Bài tập Vật lí lớp 11 về Tụ điện – năng lượng tụ điện

Chia sẻ: Ho Thi Mai Truc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

536
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài tập Vật lí lớp 11 về Tụ điện – năng lượng tụ điện những câu hỏi được biên soạn sát với chương trình học đồng thời kèm theo đáp án sẽ giúp các bạn củng cố tốt hơn kiến thức môn Vật lí lớp 11. Mời các bạn tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài tập Vật lí lớp 11 về Tụ điện – năng lượng tụ điện

Thầy Nguyễn Văn Dân – Long An – 0975733056 TỤ ĐIỆN – NĂNG LƯỢNG TỤ ĐIỆN Khối 11 nâng cao 2014 – 2015 Thầy Nguyễn Văn Dân biên soạn ============== Chủ đề 1: Cấu tạo tụ điện Điện dung Q (Đơn vị là F, với mF = 10-3 F; μF = 10-6 F ; nF = 10-9 F ) U Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng:  .S C . Với S là phần diện tích đối diện giữa 2 bản. 9.10 9.4 .d Ghi chú : Với mỗi một tụ điện có 1 hiệu điện thế giới hạn nhất định, nếu khi sử dụng mà đặt vào 2 bản tụ hđt lớn hơn hiệu điện thế giới hạn thì điện môi giữa 2 bản bị đánh thủng. +C= Bài 1. Một tụ điện có điện dung 500 pF được mắc vào 2 cực của 1 máy phát điện có hiệu điện thế 220V. Tính điện tích của tụ điện. ĐS: 11.10-8 (C) Bài 2. Hai bản của tụ điện phẳng có dạng hình tròn bán kính R=60 cm,khoảng cách giữa 2 bản là 2 mm. Giữa 2 bản là không khí. a) Tính điện dung của tụ điện b) Có thể tích cho tụ điện đó một điện tích lớn nhất là bao nhiêu để tụ điện không bị đánh thủng. Biết cđđt lớn nhất mà không khí chịu được là 3.106 V/m . Hiệu điện thế lớn nhất giữa 2 bản tụ là bao nhiêu? ĐS: a. 5.10-9F; b. 6.103V; 3.10-5C Bài 3. Tụ phẳng có các bản hình tròn bán kính 48 cm, khoảng cách và hiệu điện thế 2 bản là 4 cm và 100 V. Giữa 2 bản là không khí. Tính điện tích tụ điện. ĐS: Q3 = 16.10-9 (C). Bài 4. Cho 1 tụ điện phẳng mà 2 bản có dạng hình tròn bán kính 2cm và đặt trong không khí. Hai bản cách nhau 2mm. a/ Tính điện dung của tụ điện. b/ Có thể đặt 1 hiệu điện thế lớn nhất là bao nhiêu vào 2 bản tụ điện đó? Cho biết điện trường đánh thủng đối với không khí là 3.106 V/m. ĐS: a. 5,56 pF; b. 6.104 (V) Bài 5. Một tụ điện phẳng được mắc vào 2 cực của 1 nguồn điện có hiệu điện thế 50 V. Ngắt tụ điện ra khỏi nguồn rồi kéo cho khoảng cách của 2 bản tụ điện tăng gấp 2 lần. Tính hiệu điện thế của tụ điện đó. ĐS: 100 (V) Bài 6. Một tụ điện có điện dung 24 nF được tích điện đến hiệu điện thế 450 V