Giải SBT Vật lí 11 Chân trời bài 14: Tụ điện

A. TRẮC NGHIỆM

Câu 14.1 (B): Đại lượng nào đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện?

A. Hiệu điện thế giữa hai bản tụ

B. Hàng số điện môi

C. Cường độ điện trường bên trong tụ

D. Điện dung của tụ điện.

Trả lời:

Đáp án đúng D

Đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện là điện dung của tụ điện

Câu 14.2 (B): Chọn từ/cụm từ thích hợp trong bảng dưới đây để điền vào các chỗ trống.

- Các chất điện môi chứa ít hoặc không có hạt mang điện tự do, không cho (1)... chạy qua Mỗi chất điện môi được đặc trưng bởi (2)..., kí hiệu là $\varepsilon $

– Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng (3)... của tụ, phụ thuộc vào (4)... của tụ điện và (5)... vào hiệu điện thế giữa hai bản tụ.

Trả lời:

Đáp án đúng 

- Các chất điện môi chứa ít hoặc không có hạt mang điện tự do, không cho (1) điện tích chạy qua Mỗi chất điện môi được đặc trưng bởi (2) hằng số điện môi, kí hiệu là $\varepsilon $

– Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng (3) tích điện của tụ, phụ thuộc vào (4) cấu tạo của tụ điện và (5) không phụ thuộc vào hiệu điện thế giữa hai bản tụ.

Câu 14.3 (B): Ghép nối tiếp hai tụ điện có điện dung lần lượt là $C_{1}$ và $C_{2}$, (với $C_{1}$ > $C_{2}$) thành một bộ tụ có điện dung C. Sắp xếp đúng là

A.C < $C_{2}$ < $C_{1}$

B.C < $C_{1}$ < $C_{2}$ 

C. $C_{2}$ < C < $C_{1}$

D. $C_{2}$ < $C_{1}$ < C

Trả lời:

Đáp án đúng A

Sắp xếp đúng là C < $C_{2}$ < $C_{1}$

Câu 14.4 (B): Trên vỏ một tụ điện có ghi 1000 $\mu $F – 63 V. Điện tích tối đa có thể tích cho tụ có giá trị là

A. 0,63 C.

B. 0,063 C.

C. 63 C.

D. 63 000 C.

Trả lời:

Đáp án đúng B

Điện tích tối đa có thể tích cho tụ có giá trị là

$Q_{max}=C.U_{max}= 1000.10^{-6}.63=0,063$ C

Câu 14.5 (H): Hệ nào sau đây có thể coi tương đương như một tụ điện?

A. Hai bản bằng đồng đặt song song rồi được nhúng vào trong dung dịch muối ăn.

B. Hai quả cầu kim loại đặt gần nhau trong không khí.

C. Hai tấm thuỷ tinh đặt song song rồi được nhúng vào trong nước cất.

D. Hai quả cầu bằng mica đặt gần nhau trong chân không.

Trả lời:

Đáp án đúng B

B. TỰ LUẬN

Bài 14.1 (B): Các thông số được ghi trên các tụ điện trong Hình 14.1 cho biết điều gì?

Trả lời:

Các thông số được ghi trên các tụ điện trong Hình 14.1 cho biết

Tụ điện 1: điện dung 1000 $\mu $F; Hiệu điện thế giới hạn: 10V

Tụ điện 2: điện dung 0,1 $\mu $F; Hiệu điện thế giới hạn: 10V

Bài 14.2 (B): Có nhận định cho rằng: “Để giảm điện dung của một tụ điện bất kỉ thì ta chỉ cần tăng hiệu điện thế giữa hai bản của tụ điện đó”. Em hãy cho biết nhận định trên là đúng hay sai. Vì sao?

Trả lời:

Nhận định trên là sai vì điện dung của một tụ điện chỉ phụ thuộc vào cấu tạo của tụ điện mà không phụ thuộc vào hiệu điện thế giữa hai bản tụ

Bài 14.3 (H): Nối hai bản của tụ điện 1 với hai cực của một nguồn điện không đổi thì hiệu điện thế giữa hai bản tụ là U và điện tích của tụ là Q. Ngắt tụ điện 1 khỏi nguồn, sau đó nối hai bản của tụ điện 1 với hai bản của tụ điện 2 giống hệt tụ điện 1. Hãy cho biết hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện 1 thay đổi như thế nào nếu ban đầu tụ điện 2 không tích điện.

Trả lời:

Vì hai tụ điện giống hệt nhau nên khi mắc hai bản của tụ điện 1 với hai bản của tụ điện 2 thì điện tích từ tụ điện 1 sẽ chuyển dời qua tụ điện 2 đến khi điện tích hai tụ bằng nhau. Do đó, diện tích của tụ điện 1 sẽ giảm đi một nửa, dẫn đến hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện 1 sẽ giảm đi một nửa do điện dung không thay đổi.

Bài 14.4 (H): Một tụ điện phẳng không khi được nối với hai cực của một nguồn điện không đổi để tích điện. Khi ngắt tụ điện ra khỏi nguồn điện rồi đưa vào giữa hai bản tụ một lớp điện môi có hằng số điện môi lớn hơn 1 thì điện dung, điện tích trên bản tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản tụ thay đổi như thế nào?

Trả lời:

Khi đưa vào giữa hai bản tụ không khí một lớp điện môi thi hằng số điện môi tăng lên nên điện dung tụ điện tăng, dẫn đến hiệu điện thế giữa hai bản tụ giảm đi do điện tích tụ điện không thay đổi.

Bài 14.5 (H): Điện dung của một tụ điện phẳng thay đổi như thế nào nếu tăng diện tích của hai bản tụ nhưng phần diện tích đối diện S giữa hai bản vẫn được giữ không đổi?

