Giải SBT Vật lí 11 Kết nối mới Bài tập cuối chương III

III.1. Đối với điện trường xung quanh một điện tích điểm Q đặt trong chân không, độ lớn của vectơ cường độ điện trường tại một điểm M không phụ thuộc vào

A. vị trí của điểm M.

B. dấu của điện tích Q.

C. độ lớn của điện tích Q.

D. khoảng cách từ điểm M đến điện tích điểm Q.

Trả lời:

Đáp án đúng: B

Đối với điện trường xung quanh một điện tích điểm Q đặt trong chân không, độ lớn của vectơ cường độ điện trường tại một điểm M không phụ thuộc vào dấu của điện tích Q.

$E=\frac{|Q|}{4\pi\varepsilon_{o}r^{2}}$

III.2. Một điện tích q bay vào trong một điện trường đều theo phương vuông góc với đường sức điện. Trong suốt quá trình chuyển động, thế năng điện của điện tích đó

A. luôn giảm dần.

B. luôn không đổi.

C. luôn giảm dần nếu q > 0 và luôn tăng dần nếu q < 0.

D. luôn giảm dần nếu q < 0 và luôn tăng dần nếu q > 0.

Trả lời:

Đáp án đúng: A

Một điện tích q bay vào trong một điện trường đều theo phương vuông góc với đường sức điện. Trong suốt quá trình chuyển động, thế năng điện của điện tích đó luôn giảm dần.

III.3. Dọc theo đường sức điện của một điện tích âm được đặt trong chân không, điện thể sẽ

A. giảm dần khi đi từ điện tích ra xa vô cùng. 

B. tăng dần khi đi từ điện tích ra xa vô cùng.

C. luôn không đổi vì các điểm nằm trên cùng một đường sức điện.

D. lúc đầu tăng lên sau đó giảm dần khi đi từ điện tích ra xa vô cùng. 

Trả lời:

Đáp án đúng: B

Dọc theo đường sức điện của một điện tích âm được đặt trong chân không, điện thể sẽ tăng dần khi đi từ điện tích ra xa vô cùng.

III.4. Hai tụ điện có điện dung lần lượt $C_{1} = 2\mu F, C_{2} = 3\mu F$ ghép song song. Mắc bộ tụ điện đó vào hai cực của nguồn điện có hiệu điện thế U = 60V. Điện tích của các tụ điện là:

A. $Q_{1} = 120.10^{- 6} C$ và $Q_{2} = 180.10^{- 6} C$.

B. $Q_{1} = Q_{2} = 72.10^{- 6} C$.

C. $Q_{1} = 3.10^{- 6} C$ và $Q_{2} = 2.10^{- 6} C$.

D. $Q_{1} = Q_{2} = 300.10^{- 6}$ C

Trả lời:

Đáp án đúng: A

Điện tích của tụ điện 1 là: $Q_{1}=C_{1}U=2.10^{-6}.60=120.10^{-6}$ (C)

Điện tích của tụ điện 2 là: $Q_{2}=C_{2}U=3.10^{-6}.60=180.10^{-6}$ (C)

III.5. Quạt điện nhà bạn A bị hỏng chiếc tụ điện như Hình III.1 và cần được thay thế. Cửa hàng đồ điện có một số loại tụ điện đang bán như sau:

(a): 2 µF - 300 V;

(b): 2,5 µF - 300 V;

(d): 1,5 µF - 250 V;

(c): 2,5 μF - 100 V;

(e): 1 μF - 250 V.

Bạn A có thể chọn phương án mua nào để thay cho tụ hỏng?

A. Tụ điện (a).

B. Tụ điện (b) hoặc tụ điện (c) đều được.

C. Tụ điện (c).

D. Tụ điện (b) hoặc mua tụ điện (d) và tụ điện (e) về ghép song song với nhau.

Trả lời:

Đáp án đúng: D

Ta thấy tụ điện hỏng có thông số: $2,5\mu F – 250 V$

Nên ta có thể chọn tụ điện có điện dung bằng 2,5 µF và hiệu điện thế lớn hơn hoặc bằng 250 V hoặc với phương án ghép các tụ điện lại với nhau.

Phương án tụ điện (b) phù hợp với điều kiện

Khi ghép song song 2 tụ điên (d) và (c) ta thu được bộ tụ có thông số: $2,5\mu F – 250 V$

III.6. Để mô tả điện thế trong không gian người ta còn dùng các mặt đẳng thế. Mặt đẳng thế là các mặt được vẽ trong không gian sao cho điện thế của các điểm trên mặt đẳng thể là bằng nhau, vectơ pháp tuyến của mặt đẳng thế được chọn hướng theo chiều tăng của điện thế.

a) Chứng minh rằng công của lực điện trong sự dịch chuyển các điện tích bên trong mặt đẳng thể luôn bằng 0.

b) Chứng tỏ rằng vectơ pháp tuyến của mặt đẳng thế tại mỗi điểm cùng phương và ngược chiều với vectơ cường độ điện trường tại điểm đó.