thì có bao nhiêu electron di chuyển đến bản tích điện âm của tụ điện ? ĐS: 6,75.1013 hạt Bài 7. Một tụ điện phẳng có điện dung 7 nF chứa đầy điện môi. Diện tích mỗi bản bằng 15 cm 2 và khoảng cách giữa 2 bản bằng 1.10-5 m. Hỏi hằng số điện môi của chất điện môi trong tụ điện ? ĐS: 5,28 Bài 8. Một tụ điện phẳng có các bản tụ hình tròn bán kính r= 10cm khoảng cách giữa hai bản tụ là d =1cm . Hiệu điện thế giữa hai bản tụ là U = 108V. Giữa hai bản là không khí. Tìm điện tích của tụ điện. Nếu lấp đầy hai bản tụ bằng điện môi có hằng số điện môi là 7 thì điện tích của tụ thay đổi như thế nào? Đ/S: 3.10-9 C Bài 9. Hai tụ điện không khí phẳng có điện dung là C1= 0,2 F và C2= 0,4 F mắc song song. Bộ được tích điện đến hiệu điện thế U=450V rồi ngắt khỏi nguồn. Sau đó lấp đầy hai bản tụ điện C2 bằng điện môi có hằng số điện môi là 2. Tính điện thế của bộ tụ và điện tích của mỗi tụ Đ/S: 270V; 5,4.10-5C và 2,16.10-5C Bài 10. Tụ điện phẳng không khí C = 2pF. Nhúng chìm một nửa vào trong điện môi lỏng   3 . Tìm điện dung của tụ điện nếu khi nhúng, các bản đặt : a) Thẳng đứng b) Nằm ngang Thầy Nguyễn Văn Dân – Long An – 0975733056 Đ/S: a) 4pF; b)3pF Bài 12. Hiệu điện thế giữa 2 bản của một tụ điện phẳng là U=300 V. Một hạt bụi nằm cân bằng giữa 2 bản của tụ điện và cách bản dưới của tụ d1=0,8 cm. Hỏi sau bao lâu hạt bụi sẽ rơi xuống bản dưới của tụ nếu hiệu điện thế giữa 2 bản giảm đi 60 V ĐS: 0,09 s Bài 13. Một e chuyển động dọc theo đường sức của một điện trường đều có cường độ 364 V/m. e xuất phát từ điểm M với vận tốc 3,2. 106 m/s,Hỏi: a. e đi được quãng đường dài bao nhiêu thì vận tốc của nó bằng 0 ? b. Sau bao lâu kể từ lúc xuất phát e trở về điểm M ? Đ s: 0,08 m, 0,1 s. Bài 14. Một e được bắn với vận tốc đầu 2. 10-6 m/s vào một điện trường đều theo phương vuông góc với đường sức điện. Cường độ điện trường là 100 V/m. Tính vận tốc của e khi nó chuyển động được 10 -7 s trong điện trường. Điện tích của e là –1,6. 10-19C, khối lượng của e là 9,1. 10-31 kg. Đ s: F = 1,6. 10-17 N. a = 1,76. 1013 m/s2  vy = 1, 76. 106 m/s, v = 2,66. 