(SKKN 2022) PHÂN LOẠI và KINH NGHIỆM GIẢI các bài tập tụ điện TRONG CHƯƠNG TRÌNH vật lí 11 GIÚP ôn THI HSG và ôn THI tốt NGHIỆP THPT

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT CẨM THỦY SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI PHÂN LOẠI VÀ KINH NGHIỆM GIẢI CÁC BÀI TẬP TỤ ĐIỆN TRONG CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ 11 GIÚP ƠN THI HSG VÀ ÔN THI TỐT NGHIỆP THPT Người thực hiện: Lê Thế Thắng Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc môn: Vật lí THANH HỐ NĂM 2022 MỤC LỤC NỘI DUNG Mở đầu 1.1 Lí chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm giải pháp sử dụng để giải vấn đề 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường Kết luận, kiến nghị 3.1 Kết luận 3.2 Kiến nghị TRANG 3 3 3 27 27 27 27 1- MỞ ĐẦU 1.1 Lí chọn đề tài: Mỗi mơn học chương trình phổ thơng có vai trị quan trọng việc hình thành phát triển lực học sinh Mơn Vật lí môn khoa học thực nghiệm, môn học khơng dễ với học sinh THPT Vấn đề khó không mặt kiến thức lý thuyết vật lí bao quát, trừu tượng, chi phối nhiều tượng liên quan đến đời sống ngày mà khó việc giải tập vật lí Trong đề thi HSG, thi Tốt nghiệp THPT phần tập thường chiếm tỉ lệ từ 50% - 60% Trong chương trình Vật lí phổ thơng phần tụ điện phần liên quan trực tiếp đến kỳ thi HSG thi TN THPT, tập phần tụ điện phong phú đa dạng, nhiều tập khó Để học sinh có kiến thức bao quát định hướng phương pháp giải dạng tập tụ điện xin nêu chuyên đề ôn tập “ Phân loại kinh nghiệm giải dạng tập tụ điện chương trình Vật lí 11 giúp ôn thi HSG thi TN THPT" 1.2 Mục đích nghiên cứu: Mục đích sáng kiến phân loại dạng tập tụ điện đưa pháp giải dạng tập phạm vi chương trình vật lí phổ thơng, giúp học sinh dễ dàng bao quát dạng tập định hướng cách giải để ôn tập 1.3 Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu đề tài kiến thức phần tụ điện, dạng tập liên quan phương pháp giải dạng tập 1.4 Phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu tài liệu: Đọc tài liệu tham khảo liên quan đến đề tài, tổng hợp dạng tập, xây dựng phương pháp giải - Thực nghiệm sư phạm: Hướng dẫn học sinh ôn tập theo nội dung đề tài, sau cho học sinh làm khảo sát để đánh giá mức độ hiểu vận dụng học sinh 2- Nội dung sáng kiến kinh nghiệm: 2.1 Cơ sở lí luận sáng kiến kinh nghiệm: Lý thuyết tụ điện I Tụ điện - Định nghĩa: Tụ điện hệ hai vật dẫn đặt gần ngăn cách lớp chất cách điện Mỗi vật dẫn tụ - Tụ điện phẳng: Gồm hai kim loại phẳng có kích thước lớn, đặt đối diện song song cách điện với - Điện tích tụ: Là điện tích dương tụ II Điện dung tụ điện Công thức định nghĩa điện dung tụ điện: C= Q U * Đơn vị điện dung Fara (F) Fara điện dung tụ điện mà đặt vào hai tụ điện hiệu điện V hiệu điện tích C µF * Đổi đơn vị: = 10–6F; 1nF = 10–9F ;1 pF =10–12F Công thức điện dung: tụ điện phẳng theo cấu tạo: C= ε 0ε S ε S = d 4π k.d Với S diện tích đối diện hai tụ, cách hai tụ ε số điện môi, d khoảng Bộ tụ ghép : Cách mắc : Điện tích Hiệu điện Điện dung Đặc biệt GHÉP NỐI TIẾP Bản thứ hai tụ nối với thứ tụ 2, tiếp tục QB = Q1 = Q2 = … = Qn UB = U1 + U2 + … + Un GHÉP SONG SONG Bản thứ tụ nối với thứ tụ 2, 3, … QB = Q1 + Q2 + … + Qn UB = U1 = U2 = … = Un 1 1 = + + + C B C1 C Cn CB = C1 + C2 + … + Cn * Nếu có n tụ giống mắc nối tiếp : * Nếu có n tụ giống mắc song : QAB = nQ1 ; Cb = nC1 Cb = C1 n U = nU1 ; * Mạch mắc nối tiếp mạch phân chia hiệu điện Lưu ý U1 = C2 Q C1 + C2 C1 Q C1 + C2 Q1 = Q2 = Q - Q1 CB > C1, C2, C3 U2 = U – U1 Ghi * Mạch mắc song song mạch phân điện tích : CB < C1, C2 … Cn Năng lượng tụ điện: Tụ điện tích điện tích luỹ lượng dạng lượng điện trường bên lớp điện môi W= Q2 2C 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm: Qua thực tế giảng dạy nhiều năm trường THPT Cẩm Thủy 2, nhiều đối tượng học sinh, kết hợp với việc tham khảo ý kiến đồng nghiệp giảng dạy môn, nhận thấy đa số học sinh giải tập tụ điện lúng túng, việc tư cách giải chậm, chưa bao quát dạng tập tụ điện, nhầm lẫn kiến thức số dạng tập 2.3 Các sáng kiến kinh nghiệm giải pháp sử dụng để giải vấn đề: Dựa kiến thức vận dụng để giải toán, chia tập phần tụ điện lớp 11 thành dạng: Bài tập dạng 1: Điện dung, điện tích, hiệu điện thế, lượng tụ phẳng Phương pháp: Áp dụng công thức liên hệ: C= εS 9.109 4π d + Điện dung tụ phẳng: Trong đó: S diện tích phần đối xứng tụ; d khoảng cách hai tụ; ε số điện mơi + Điện tích tụ: Q = C.U + Cường độ điện trường hai tụ: E = U/d Wc = Q CU = 2C + Năng lượng điện trường: Lưu ý: Khi tụ nối với nguồn: U = const Khi tụ ngắt khỏi nguồn: Q = const Hằng số k = 9.109Nm2/C2 Bài tập áp dụng: Ví dụ 1: Một tụ phẳng có hình trịn bán kính 10 cm, khoảng cách hiệu điện thến hai tụ cm; 10 V Giữa hai khơng khí Tìm điện tích tụ điện Hướng dẫn: Ta có điện dung tụ điện Điện tích tụ Q = CU = 2,78.10-11.108 = 3.10-9 C Ví dụ 2: Một tụ điện phẳng khơng khí có điện dung 500 pF tích điện đến hiệu điện 300 V a) Ngắt tụ khỏi nguồn, nhúng vào chất điện mơi lỏng có số điện môi Hiệu điện thế, lượng điện trường hai tụ điện bao nhiêu? b) Vẫn nối tụ với nguồn, nhúng vào chất điện môi lỏng Hiệu