Trả lời:

Điện dung không thay đổi vì điện dung của tụ điện phẳng phụ thuộc vào phần diện tích đối diện Ý giữa hai bản chứ không phụ thuộc diện tích mỗi bản tụ điện

Bài 14.6 (VD): Trong một ngày giông bão, xét một đảm máy tích điện mang lượng điện tích âm có độ lớn 30 C đang ở độ cao 35 km so với mặt đất. Giả sử đám mây này có dạng đĩa tròn với bản kinh 0,8 km; xem như đảm máy và mặt đất tương đương với hai bản của một “tụ điện” phẳng với lớp điện môi giữa hai bản là không khí. Cho biết điện dung của tụ điện phẳng có thể được xác định bằng công thức:

C=$\frac{\varepsilon S}{4\pi kd}$

Trong đó, k=$9.10^{9} \frac{Nm^{2}}{C^{2}}$

$\varepsilon $ là hằng số điện môi của lớp điện môi giữa hai bản tụ ($\varepsilon \approx 1$ với không khí).

S ($m^{2}$) là diện tích của bản tụ

d (m) là khoảng cách giữa hai bản tụ

a) Xác định giá trị điện dung C của “tụ điện” nổi trên

b) Xác định cường độ điện trưởng trong khoảng giữa đám mây và mặt đất. Giả sử điện trường trong vùng không gian này là điện trường đều

Trả lời:

Điện dung của tự điện là:

C=$\frac{\varepsilon S}{4\pi kd}$

=$\frac{1\pi (0,8.10^{3})^{2}}{4\pi 9.10^{9}(35.10^{3})}=5,1.10^{-10}$F

Hiệu điện thế giữa hai bản tụ là: 

U=$\frac{Q}{C}=\frac{30}{5,1.10^{-10}}=5,9.10^{10}$ V

Cường độ điện trường trong khoảng giữa đám mây và mặt đất là:

E=$\frac{U}{d}=\frac{5,9.10^{10}}{35.10^{3}}=1,7.10^{6}$ V/m

Bài 14.7 (VD): Trong một số bản phim máy tính, mỗi nút bấm được gắn với một tụ điện phẳng hai bản song song (có mô hình minh hoạ như Hình 14.2).

Khi giá trị điện dung của tụ điện thay đổi, máy tinh sẽ ghi nhận tín hiệu tương ứng với ký tự trên bản phim. Bản kim loại phía trên của tụ được gắn chặt với nút bấm và có thể di chuyển mỗi khi nhấn nút. Tụ điện nói trên được nổi với mạch điện ngoài nên hiệu điện thế giữa hai bản tụ được duy trì ở một giá trị không đổi U= 5 V. Trước khi gõ phím, khoảng cách giữa hai bản tụ là 2 mm, khi đỏ tụ điện có điện dung là 0,81 pF. Biết rằng điện dung của tụ tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa hai bản tụ. Khi gõ nút bấm đi xuống một đoạn 1,5 mm thì điện tích của tụ điện sẽ tăng hay giảm một lượng bao nhiêu?

Trả lời:

Điện tích của tụ trước khi gõ là:

$Q_{1}=C_{1}.U_{1}=(0,81.10^{-12}).5=4,05.10^{-12}$ C

Gọi điện dung của tụ điện sau khi gõ là $ C_{2}$. Vì điện dung của tụ điện tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa hai bản tụ nên:

$\frac{C_{2}}{C_{1}}=\frac{d_{1}}{d_{2}}$

=> $C_{2}=C_{1}.\frac{d_{1}}{d_{2}}$

= $0,81.\frac{2}{2-1,5}=3,24$ pF

Điện tích của tụ sau khi gõ là:

$Q_{2}=C_{2}.U_{2}=(3,24.10^{-12}).5=1,62.10^{-11}$ C

Điện tích của tụ điện tăng một lượng:

$\Delta Q=Q_{2}-Q_{1}=1,62.10^{-11}-4,05.10^{-12}=1,22.10^{-11}$ C

Bài 14.8 (VD): Cho các tụ điện với điện dung $C_{1}$ = $C_{4}$=3 $\mu $F, $C_{2}$= $C_{3}$=6 $\mu $E, ban đầu không tích điện được nối với nhau theo sơ đồ như Hình 14.3. Sau đó mắc hai điểm A, B của mạch điện trên vào nguồn điện không đổi có hiệu điện thế $U_{AB}$ = 180 V. Tính hiệu điện thế $U_{CD}$

Trả lời:

$C_{12}\frac{C_{1}C_{2}}{C_{1}+C_{2}}=\frac{3.6}{3+6}=2\mu$ F

$C_{34}\frac{C_{3}C_{4}}{C_{3}+C_{4}}=\frac{6.3}{6+3}=2\mu$ F

Điện tích trên từng bản tụ:

$Q_{12}=Q_{1}=Q_{2}=U_{AB}C_{12}=180(2.10^{-6})=3,6.10^{-4}$ C

$Q_{34}=Q_{3}=Q_{4}=U_{AB}C_{34}=180(2.10^{-6})=3,6.10^{-4}$ C

Hiệu điện thế giữa hai bản tụ $ C_{1}$ là:

$U_{1}=\frac{Q_{1}}{C_{1}}=\frac{3,6.10^{-4}}{3.10^{-6}}$=120V

Hiệu điện thế giữa hai bản tụ $ C_{3}$ là:

$U_{3}=\frac{Q_{3}}{C_{3}}=\frac{3,6.10^{-4}}{6.10^{-6}}$=60V

Hiệu điện thế $U_{CD}$ là:

$U_{CD}=U_{CA}+U_{AD}=-U_{3}+U_{1}=-60+120=60$ V