106 m/s. Chủ đề 2: Mạch tụ điện Cách mắc : Điện tích Hiệu điện thế Điện dung Ghi chú GHÉP NỐI TIẾP GHÉP SONG SONG Bản thứ hai của tụ 1 nối với bản thứ nhất của Bản thứ nhất của tụ 1 nối với bản thứ nhất tụ 2, cứ thế tiếp tục của tụ 2, 3, 4 … QB = Q1 = Q2 = … = Qn QB = Q1 + Q2 + … + Qn UB = U1 + U2 + … + Un UB = U1 = U2 = … = Un CB = C1 + C2 + … + Cn 1 1 1 1 ... CB C1 C2 Cn CB < C1 , C 2 … Cn CB > C1 , C 2 , C3 Bài 1. Hai tụ điện có điện dung C1 = 0,4 µF, C2 = 0,6 µF ghép song song với nhau. Mắc bộ tụ điện đó vào nguồn điện có hiệu điện thế U < 60 V thì một trong 2 tụ điện đó có điện tích bằng 3.10-5 C. Tính : a/ Hiệu điện thế U; b/ Điện tích của tụ điện kia. ĐS: a. 50 (V); b. 2.10-5 C Bài 2. Điện dung của 3 tụ điện ghép nối tiếp nhau là C1= 20pF, C2= 10pF, C3= 30pF. Tính điện dung của bộ tụ điện đó. ĐS: 60/11 pF Bài 3. Cho một số tụ điện giống nhau có điện dung là C0= 3 F .Nêu cách mắc dùng ít nhất các tụ điện trên để mắc thành bộ tụ có điện dung là C= 5 F . Vẽ sơ đồ cách mắc này? C2 C2 Bài 4. Cho bộ tụ điện như hình vẽ sau đây: C2= 2C1; UAB= 16V. Tính UMB ĐS: 4 (V) A Bài 5. Một bộ gồm 3 tụ điện ghép song song C1= C2= ½ C3. Khi C1 C1 C1 được tích điện bằng nguồn có hiệu điện thế 45V thì điện tích của bộ B tụ bằng 18.10-4 C. Tính điện dung của các tụ điện. ĐS: C1 = C2 = 100 µF; C3 = 20 μF Bài 6. Hai tụ điện có điện dung C1= 2 µF, C2= 3 µF được mắc nối tiếp. a/ Tính điện dung của bộ tụ điện. b/ Tích điện cho bộ tụ điện bằng nguồn điện có hiệu điện thế 50 V. Tính điện tích và hiệu điện thế của các tụ điện trong bộ. ĐS: a. C1 = 1,2 μF; Q1 = Q2 = 6.10-5 (C); U1 = 30 (V); U1 = 20 (V). Bài 7. Tính điện dung của bộ tụ điện, điện tích và hiệu điện thế của mỗi tụ trong các trường hợp sau đây: C1 C1 C2 C3 C1 C2 C3 M Thầy Nguyễn Văn Dân – Long An – 0975733056 a) C1=2 μF; C2 = 4 μF; C3 = 6 b) C1 = 1 μF; C2= 1,5 μF C3 = 3 μF; U = 120V c) C1=0,25 μF; C2=1 μF C3 = 3 μF; μF; U = 100V U = 12V ĐS: C=12 μF; U1 = U2= U3 = Đ/S: C = 0,5 μF; U1 = 60V; U2 = 100V; Q1 = 2.10-4 C; Q2= 4.10-4C 40V; U3 = 20V; Q1 = Q2 = Q3 = Đ/S: C=1 μF; U1 =12V; U2 = 9 V Q3 = 6.10-4C 6.10-5 C U3 = 3V; Q1=3.10-6 C; Q2 = Q3= 910-6 C Bài 8. Bốn tụ điện được mắc thành bộ theo sơ đồ như hình bên. C1= 1 µF ; C2= C3= 3 µF. Khi nối hai điểm M, N với nguồn điện thì tụ điện C1 có điện tích Q1= 6 µC và cả bộ tụ điện có điện tích Q= 15,6 µC. Hỏi : a/ Hiệu điện thế đặt vào bộ tụ điện ? b/ Điện dung của tụ điện C4 ? ĐS: a. U = 8 (V); b. C4 = 2 µF Bài 9. Có 3 tụ điện C1= 3 nF, C2= 2 nF, C3= 20 nF được mắc như hình bên. Nối bộ tụ điện với 2 cực một nguồn điện có hiệu điện thế 30 V. a/ Tính điện dung của cả bộ, điện tích và hiệu điện thế trên các tụ điện. C1 C2 M N C3 C4 C1 C3 C2 b/ Tụ điện C1 bị “đánh thủng”. Tìm điện