAB = 10 V. 4. Có 3 tụ điện C 1 = 10 F, C 2 = 5 F, C 3 = 4 F được mắc vào nguồn điện có C 1 C3 hiệu điện thế U = 38 V. a. Tính điện dung C của bộ tụ điện, điện tích và hiệu điện thế trên các C2 tụ điện. b. Tụ C3 bị “đánh thủng”. Tìm điện tích và hiệu điện thế trên tụ C1. Đ s: a/ Cb ≈ 3,16 F. -5 -5 -4 Q1 = 8. 10 C, Q2 = 4. 10 C, Q3 = 1,2. 10 C, U1 = U2 = 8 V, U3 = 30 V. -4 b/ Q1 = 3,8. 10 C, U1 = 38 V. 5. Cho bộ tụ mắc như hình vẽ: C1 = 1 F, C2 = 3 F, C3 = 6 F, C4 = 4 F. UAB = 20 V. C1 C2 Tính điện dung bộ tụ, điện tích và hiệu điện thế mỗi tụ khi. a. K hở. C3 C4 b. K đóng. 6. Trong hình bên C1 = 3 F, C2 = 6 F, C3 = C4 = 4 F, C5 = 8 F. C1 C2 U = 900 V. Tính hiệu điện thế giữa A và B ? C3 C4 Đ s: UAB = - 100V. C5 3
3. Bài 13: Ba tấm kim loại phẳng giống nhau đặt song song với nhau như hình vẽ: Diện tích của mỗi bản là S= 100cm2, Khoảng cách giữa hai bản liên tiếp là d= 0,5cm B Nối A và B với nguồn U= 100V a) Tính điện dung của bộ tụ và điện tích của mỗi bản b) Ngắt A và B ra khỏi nguồn điện. Dịch chuyển bản B theo phương vuơng gĩc với các bản tụ điện một đoạn là x. Tính hiệu điện thế giữa A và B theo x. áp dụng khi x= d/2 A Đ/s: a) 3,54.10-11 F; 1,77.10-9 C và 3,54.10-9 C d 2 x 2 b) U ' U. ; 75V d 2 Bài 14: Bốn tấm kim loại phẳng giống nhau như hình vẽ. A Khoảng cách BD= 2AB=2DE. B và D được nối với nguồn điện U=12V, sau đĩ ngắt nguồn đi. Tìm hiệu điện thế giữa B B và D nếu sau đĩ: D a) Nối A với B b) Khơng nối A với B nhưng lấp đầy khoảng giữa B và D bằng điện mơi  3 C Đ/S a) 8V b) 6V Bài 15: Tụ điện phẳng khơng khí C=2pF. Nhúng chìm một nửa vào trong điện mơi lỏng  3. Tìm điện dung của tụ điện nếu khi nhúng, các bản đặt : a) Thẳng đứng b) Nằm ngang Đ/S a) 4pF b)3pF K Cho bộ tụ điện mắc như hình vẽ bên: Chứng minh rằng nếu cĩ: C1 C3 C1 C2 Hoặc C1 M C2 C2 C4 C3 C4 Thì khi K đĩng hay K mở, điện dung của bộ A B tụ đều khơng thay đổi C3 N C4 Bài 16 Một tụ điện phẳng cĩ điện dung C 0. Tìm điện dung của tụ điện khi đưa vào bên trong tụ một tấm điện mơi cĩ hằng số điện mơi  , cĩ diện tích đối diện bằng một nửa diện tích một tấm, cĩ chiều dày bằng một phần ba khoảng cách hai tấm tụ, cĩ bề rộng bằng bề rộng tấm tụ, trong hai trường hợp sau: TỤ CĨ CHỨA NGUỒN 5
4. . TỤ XOAY: Bài 1:Tụ xoay gồm n tấm hình bán nguyệt đường kính D=12cm, khoảng cách giữa hai tấm liên tiếp d=0,5mm. Phần đối diện giữa hai bản cố định và bản di chuyển cĩ dạng hình quạt với gĩc ở tâm là 00<α<1800. a.Biết điện dung cực đại của tụ là 1500nF.n=? (n=16 bản) b.Tụ nối với hdt U=500V và ở vị trí gĩc α=1200.Tính điện tích của tụ? (Q=5.10-7C) c.Sau đĩ ngắt tụ và điều chỉnh α. Xác định α để cĩ sự phĩng điện giữa hai bản. Biết 6 0 Egh=3.10 V/m(α<40 ) 0 Bài 2:Tụ xoay cĩ Cmax=490pF và điện dung cực tiểu Cmin=10pF ứng 20 được tạo bởi n=10 lá kim loại hình bán nguyệt gắn vào trục chung đi qua tâm đường trịn và lọt vào giữa 11 lá cố định cĩ cùng kích thước. a.Điện mơi là khơng khí, d giữa 1 bản cố định và bản gần nĩ nhất là 0,5mm.Hãy tính R mỗi bản? b.Tính điện dung của tụ xoay khi cho các lá chuyển động quay một gĩc α kể từ vị trí ứng giá trị cực đại CM? c.