Giải bài tập SGK Vật lý 11 Bài 6: Tụ điện

Tụ điện là gì? Tụ điện phẳng có cấu tạo như thế nào?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần quan sát thực tế và nắm lý thuyết vật lý về tụ điện và cấu tạo của tụ điện phẳng.

Hướng dẫn giải

• Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện. Nó dùng để chứa điện tích.

• Tụ điện được dùng phổ biến là tụ điện phẳng. Cấu tạo của tụ điện phẳng gồm hai bản kim loại phẳng đặt song song với nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp điện môi.

Làm thế nào để tích điện cho tụ điện? Người ta gọi điện tích của tụ điện là điện tích của bản nào?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần nắm lý thuyết vật lý về cách để tích điện cho tụ điện.

Hướng dẫn giải

• Muốn tích điện cho tụ điện, người ta nối hai bản của tụ điện với hai cực của nguồn điện.

• Bản nối cực dương sẽ tích điện dương, bản nối cực âm sẽ tích điện âm.

Điện dung của tụ điện là gì?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần nắm lý thuyết vật lý về điện dung của tụ điện.

Hướng dẫn giải

• 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.

• Nó được xác định bằng thương số của điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản của nó:  \(C = \frac{Q}{U}\)     

• Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng: \(C = \frac{{\varepsilon .S}}{{{{9.10}^9}.4\pi .d}}\)

Với S là phần diện tích đối diện giữa 2 bản.

Năng lượng của một tụ điện tích điện là dạng năng lượng gì?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần nắm lý thuyết vật lý về năng lượng của một tụ điện tích điện.

Hướng dẫn giải

Năng lượng của một tụ điện tích điện là dạng năng lượng của điện trường trong tụ điện và có biểu thức là: \({\rm{W}} = \frac{{{Q^2}}}{{2C}}\)

Gọi Q, C, U là điện tích, điện dung và hiệu điện thế giữa hai bản của một tụ điện. Phát biểu nào dưới đây là đúng?

A. C tỉ lệ thuận với Q.

B. C tỉ lệ nghịch với U.

C. C phụ thuộc vào Q và U.

D. C không phụ thuộc vào Q và U.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên nắm được lý thuyết vật lý về tụ điện. Mỗi tụ điện đều có một điện dung nhất định. Nên điện dung chỉ phụ thuộc vào cấu tạo của tụ điện.

Hướng dẫn giải

Điện dung C của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện ở một hiệu điện thế nhất định.

Điện dung C không phụ thuộc vào Q và U.

⇒ Chọn đáp án D

Trong trường hợp nào sau đây, ta không có một tụ điện?

Giữa hai bản kim loại là một lớp:

A. Mica

B. Nhựa pôliêtilen

C. Giấy tẩm dung dịch muối ăn

D. Giấy tẩm parafin

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần nắm lý thuyết vật lý về tụ điện: giữa hai bản tụ là môt lớp cách điện.

Hướng dẫn giải

Giữa hai bản kim loại là một lớp giấy tẩm dung dịch muối ăn thì ta sẽ không có tụ điện.

⇒ Chọn đáp án C

Trên vỏ tụ điện có ghi \(20 \mu F - 200 V\).

a) Nối hai bản của tụ điện với một hiệu điện thế 120 V. Tính điện tích của tụ điện.

b) Tính điện tích tối đa mà tụ điện có thể tích được.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần nắm hiểu được các đại lượng trong công thức tính điện tích và điện tích tối đa của tụ điện.

Hướng dẫn giải

a) Điện tích của tụ điện là: 

\(Q{\rm{ }} = {\rm{ }}CU{\rm{ }} = {\rm{ }}{24.10^{ - 4}}C\)

b) Điện tích tối đa của tụ điện là: 

\({Q_{max}} = {\rm{ }}C.{U_{max}} = {\rm{ }}{4.10^{ - 3}}C\)

Tích điện cho một tụ điện có điện dung \(20 \mu F\) dưới hiệu điện thế 60 V. Sau đó tháo tụ điện ra khỏi nguồn.

a) Tính điện tích q của tụ.

b) Tính công mà điện trường trong tụ điện sinh ra khi phóng điện tích \(\Delta q = 0,001q\) từ bản dương sang bản âm.

c) Xét lúc điện tích của tụ điện chỉ còn q/2. Tính công mà điện trường trong tụ điện sinh ra khi phóng điện tích \(\Delta q\) như trên từ bản dương sang bản âm lúc đó.

Phương pháp giải

Đây là dạng bài tích điện cho một tụ điện  dưới hiệu điện thế cho trước, đề bài yêu cầu ta tính toán 1 số đại lượng chưa biết bằng cách áp dụng công thức.

Cách giải :

- Ta tiến hành giải theo các bước như sau:

• Bước 1: Tính điện tích q của tụ theo công thức: \(q =C.u\)

• Bước 2: Tính công mà điện trường trong tụ điện sinh ra theo công thức: \(A = \Delta q.U\)

• Bước 3: Tính công mà điện trường trong tụ điện khi điện tích của tụ điện chỉ còn  q/2.

Hướng dẫn giải

 a) Điện tích của q: \(q =C.u = 12.10^{-4} C\)

b) Vì lượng điện tích rất nhỏ, nên điện tích và đo đó cả hiệu điện thế giữa hai bản tụ coi như không thay đổi. Công của lực điện sinh ra sẽ là:

\(A = \Delta q.U = 72.10^{-6} J\).

c) Điện tích của tụ giảm một nửa thì hiệu điện thế giữa hai đầu bản tụ cũng giảm một nửa.

U' = U/2 = 30 V       
⇒ \(A' = \Delta q.U' = 36.10^{-6} J.\)