tích và hiệu điện thế trên 2 tụ điện còn lại. ĐS: a. C = 4 μF; Q3 = 12.10-8 (C); Q2 = 4,8.10-8 (C); Q1 = 7,2.10-8 (C); U3 = 6 (V); U1 = U2 = 24 (V). b. U2 = 0 (V); U3 = 30 (V); Q2 = 0; Q3 = 6.10-7 (C). Bài 10. Tụ điện phẳng gồm 2 bản tụ hình vuông cạnh a = 20cm đặt cách nhau d = 1 cm. Chất điện môi giữa 2 bản là thủy tinh có ε = 6. Hiệu điện thế giữa 2 bản U = 50 V. a/ Tính điện dung của tụ điện. b/ Tính điện tích của tụ điện. c/ Tính năng lượng của tụ điện. Tụ điện này có dùng là nguồn điện được không ? ĐS: a. C = 100/471 nF; b. Q3 = 10,6.10-9 (C); c. W = 0,265 (μJ) Bài 11. Tụ điện phẳng không khí có điện dung C= 2pF được tích điện ở hiệu điện thế U= 600V a) Tính điện tích của tụ điện b) Ngắt tụ ra khỏi nguồn, đưa hai bản tụ ra xa để khoảng cách giữa hai bản tụ tăng gấp đôi. Tính điện dung của tụ, điện tích của tụ và hiệu điện thế giữa hai bản tụ c) Vẫn nối tụ với nguồn, đưa hai bản tụ ra xa để khoảng cách giữa hai bản tụ tăng gấp đôi. Tính điện dung của tụ, điện tích của tụ và hiệu điện thế giữa hai bản tụ Đ/S: a) 1,2.10-9C; b) 1pF; 1,2.10-9C; 1200V; c) 1pF; 0,6.10-9C; 600V. Bài 12. Tụ phẳng không khí có điện dung C= 500pF được tích điện đến hiệu điện thế U= 300V. a/ Tính điện tích Q của tụ. b/ Ngắt tụ điện khỏi nguồn. Nhúng tụ vào chất điện môi lỏng có  = 2. Tính điện dung C1, điện tích Q1, hiệu điện thế U1 của tụ lúc đó. c/ Vẫn nối tụ điện với nguồn. Nhúng tụ điện vào chất điện môi lỏng  = 2. Tính C2, Q2, U2 của tụ khi đó. ĐS: a. Q = 150.10-9 (C); b. C1 = 1 nF; Q1 = 150.10-9 (C); U1 = 150 (V); c. C2 = 1 nF; Q2 = 300.10-9 (C); U2 = 300 (V). Bài 13. Tụ phẳng không khí điện dung C= 2 pF tích điện ở hiệu điện thế U= 600 V. a/ Tính điện tích Q của tụ. b/ Ngắt tụ ra khỏi nguồn, đưa 2 bản tụ ra xa để khoảng cách tăng 2 lần. Tính C1, Q1, U1 của tụ. Thầy Nguyễn Văn Dân – Long An – 0975733056 c/ Vẫn nối tụ với nguồn, đưa 2 bản tụ ra xa để khoảng cách tăng 2 lần. Tính C2, Q2, U2 của tụ. ĐS: a. Q = 1,2.10-9 (C); b. C1 = 1 pF; Q1 = 1,2.10-9 (C; U1 = 1200 (V); c. C2 = 1 pF; Q2 = 0,6.10-9 (C); U2 = 600 (V). Bài 14. Tụ phẳng có điện tích mỗi bản là S= 100cm2, khoảng cách giữa 2 bản d= 1mm, giữa 2 bản là không khí. Tìm hiệu điện thế tối đa có thể đặt vào 2 bản tụ và điện tích cực đại mà tụ có thể tích được. Biết điện trường giới hạn đối với không khí là 3.106 V/m. ĐS: Umax = 3000 (V); Qmax = 26,55.10-8 (C) Bài 15. Hai tụ điện có điện dung và hiệu