Trả lời:

a) Với hai điểm lân cận M và N bất kì trên mặt đẳng thế, luôn có cùng điện thế nên công dịch chuyển một điện tích q giữa hai điểm luôn bằng không. Điều đó có nghĩa là vectơ lực điện $\overrightarrow{F}$ tác dụng lên một điện tích q nằm trên mặt đẳng thế sẽ vuông góc với mặt đẳng thế nên công của lực điện trong sự dịch chuyển các điện tích bên trong mặt đẳng thể luôn bằng 0.

b) Chiều vectơ cường độ điện trường tại mỗi điểm trên mặt đẳng thế hướng theo chiều giảm của điện thế nên nó sẽ ngược chiều với vectơ pháp tuyến của mặt đẳng thế tại điểm đó.

Phương của vectơ cường độ điện trường tại mỗi điểm trên mặt đẳng thế cùng phương với vectơ lực điện tác dụng lên một điện tích q tại điểm đó, tức là sẽ cùng phương với vectơ pháp tuyến của mặt đẳng thế tại điểm đó.

Kết luận: vectơ pháp tuyến của mặt đẳng thế tại mỗi điểm cùng phương và ngược chiều với vectơ cường độ điện trường tại điểm đó.

III.7. a) Hãy nêu đặc điểm của mặt đẳng thế trong điện trường đều. Vẽ hình minh hoạ. 

b) Hãy nêu đặc điểm của mặt đẳng thế trong điện trường của một điện tích điểm dương.

Trả lời:

a) Trong điện trường đều, các điểm có cùng điện thế sẽ có cùng khoảng cách đến mốc tính thể năng (bản cực âm chẳng hạn) do đó mặt đẳng thế trong điện trường đều là các mặt phẳng vuông góc với đường sức điện.

b) Điện trường của một điện tích điểm dương có tính đối xứng cầu. Mặt đẳng thế của nó là những mặt cầu có tâm là điện tích điểm dương, có vectơ pháp tuyến hướng vào tâm mặt cầu vì nó ngược chiều với vectơ cường độ điện trường.

III.8. Một nhóm học sinh nghiên cứu cơ chế lái tia điện tử của bản lái tia trong máy dao động kí. Họ phát hiện rằng khi electron đi qua bản lái tia không chỉ thay đổi phương của chuyển động mà còn được tăng tốc. Tụ điện phẳng được dùng để khảo sát có khoảng cách giữa hai bản tụ d = 1 cm được mắc vào nguồn không đổi hiệu điện thế U = 12 V. Trong một thị nghiệm, khi cho một electron với vận tốc có độ lớn Vo = 200 000 m/s đi vào điện trường giữa hai bản tụ tại điểm M nằm chính giữa hai bản tụ và đi ra khỏi điện trường tại điểm N cách bản cực âm 4,9 mm như Hình III.2. Hãy xác định độ lớn vận tốc của electron khi đi ra khỏi điện trường.

Trả lời:

Điện trường giữa hai bản tụ điện trong thí nghiệm có độ lớn bằng: 

$E = \frac{U}{d}$

Công của lực điện trong dịch chuyển của electron từ điểm M đến điểm N bằng 

$A = qEd' = q\frac{U}{d}d'$

Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng với kí hiệu W là động năng, ta có:

$W_{N} = A + W_{M} = q \frac{U}{d} d'+ W_{M}$

$\Leftrightarrow \frac{m_{e}v^{2}_{N}}{2}=q\frac{U}{d}d’+\frac{m_{e}v_{o}^{2}}{2}$

$\Leftrightarrow v_{N}=\sqrt{\frac{2}{m_{e}}q\frac{U}{d}d’+v_{o}^{2}}=286 702$ (m/s)

III.9. Việc thay đổi vận tốc của electron khi qua bản lái tia như nghiên cứu ở Bài III.8 có làm ảnh hưởng đến sự hiển thị tín hiệu trên màn huỳnh quang do thứ tự hiển thị tín hiệu có thể bị đảo lộn hay không? hãy giải thích.

Trả lời:

Cần chú ý rằng tín hiệu vào sẽ đặt lên hiệu điện thế của bản lái tia làm biến đổi giá trị của U một cách liên tục, làm cho độ tăng của vận tốc electron khi qua điện trường cũng thay đổi liên tục.

Dựa vào kết quả của Bài III.8, chúng ta có thể giảm thiểu ảnh hưởng của sự thay đổi vận tốc khi qua bản lái tia bằng cách điều chỉnh vận tốc ban đầu $v_{o}$ tới một giá trị phù hợp để giảm tỉ lệ thay đổi của vận tốc.

Ngoài ra, ta cũng có thể điều chỉnh giảm độ lớn của hiệu điện thế U đặt vào bản lái tia sẽ thu được kết quả tương tự như cách làm trên.

III.10. Một máy hàn bu – lông dùng hiệu điện thế 220 V không đổi có bộ tụ điện với điện dung C = 0,09 F.

a) Tính năng lượng mà bộ tụ điện của máy hàn trên có thể tích được. 

b) Máy hàn trên có thể phóng điện giải phóng hoàn toàn năng lượng mà bộ tụ điện đã tích được trong khoảng thời gian từ 0,2 s đến 1 s. Hãy tính công suất phóng điện tối đa của máy hàn đó.

Trả lời:

a) Năng lượng mà bộ tụ điện của máy hàn trên có thể tính được là: 

$W=\frac{CU^{2}}{2}=\frac{0,09.220^{2}}{2}=2178$ (J).

b) Công suất phóng điện tối đa của máy hàn đó là:

$P=\frac{W}{t_{min}} = \frac{2178}{0,2}=10 890$ (W).