Hướng dẫn giải nhanh vật lí 11 CTST bài 14: Tụ điện

I. ĐIỆN MÔI TRONG ĐIỆN TRƯỜNG

Thảo luận 1 trang 87 sgk vật lý 11 ctst

Liệt kê một số vật liệu có tính cách điện trong đời sống.

Đáp án:

Nhựa, cao su, sứ, thủy tinh,.... là những vật liệu cách điện

II. TỤ ĐIỆN 

Thảo luận 2 trang 88 sgk vật lý 11 ctst

Dựa vào cấu tạo của tụ điện ở Hình 14.4, hãy cho biết tụ điện có cho dòng điện một chiều đi qua không.

Đáp án:

Tụ điện không cho dòng điện một chiều đi qua.

Luyện tập trang 90 sgk vật lý 11 ctst

Xét một tụ điện được tích điện. Khi thay đổi điện dung của tụ, hiệu điện thế và điện tích của tụ có thay đổi không trong các trường hợp sau?

a) Tụ vẫn còn được mắc vào nguồn điện một chiều.

b) Tụ đã được tháo ra khỏi nguồn điện trước khi thay đổi điện dung.

Đáp án:

a) Hiệu điện thế U giữa hai bản tụ không thay đổi vì hiệu điện thế đó bằng hiệu điện thế của nguồn điện một chiều mà tụ mắc vào nhưng điện tích Q = CU thay đổi.

b) Vì tụ đã tháo khỏi nguồn nên điện tích Q của tụ không đổi hiệu điện thế giữa hai bản tụ là U=Q/C thay đổi. 

Vận dụng trang 90 sgk vật lý 11 ctst

Dựa vào sách, báo, internet, em hãy trình bày ngắn gọn vai trò của tụ điện trong màn hình cảm ứng điện dung của thiết bị điện thoại.

Đáp án:

Màn hình cảm ứng điện dung sử dụng tấm kính có lớp phủ ion kim loại để tăng hiển thị ánh sáng lên đến hơn 90%. Lớp phủ ion kim loại này tạo ra một mạng lưới các tụ điện trên bề mặt màn hình. Khi tay người hoặc các vật có điện chạm vào màn hình, các tụ điện này sẽ mất điện tích, và hệ thống màn hình sẽ phát hiện sự thay đổi này và thực hiện các thao tác theo ý người dùng. Màn hình cảm ứng điện dung rất nhạy và có thể nhận biết nhiều điểm cùng lúc, thường được sử dụng trong điện thoại di động và máy tính bảng. Tuy nhiên, loại màn hình này không hoạt động tốt khi sử dụng với đồ cứng hoặc khi đeo găng tay.

III. GHÉP TỤ ĐIỆN

Thảo luận 3 trang 91 sgk vật lý 11 ctst

Xét hai tụ điện có cùng điện dung lần lượt được mắc nối tiếp và song song để tạo ra hai bộ tu điện khác nhau. Hãy so sánh điện dung của hai bộ tụ điện trên với điện dung của mỗi tụ điện thành phần.

Đáp án:

Điện dung của bộ tụ ghép nối tiếp nhỏ hơn điện dung thành phần.

Điện dung của bộ tụ ghép song song bằng tổng điện dung thành phần.

Luyện tập trang 91 sgk vật lý 11 ctst

Xét mạch điện như Hình 14.9. Biết hiệu điện thế giữa hai điểm A, B bằng 6V và điện dung của hai tụ điện lần lượt là C1=2μF và C2=4μF. Xác định hiệu điện thế và điện tích trên mỗi tụ điện. Giả sử ban đầu các tụ chưa tích điện. 

