Ôn tập kiến thức vật lí 11 cánh diều bài 3: Điện thế, hiệu điện thế, tụ điện

[toc:ul]

I. THẾ NĂNG CỦA ĐIỆN TÍCH TRONG ĐIỆN TRƯỜNG

1. Công của lực điện trường

Di chuyển một điện tích dương q một đoạn d dọc theo đường sức trong điện trường đều có cường độ E giữa hai bản tích điện song song, từ phía bản tích điện âm về phía bản tích điện dương.

Vì lực cùng phương với độ dịch chuyển nên công mà ta thực hiện bằng và ngược dấu với công mà lực điện tác dụng lên điện tích dương q và có độ lớn là

A = Fd = qEd

2. Thế năng điện

Thế năng của một điện tích q trong điện trường đều đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường đều khi đặt điện tích q tại điểm ta xét.

Người ta lấy thế năng của một điện tích trong điện trường bằng công mà điện trường sinh ra khi làm dịch chuyển điện tích từ điểm đang xét đến điểm mốc tính thế năng.

Đối với một điện tích q dương ở điểm M trong điện trường đều ta có:

W$_{M}$ = A = qEd

Trả lời Câu hỏi 1 (SGK – tr76)

Vì thế năng tỉ lệ thuận với khoảng cách theo công thức W$_{M}$ = A = qEd.

Trả lời Câu hỏi 2 (SGK – tr76)

Thế năng của một điện tích trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi đặt điện tích tại điểm đang xét. Mốc tính thế năng điện là nơi mà lực điện hết khả năng sinh công (ở xa vô cùng).

Trả lời Câu hỏi 3 (SGK – tr76)

Công của lực điện dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ điểm đang xét ra vô cùng có độ lớn bằng với công thực hiện để dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ vô cùng về điểm đang xét nhưng trái dấu

II. ĐIỆN THẾ VÀ HIỆU ĐIỆN THẾ

1. Điện thế

Trả lời Câu hỏi 4 (SGK – tr77)

Điện thế tại một điểm trong điện trường đặc trưng cho điện trường tại điểm đó và thế năng, được xác định bằng công của lực điện dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ điểm đang xét ra xa vô cùng.

$V_{M}=\frac{A_{M\infty }}{q}$

Đơn vị đo điện thế là vôn, kí hiệu là V.

2. Hiệu điện thế

Hiệu điện thế giữa hai điểm M, N trong điện trường đặc trưng cho khả năng sinh công của điện trường khi di chuyển từ M đến N, được xác định bằng công của lực điện làm dịch chuyển một đơn vị điện tích dương từ điểm M đến điểm N

$U_{MN}=\frac{A_{MN}}{q}$

Đơn vị hiệu điện thế cũng là vôn. Vôn là hiệu điện thế giữa hai điểm mà khi di chuyển điện tích q = 1C từ điểm này đến điểm kia thì lực điện sinh công là 1J.

3. Liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế

Xét hai điểm M và N trên đường sức của một điện trường đều, ta có:

$E=\frac{U_{MN}}{d}$

với d = MN.

Trả lời Luyện tập 1 (SGK – tr78)

a) Hiệu điện thế giữa hai điểm A và B là 2kV.

b) Cường độ điện trường giữa hai bản tụ cũng chính là cường độ điện trường tại mọi điểm phía trong bản tụ (vì đây là điện trường đều).

$E=\frac{U}{d}=\frac{2000}{0,25}=8000V/m$

c) Lực điện tác dụng lên điện tích đặt tại C

F = qE = 5.10$^{-6}$.8000 = 0,04 N

III. TỤ ĐIỆN

1. Khái niệm về tụ điện

Tụ điện là một dụng cụ chứa điện tích và có nhiều tác dụng.

Một hệ hai vật dẫn ở gần nhau, ngăn cách với nhau bằng một lớp chất cách điện, được gọi là chất điện môi, tạo nên một tụ điện. Mỗi vật dẫn đó được gọi là một bản của tụ điện.

Để tích điện cho tụ điện, nối hai bản tụ với hai cực của một nguồn điện. Khi tụ điện đã được tích điện, độ lớn của mỗi điện tích trên mỗi bản được gọi là điện tích của tụ điện.

2. Điện dung của tụ điện

Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện ở một hiệu điện thế nhất định và được xác định bằng thương số giữa điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản:

$C=\frac{Q}{U}$

Trong đó, Q là độ lớn điện tích trên mỗi bản của tụ điện và U là hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện.

Đơn vị của điện dung là fara, kí hiệu là F.

Trong thực tế, fara là một đơn vị lớn. Rất ít tụ điện có điện dung 1 F. Thường dùng các ước của fara: microfara (μF), nanofara (nF) hoặc picofara (pF).

Với: 1 μF = 10$^{-6}$ F, 1 nF = 10$^{-9}$ F, 1 pF = 10$^{-12}$ F.

3. Điện dung của bộ tụ điện ghép song song

• Các tụ điện trong bộ đều có cùng hiệu điện thế giữa hai cực: U = U$_{1}$ = U$_{2}$
• Điện tích của bộ tụ là: Q = Q$_{1}$ + Q$_{2}$
• Điện dung tương đương của bộ tụ điện là: C = C$_{1}$ + C$_{2}$ +…+ C$_{n}$

Trả lời Ví dụ (SGK – tr80)

(Tham khảo lời giải trong SGK)

4. Điện dung của bộ tụ điện ghép nối tiếp

• Hiệu điện thế của bộ tụ điện ghép nối tiếp là: U = U$_{1}$ + U$_{2}$
• Điện tích của bộ tụ là: Q = Q$_{1}$ = Q$_{2}$
• Điện dung tương đương C của bộ gồm n tụ điện ghép nối tiếp được xác định bằng: $\frac{1}{C}=\frac{1}{C_{1}}+\frac{1}{C_{2}}+...+\frac{1}{C_{n}}$

Trả lời Ví dụ (SGK – tr81)

(Tham khảo lời giải trong SGK)

5. Năng lượng của tụ điện

Năng lượng của tụ điện là:

$W=\frac{1}{2}QU=\frac{1}{2}CU^{2}=\frac{Q^{2}}{2C}$

Trong đó, Q được đo bằng cu lông (C), U được đo bằng vôn (V), C được đo bằng fara (F) và W được đo bằng jun (J).

Trả lời Câu hỏi 5 (SGK – tr82)

Tụ điện có năng lượng vì khi tụ điện tích điện, trong tụ điện có điện trường. Năng lượng của tụ điện chính là năng lượng của điện trường trong tụ điện.

6. Tìm hiểu một số ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống

Các nội dung chính của một báo cáo gồm: tên báo cáo, tên người thực hiện, mục đích, dụng cụ và phương pháp, kết quả và thảo luận, kết luận.

Tìm hiểu ứng dụng tụ điện

Gợi ý: Tụ điện có khả năng phóng nạp và nạp xả nên có thể sử dụng được trong mạch điện xoay chiều và khi mắc với các động cơ sẽ tạo ra dòng điện lớn trong một khoảng thời gian rất nhỏ giúp động cơ hoạt động ngay lập tức.