điện thế, lượng điện trường hai tụ bao nhiêu? Hướng dẫn: a) Khi đặt khơng khí điện tích tụ là: Q = CU = 500.10-12.300 = 1,5.10-7 C Ngắt tụ khỏi nguồn nhúng vào chất điện mơi thì: - Điện tích tụ khơng đổi Q’ = Q = 1,5.10-7 C - Điện dung tụ tăng - Hiệu điện tụ lúc là: - Năng lượng lòng tụ: b) Vẫn nối tụ với nguồn nhúng vào chất điện mơi thì: - Hiệu điện tụ không đổi: U’ = U = 300 V - Điện dung tụ tăng: - Điện tích tích tụ tăng : Q = C’U’ = 300.10-9 C - Năng lượng lịng tụ tăng: Ví dụ 3: Tụ điện phẳng khơng khí điện dung 2pF tích điện hiệu điện 600 V a) Tính điện tích Q tụ b) Ngắt tụ khỏi nguồn, đưa hai tụ xa để khoảng cách tăng gấp Tính C 1, Q1, U1, W1 tụ c) Vẫn nối tụ với nguồn, đưa hai tụ xa để khoảng cách tăng gấp lần Tính C2, Q2, U2 tụ Hướng dẫn: a) Điện tích tụ: Q = CU = 2.10-2.600 = 1,2.10-9 C b) Khi ngắt tụ khỏi nguồn: điện tích tụ không đổi nên Q1 = Q = 1,2.10-9 C Điện dung tụ điện: Hiệu điện tụ điện: c) Khi nối tụ với nguồn điện: hiệu điện hai tụ không đổi: U = U = 600 V Điện dung tụ: Điện tích tụ: Q2 = C2U2 = 10-12.600 = 0,6.10-9 C Ví dụ 4: Hai tụ điện phẳng có dạng hình trịn bán kính 60 cm, khoảng cách 2mm Giữa hai khơng khí Có thể tích điện cho tụ điện điện tích lớn để tụ điện không bị đánh thủng ? Biết điện trường lớn mà không khí chịu 3.105 V/m Hướng dẫn: Điện dung tụ điện Hiệu điện lớn đặt vào hai đầu tụ là: U = Ed = 3.105.0,002 = 600 V Điện tích lớn tụ tích để khơng bị đánh thủng là: Q = CU = 5.10-9.600 = 3.10-6 C Bài tập Câu 1: Một tụ phẳng có hình trịn bán kính 10 cm, khoảng cách hiệu điện hai tụ cm, 108 V Giữa hai khơng khí Điện tích tụ điện A 3.10-7 C B 3.10-10 C C 3.10-8 C D 3.10-9 C Câu 2: Một tụ điện phẳng đặt không khí mắc vào hai cực nguồn điện có hiệu điện 50 V Ngắt tụ điện khỏi nguồn kéo cho khoảng cách hai tụ tăng lên gấp hai lần Hiệu điện tụ điện A 50 V B 25 V C 100 V D 75 V Câu 3: Nối hai tụ điện phẳng với hai cực nguồn điện Sau ngắt tụ điện khỏi nguồn đưa vào hai chất điện mơi có số điện mơi ε Điện dung C, điện U hai tụ điện thay đổi ? A C tăng; U tăng B C tăng; U giảm C C giảm; U giảm D C giảm; U tăng Câu 4: Hai tụ điện phẳng có dạng hình trịn bán kính 60 cm, khoảng cách hai mm Giữa hai khơng khí Điện dung tụ điện A 5.103 pF B 5.104 pF C 5.10-8 F D 5.10-10 F Câu 5: Hai tụ điện phẳng có dạng hình trịn bán kính 60 cm, khoảng cách mm Giữa hai khơng khí Có thể tích điện cho tụ điện điện tích lớn để tụ điện không bị đánh thủng ? Biết điện trường lớn mà không khí chịu 3.105 V/m A 3,0.10-7 C B 3,6.10-6 C C 3.10-6 C D 3,6.10-7 C Câu 6: Cách không dùng để tăng điện dung tụ phẳng khơng khí ? A Thêm lớp điện môi hai B Giảm khoảng cách hai C Tăng khoảng cách hai D Tăng diện tích hai Câu 7: Đối với tụ điện phẳng, tăng số điện môi lên hai lần, giảm khoảng cách d hai tụ cịn nửa so với lúc đầu điện dung tụ A giảm lần B tăng lần C không đổi D tăng lần Câu 8: Một tụ điện phẳng có điện dung 7,0 nF chứa đầy điện mơi Diện tích 15 cm2 khoảng cách hai 10-5 m Hỏi số điện môi chất điện môi tụ điện ? A 5,28 B 2,56 C 4,53 D 3,63 Câu 9: Nếu hiệu điện hai tụ tăng lần điện dung tụ A tăng lần B giảm lần C tăng lần D không đổi Bài tập dạng 2: Ghép tụ điện chưa tích điện Ghép nối tiếp: Ub = U1 + U2 + U3 + Qb = Q1 = Q2 = Q3 = … Ghép song song: Cb = C1 + C2 + … + Cn Ub = U1 = U2 = U3 = … Qb = Q1 + Q2 + Q3 + … Lưu ý: + Nếu tốn có nhiều tụ mắc hỗn hợp, ta cần tìm cách mắc tụ điện mạch tính tốn + Khi tụ điện bị đánh thủng, trở thành vật dẫn (dây dẫn) + Sau ngắt tụ điện khỏi nguồn giữ tụ điện lập điện tích Q tụ khơng thay đổi Ví dụ 1: Một gồm ba tụ ghép song song C1 = C2 = C3/2 Khi tích điện nguồn có hiệu điện 45 V điện tích tụ điện 18.10 -4 C Tính điện dung tụ điện Hướng dẫn: Ta có: Các tụ ghép song song nên Cb = C1 + C2 + C3 = 2C3 → C1 = C2 = 10 μF Ví dụ 2: Cho mạch điện hình vẽ Biết C = μF, C2 = μF, C3 = μF, C4 = μF, UAB = 60 V Tính: a) Điện dụng tụ b) Điện tích hiệu điện thê tụ c) Hiệu điện UMN Hướng dẫn: a) Từ mạch điện suy ra: [(C2 nt C3) // C4] nt C1 + Ta có: b) Ta có: Q = Q1 = Q234 = 1,2.10-4C Suy ra: U4 = U24 = U234 = 40 V + Lại có: Q4 = C4U4 = 4.10-5 C; Q23 = C23U23 = 8.10-5 C = Q2 = Q3 + Do đó: c) Bản A tích điện dương, B tích điện âm Đi từ M đến N qua C theo chiều từ âm sang dương nên: Ví dụ 3: Cho mạch điện hình vẽ Biết C = μF; C3 = μF; C4 = μF Tính Cx để điện dung tụ C = μF A μF B 12 μF C μF Hướng dẫn: Vẽ lại mạch điện ta mạch (Cx // C4) nt (C2 // C3) D μF Ta có C23 = C2 + C3 = 10 μF; Để điện dung tụ C = μF → C4x = Cx + C4 = 10 μF → Cx = 6μF 10 Ví dụ nâng cao: Ví dụ 1: số tụ điện điện dung Co = 3μF Nêu cách mắc dùng tụ để có điện dung 5μF Vẽ sơ đồ cách mắc Hướng dẫn: Bộ tụ có điện dung 5μF > Co → Co mắc song song với C1 → C1 = – = μF C1 = 2μF < Co → C1 gồm Co mắc nối tiếp với C2: → C2 = 6μF Thấy C2 = 6μF = Co + Co → C2 gồm Co mắc song song với Co Vậy phải dùng tụ Co mắc hình vẽ Ví dụ 2: Hai tụ khơng khí phẳng C1 = 0,2 μC, C2 = 0,4 μC mắc song song Bộ tụ tích điện đến hiệu điện U = 450 V ngắt khỏi nguồn Sau lấp đầy khoảng C2 điện môi ε = Tính hiệu điện tụ điện tích tụ Hướng dẫn: Điện dung tụ trước ngắt