Đáp án:

Điện dung của bộ tụ là: 1/$C_{b}$ = 1/$C_{1}$ + 1/$C_{2}$ = 1/2+1/4

⇒ $C_{b}$ = 4/3μF

=> Q = $Q_{1}$ = $Q_{2}$ = CU = 6.4/3.10$^{−6}$ = 8.10$^{−6}$C

=> $U_{1}$ = Q/$C_{1}$ = (8.10$^{−6}$) : (2.10$^{−6}$ )  = 4V

 $U_{2}$ = Q/$C_{1}$ = (8.10$^{−6}$) : (4.10$^{−6}$ )  = 2V

Vận dụng trang 92 sgk vật lý 11 ctst

Quan sát Hình 14.10 và cho biết:

a) Giá trị điện dung của tụ điện.

b) Ý nghĩa các thông số trên tụ điện.

 Đáp án:

a) C = 4700μF

b) 

- 50 V: hiệu điện thế giới hạn của tụ. Đây là hiệu điện thế tối đa mà tụ có thể chịu được. Nếu vượt quá giá trị này tụ sẽ bị hỏng.

- 4700μF: giá trị điện dung của tụ

Bài tập 1 trang 92 sgk vật lý 11 ctst

Xét tụ điện như Hình 14.10.

a) Tính điện tích cực đại mà tụ có thể tích được.

b) Muốn tích cho tụ điện một điện tích là 4,8.10$^{−4}$ C thì cần phải đặt giữa hai bản tụ một hiệu điện thế là bao nhiêu? 

Đáp án:

a) Qmax = C.U = 4700.10−6.50 = 0,235C

b) Để tích cho tụ điện một điện tích là 4,8.10−4 C:

$U_{1}$ = $Q_{1}$/C = $\frac{4,8.10^{-4}}{4700.10^{-6}}$ = 0,102V

Bài tập 2 trang 92 sgk vật lý 11 ctst

Hai tụ điện có điện dung lần lượt là C1 =0,5 μF và C2 =0,7 μF được ghép song song rồi mắc vào nguồn điện có hiệu điện thế U < 60 V thì một trong hai tụ có điện tích 35 μC. Tính hiệu điện thế U của nguồn và điện tích của tụ còn lại.

 Đáp án:

Bộ tụ ghép song song => $C_{b}$ = $C_{1}$+$C_{2}$ = 0,5+0,7 = 1,2μF

TH1: Nếu tụ $C_{1}$ có điện tích 35 μC thì hiệu điện thế của tụ điện 1 là 

$U_{1}$= $Q_{1}$/$C_{1}$ = (35.10$^{−6}$ ) / (0,5.10$^{−6}$ ) = 70V > 60V

⇒ Không thỏa mãn điều kiện đề bài

TH2: Nếu tụ $C_{2}$ có điện tích 35 μC thì hiệu điện thế của tụ điện 2 là 

$U_{2}$ = $Q_{2}$/$C_{2}$ =  (35.10$^{−6}$ ) / (0,7.10$^{−6}$ ) = 50V < 60V

⇒ Thỏa mãn điều kiện đề bài

⇒ Tụ điện $C_{2}$ có điện tích $Q_{2}$=35μC và hiệu điện thế $U_{2}$=50V

Hiệu điện thế của nguồn và của tụ $C_{1}$ là: U=$U_{1}$=$U_{2}$=50V

• $Q_{1}$=$C_{1}$.$U_{1}$=0,5.50=25μF

Điện tích của nguồn là: Q = $Q_{1}$+$Q_{2}$ = 25+35 = 60μF

Bài tập 3 trang 92 sgk vật lý 11 ctst

Một electron chuyển động với vận tốc đầu 4.107 m / s vào vùng điện trường đều theo Cho các tụ điện $C_{1}$ = $C_{2}$ = $C_{3}$ = $C_{4}$ =3,3 μF được mắc thành mạch như Hình 14P.1. Xác định điện dung tương đương của bộ tụ.

Đáp án:

Ta có: ($C_{1}$//C3) nt ($C_{2}$//C4)

$C_{13}$=$C_{1}$+$C_{3}$=6,6μF

$C_{24}$=$C_{2}$+$C_{4}$=6,6μF

Điện dung tương đương của bộ tụ là $C_{b}$ = $\frac{C_{13}.C_{24}}{C_{13}+C_{24}}$ = 3.3μF