điện thế giới hạn C1= 5 µF, U1gh = 500 V, C2 = 10 µF, U2gh = 1000 V. Ghép 2 tụ điện thành bộ. Tìm hiệu điện thế giới hạn của bộ tụ điện nếu hai tụ : a/ Ghép song song. b/ Ghép mối tiếp. ĐS: a. Umax = 500 (V); b. Umax = 750 (V) Bài 16. Ba tụ điện có điện dung lần lượt là: C1=1  F; C2=2  F; C3 =3  F có thể chịu được các hiệu điện thế lớn nhất tương ứng là: 1000V;200V; 500V. Đem các tụ điện này mắc thành bộ C3 C1 C2 1) Với cách mắc nào thì bộ tụ điện có thể chịu được hiệu điện thế lớn nhất 2) Tính điện dung và hiệu điện thế của bộ tụ điện đó ĐS: C1nt(C2//C3); 1200 V; 5/6  F Bài 17. Cho mạch điện như hình vẽ (in trong bài 16): C1 = 6 µF, C2 = 3 µF, C3 = 18 µF, UAB = 18 V. Tính Cbộ và điện tích mỗi tu. ĐS: C = 20 µF; b. Q1 = 3,6.10-6 (C); Q2 = 3,6.10-6 (C); Q3 = 32,4.10-6 C1 (C). Bài 18. Cho mạch điện :C1 = 1 µF, C2 = 2 µF, C3 = 3 µF, C4 = 4 µF, UAB = 100V. Tính Cbộ và điện tích mỗi tụ. ĐS: C = 2,4 µF; b. Q1 = 3,6.10-6 (C); Q2 = 3,6.10-6 (C); Q3 = 32,4.10-6 (C); Q4 = 2,4.10-4 (C). Bài 19. Cho mạch điện: C1 = 2 µF, C2 = 3 µF, C3 = 4 µF,C4 = 6 µF, UAB = 1400 V. Tính : a/ Cbộ. b/ Điện thế và hiệu điện thế mỗi tụ. ĐS: C = 15/14 µF; b. Q1 = Q2 = 15.10-4 (C); Q3 = 6.10-4 (C); Q4 = 9.104 (C); U1 = 750 (V); U2 = 500 (V); U3 = U4 = 150 (V). Bài 20. Cho mạch điện : C1 = C3 = C5 = 1µF, C2 = 4µF, C4 = 1,2µF, UAB = 30 V. Tính: a/ Điện dung của bộ tụ. b/ Điện tích và hiệu điện thế mỗi tụ. ĐS: C = 1,72 µF; b. Q1 = Q2 = 9,6.10-5 (C); Q3 = 1,2.10-5 (C); Q4 = 2,16.10-5 (C); Q5 = 3.10-5 (C); U1 = 9,6 (V); U2 = 2,4 (V); U3 = 12 (V); U4 = 18 (V); U5 = 30 (V) Bài 21. Cho bộ tụ điện: C1 = 3 µF, C2 = 6 µF, C3 = C4 = 4µF, C5 = 8 µF, U = 900 V. Tính Hiệu điện thế giữa 2 điểm AB. ĐS: UAB = - 100 (V) C2 C4 C3 C3 C1 C2 C4 C2 C4 + C5 C1 C3 C1 A C2 C3 B C4 Bài 22: Cho bộ tụ mắc như hình vẽ với C1 = 1 µF; C2 = 3 µF; C3 = 6 µF; C4 = 4 µF; UAB = 20 (V). Tính điện dung bộ tụ; điện tích và hiệu điện thế mỗi tụ nếu a. K mở; b. K đóng ĐS: a. C =3,15 µF; Q1 = Q2 = 15 (μC); Q3 = Q4 = 48 (μC); U1 = 15 (V); U2 = 5 (V); U3 = 8 (V); U4 = 12 (V). C5 C1 M C2 B A C3 N C4 Thầy Nguyễn Văn Dân – Long An – 0975733056 b. C =3,5 µF; Q1 = 10 (μC); Q2 = 30 (μC); Q = 60 (μC); Q4 = 40 (μC); U1 = U3 = U2 = U4 = 10 (V). Bài 23: Cho boä tuï nhö hình veõ: C1 = 2  F; C2 = 3  F; C3 = 6  F; C4 = 12  F; UAB = 80 V. Tính: C C1 M 2 a. naêng löôïng cuûa boä tuï CAB ? A B b. hieäu ñieän theá giöõa M vaø N ? Ñs: 