khỏi nguồn: C = C1 + C2 = 0,2 + 0,4 = 0,6 μF Điện tích tụ: Q = CU = 0,6.10-6.450 = 2,7.10-4 C Điện dung tụ C2 sau lấp đầy điện môi: C2’ = = εC2 = 2.0,4 = 0,8 μF Điện dung tụ sau lấp đầy C2 điện môi: C’ = C1 + C2’ = 0,2 + 0,8 = μF Ngắt tụ khỏi nguồn điện tích khơng đổi: Q’ = Q = 2,7.10-4 C Hiệu điện tụ sau ngắt khỏi nguồn: tụ mắc // nên U1’ = U2’ = 270 V Điện tích tụ C1: Q1’ = C1U1’ = 0,2.10-6.270 = 5,4.10-5 C Điện tích tụ C2: Q2’ = C2’U2’ = 0,8.10-6.270 = 2,16.10-5 C 16 + Với nhừng toán học sinh phần lớn chưa hình dung tụ ghép µ µ µ Ví dụ 8: Cho mạch tụ hình, biết: C1 = F, C2 =4 F, C3 = F, C4 = µ µ F, C5 = F Hãy tính điện dung Hướng dẫn Dấu điện tích tụ điện quy ước hình vẽ: Gọi điện tích tụ q, q = q1 + q3 = q2 + q4 Điện dung tồn mạch là: C = q U Chọn điện nút B 0: VB = ⇒ VA = U Phương trình điện tích nút là: Nút C : q1 = q2 + q5 (1) Nút D : q4 = q3 + q5 (2) Phương trình điện tích tụ điện q1 = C1(VA – VC) = 6U – 6VC q2 = C2 (VC – VB) = 4VC q3 = C3 (VA – VD) = 8U – 8VD q4 = C4( VD - VB) = 5VD q5 C5(VC – VD) = 2VC -2VD Giải hệ gồm phương trình ta được: VC = Từ ta rút : q1 = ⇒ 241 U 44 ⇒ 105 U 44 q3 = q 241 = ≈ 4,8µF U 44 26,5 U 44 , VD = (3) (4) (5) (6) (7) 54 U 88 136 U 44 q= C= Nhận xét : Học sinh chưa thành thạo việc chọn điện nút , viết phương trình điện tích cho nút cơng việc giải hệ cịn han chế Ví dụ 9: Cho mach tụ hình, biết tụ điện có cùn điện dung C Hãy tính điện tích tụ điện Hướng dẫn 17 Dấu điện tích tụ quy ước hình Chọn điện nút C 0: VC = ⇒ Ta có : VD – VC = E2 VD = E2 - áp dụng phưong trình điện tích cho đoạn mạch ta được: [ (VA − VC ) + E2 ] q1 = C = CVA + CE1 q2 = C(VC - VA) = - CVA q3 = C(VD - VA) = CE2 - CVA (1) (2) (3) [ (VD − VA ) + E3 ] = CE2 − CVA + CE3 q4 = C (4) - áp dụng phưong trình điện tích cho nối với nút A ta được: q = q2 + q3 + q4 (5) E2 + E3 − E1 Giải hệ phương trình ta được: VA = Thay giái trị VA vào phương trình (1) đến (4) ta được: q1 = C 3E1 + E2 + E3 E2 − 3E3 + E1 , q2 = - C E2 + E3 − E1 , q3 = C E2 − E3 + E1 , q4 = C Nhận xét: Phần lớn học sinh gặp lúng túng gặp toán tương tự (Những tốn mà mạch tụ có nhiều nguồn) Khi ta xem nguồn dây nối phương trình điện tích cho nối với nút viết bình thường (Xem phương trình (5) ví dụ bạn hiểu được) Một điều đáng ý việc quy ước dấu tụ tuỳ ý, kết cuối có giá trị âm dấu tụ đổi lại B Bài tập Bài 1: Có ba tụ điện C1 = nF, C2 = nF, C3 = 20 nF mắc hình Nối tụ điện với hai cực nguồn điện có hiệu điện 30 V Tính hiệu điện tụ Bài 2: Bốn tụ điện mắc thành theo sơ đồi C = 1μF; C2 = 3μF; C3 = 3μF Khi nối hai điểm M, N với nguồn điện tụ điện C có điện tích Q1 = 6μC tụ điện có điện tích Q = 15,6 μF Tính hiệu điện đặt vào tụ điện điện dung tụ điện C4 ? 