Đặt C ở vị trí ứng giá trị cực đại CM và đặt hiệu điện thế U=60V vào hai cực bộ tụ. Sau đĩ bỏ nguồn đi và xoay các lá chuyển động một gĩc α. Xác định hiệu điện thế của tụ theo α, xét trường hợp α=600? MẠCH CẦU * Mạch cầu tụ điện cân bằng : - Khi mắc vào mạch điện, nếu Q5 = 0 hay VM=VN( U5 = 0 ) C C Ta cĩ mạch cầu tụ điện cân bằng, khi đĩ 1 3 C2 C4 C1 C3 - Ngược lại nếu thì Q5 = 0 ( hoặc U5 = 0 , VM = VN ) C2 C4 Bài 1: C Cho bộ tụ điện mắc như hình vẽ bên: 1 M C2 Chứng minh rằng nếu cĩ: A B C C C C 1 3 Hoặc 1 2 C2 C4 C3 C4 Thì khi K đĩng hay K mở, điện dung của bộ tụ đều khơng thay đổi C3 N K C4 Bài 2: : Cho mạch tụ như hình, biết: C1 = 6  F, C2 =4  F, C3 = 8  F, C4 = 6  F, C5 = 2  F. Hãy tính điện dung của bộ 7
5. - Cĩ thể tích cho tụ điện một điện tích lớn nhất là bao nhiêu để tụ khơng bị đánh thủng? -10 -10 Bài 2: hai tụ điện cĩ điện dung lần lượt C 1 = 5.10 F và C2 = 15.10 F, được mắc nối tiếp với nhau. Khoảng cách giữa hai bản của mỗi tụ điện là d = 2mm. Điện trường giới hạn của mỗi tụ Egh = 1800V. Tính hiệu điện thế giới hạn của bộ tụ. Ugh=4,8V Bài 3 Ba tụ điện cĩ điện dung C1=0,002  F; C2=0,004  F; C3=0,006  F được mắc nối tiếp thành bộ. Hiệu điện thế đánh thủng của mỗi tụ điện là 4000 V.Hỏi bộ tụ điện trên cĩ thể chịu được hiệu điện thế U=11000 V khơng? Khi đĩ hiệu điện thế đặt trên mỗi tụ là bao nhiêu? ĐS: Khơng. Bộ sẽ bị đánh thủng; U1=6000 V; U2=3000 V; U3=2000 V Bài 4 Một bộ tụ gồm 5 tụ điện giống hệt nhau nối tiếp mỗi tụ cĩ C=10 F được nối vào hđt 100 V 1) Hỏi năng lượng của bộ thay đổi ra sao nếu 1 tụ bị đánh thủng 2) Khi tụ trên bị đánh thủng thì năng lượng của bộ tụ bị tiêu hao do phĩng điện. Tìm năng lượng tiêu hao đĩ. Bài 5: Hai tụ cĩ C1=5F, C2=10F; Ugh1=500V, Ugh2=1000V;.Ghép hai tụ điện thành bộ. Tìm hiệu điện thế giới hạn của bộ tụ điện nếu hai tụ: a.Ghép song song b.Ghép nối tiếp DẠNG V:NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TRƯỜNG Bài 1:tụ phẳng khơng khí tích điện rồi ngắt khỏi nguồn. Hỏi năng lượng của tụ thay đổi thế nào khi nhúng tụ vào điện mơi cĩ ε =2. (giảm một nửa) Bài 2: Một tụ điện cĩ điện dung C 1 = 0,2F, khoảng cách giữa hai bản là d 1 = 5cm được nạp điện đến hiệu điện thế U = 100V. a. Tính năng lượng của tụ điện. (W=10-3J) b. Ngắt tụ ra khỏi nguồn điện. Tính độ biến thiên năng lượng của tụ khi dịch hai bản gần lại -3 cịn cách nhau d2 = 1cm. (ΔW=0,8.10 J) Bài 3: Tụ phẳng cĩ S = 200cm 2, điện mơi là bản thủy tinh dày d = 1nn, ε = 5, tích điện dưới hiệu điện thế U = 300V. Rút bản thủy tinh khỏi tụ. Tính độ biến thiên năng lượng của tụ và cơng cần thực hiện. Cơng này dùng để làm gì? Xét trong các trường hợp: a. Tụ được ngắt khỏi nguồn. (1,593.10-4J) b. Tụ vẫn nối với nguồn. (3,18.10-5J) Bài 4: Hai tụ điện phẳng khơng khí giống nhau cĩ điện dung C mắc song song và được tích đến hiệu điện thế U rồi ngắt khỏi nguồn. Hai bản của một tụ cố định, cịn hai bản của tụ kia cĩ thể chuyển động tự do.Tìm vận tốc của các bản tự do tại thời điểm mà khoảng cách giữa chúng giảm đi một nửa. Biết khối lượng của mỗi bản tụ là M, bỏ qua tác dụng của trọng lực. C ĐS: v U 3M Bài 5: Tụ phẳng khơng khí C=10-10 F, được tích điện đến hiệu điện thế U=100V rồi ngắt khỏi nguồn. Tính cơng cần thực hiện để tăng khoảng cách hai bản tụ lên gấp đơi? ĐS: 5.10-7J Bài 6 : Tụ phẳng khơng khí C=6.10-6 F được tích đến U=600V rồi ngắt khỏi nguồn. a.Nhúng tụ vào chất điện mơi cĩ ε = 4 ngập 2/3 diện tích mỗi bản. Tính hiệu điện thế của tụ? 9