5,33 V. C3 N C4 Bài 24: Cho C1 = 1  F; C2 = 3  F; C3 = 4  F; C4 = 2  F; UAB = 24 V. a. Tính điện tích của các tụ khi K mở. b. Tìm điện lượng qua khóa K khi K đóng và cho biết electron đi từ M đến N hay ngược lại. Đs: 18  C; 32  C; 10  C ; từ M đến N. Bài 25: Hai tụ điện có điện dung lần lượt C1 = 5.10-10F và C2 = 15.10-10F, được mắc nối tiếp với nhau. Khoảng cách giữa hai bản của mỗi tụ điện là d = 2mm. Điện trường giới hạn của mỗi tụ Egh = 1800V. Tính hiệu điện thế giới hạn của bộ tụ. Ugh=4,8V Bài 26: Ba tụ điện có điện dung C1=0,002  F; C2=0,004  F; C3=0,006  F được mắc nối tiếp thành bộ. Hiệu điện thế đánh thủng của mỗi tụ điện là 4000 V.Hỏi bộ tụ điện trên có thể chịu được hiệu điện thế U=11000 V không? Khi đó hiệu điện thế đặt trên mỗi tụ là bao nhiêu? ĐS: Không. Bộ sẽ bị đánh thủng; U1=6000 V; U2=3000 V; U3=2000 V Chủ đề 3: Năng lượng tụ điện - Năng lượng của tụ điện: W QU . 2 C.U 2 2 Q2 2C - Năng lượng điện trường: Năng lượng của tụ điện chính là năng lượng của điện trường trong tụ điện. - Tụ điện phẳng W .E 2 .V 9.109.8. - Mật độ năng lượng điện trường: w W V E2 k8 Bài 1. Tụ điện không khí có d = 5 mm; S = 100 cm2. Nhiệt lượng do tụ tỏa ra khi phóng điện là 4,19.10-3 (J). Tìm hiệu điện thế khi nạp điện? ĐS: 21,7 (kV) Bài 2. Bộ tụ điện trong 1 chiếc đèn chụp ảnh có điện dung 750 µF được tích điện đến hiệu điện thế 330 V. a/ Xác định năng lượng mà đèn tiêu thụ trong mỗi lần đèn lóe sáng. b/ Mỗi lần đèn lóe sáng tụ điện phóng điện trong thời gian 5 ms. Tính công suất phóng điện trung bình của tụ? ĐS: a. 40,8 (J); b. 8,16 (mW) Bài 3. Một tụ điện có điện dung C= 2 µF được tích điện, điện tích của tụ là 103 µC. Nối tụ điện đó vào bộ ác qui có suất điện động E =50V. Bản tích điện dương nối với cực dương. Hỏi khi đó năng lượng của bộ ác qui tăng lên hay giảm đi? Tăng hay giảm bao nhiêu? ĐS: giảm 0,2475 (J) Bài 4. Một bộ tụ gồm 5 tụ điện giống hệt nhau nối tiếp mỗi tụ có C = 0,2 µF. Bộ được tích điện với năng lượng của bộ là 2.10-4 (J). Tính hiệu điện thế mỗi tụ? ĐS: 20 (V) Bài 5. Tụ điện C1= 0,5 µF được tích điện đến hiệu điện thế U1= 90V rồi ngắt tụ ra khỏi nguồn. Sau đó tụ C1 được nối song song với tụ C2 = 0,4 µF chưa tích điện. Tính năng lượng của tia lửa điện phát ra khi nối hai tụ với nhau. Đ/S: 900 μJ Bài 6: Tụ phẳng không khí tích điện rồi ngắt khỏi nguồn. Hỏi năng lượng của tụ thay đổi thế nào khi nhúng tụ vào điện môi có ε =2.