18 Bài 3: Có tụ điện C1 = 2μF, C2 = C3 = 1μF mắc hình vẽ Nối hai đầu tụ vào hai cực nguồn điện có hiệu điện U = V Tính điện tích tụ điện Bài 4: Cho tụ điện C1 = μF, C2 = μF, C3 = μF, C4 = μF, C5 = μF mắc hình vẽ Điện áp hai đầu mạch UAB = 12 V Giá trị UNM C Bài tập trắc nghiệm: Câu 1: Có ba tụ điện C1 = C2 = C; C3 = 2C Để có điện dung tụ Cb = C tụ ghép theo cách ? A C1 nt C2 nt C3 B C1 // C2 // C3 C (C1 nt C2) // C3 D (C1 // C2) nt C3 Câu 2: Hai tụ điện có điện dung C = 2μF, C2 = 3μF mắc nối tiếp nối vào nguồn điện có hiệu điện 50 V Hiệu điện tụ điện A U1 = 20 V; U2 = 30 V B U1 = 30 V; U2 = 20 V C U1 = 10 V; U2 = 20 V D U1 = 30 V; U2 = 10 V Câu 3: Đặt hiệu điện U vào hai đầu đoạn mạch gồm hai tụ điện C C2 ghép nối tiếp Kết luận sau ? A Điện dung tương đương tụ C = C1 + C2 B Điện tích tụ xác định bới Q = Q1 + Q2 C Điện tích tụ có giá trị D Hiệu điện tụ có giá trị Câu 4: Hai tụ điện C1 = 3μF; C2 = 6μF ghép nối tiếp vào đoạn mạch AB với UAB = 10 V Hiệu điện tụ C2 A 20/3 V B 10/6 V C 7,5 V D 10/3 V Câu 5: Hai tụ điện có điện dung C1 = 0,4μF, C2 = 0,6 μF ghép song song với mắc vào nguồn điện có hiệu điện U < 60 V hai tụ điện có điện tích 3.10-5 C Tính hiệu điện U A 55 V B 50 V C 75 V D 40 V Bài tập dạng 3: Ghép tụ điện tích điện Sự dịch chuyển điện tích Để giải dạng tập ta áp dụng phương trình: + Phương trình hiệu điện thế: U = U1 + U2 + … (Mắc nối tiếp) U = U1 = U2 = … (Mắc song song) + Phương trình bảo tồn điện tích hệ lập: = const 19 ∆Q= ΣQ −ΣQ + Điện lượng di chuyển qua đoạn mạch xác định bởi: ΣQ Trong đó: tổng điện tích tụ nói lúc trước ΣQ2 tổng điện tích tụ nối với đầu đoạn mạch lúc sau µ Ví dụ 1: Đem tích điện cho tụ điện C1 = F đến hiệu điện U1 = 300V, cho µ tụ điện C2 = F đến hiệu điện U2 = 220V rồi: a) Nối tích điện dấu với b) Nối tích điện khác dâu với c) Mắc nối tiếp hai tụ điện (hai âm nối với nhau) mắc vào hiệu điện U = 400V Tìm điện tích hiệu điện tụ tong trường hợp Hướng dẫn: - Điện tích tụ trước mắc thành mạch điện: µ µ q1 = C1U1 = 900 C, q2 = C2U2 = 400 C a) Khi nối dấu với (hình a) Coi tụ mắc song song : U1’ = U2’ áp dụng định luật bảo tồn điện tích cho a c : q1’ + q2’ = q1 + q2 =1300 ⇔ ⇔ ⇒ C1U1’ + C2U’2 = 1300 ⇒ 3U1’ + 2U2’ = 1300 µ q1’ = 780 C, U1’ = U2’ = 260V µ q2’ = 520 C b) Khi nối khác dấu với nhau: U1’ = U2’ - áp dụng định luật bảo tồn điện tích cho a d : q1’ + q2’ = q1 - q2 = 500 ⇔ ⇔ ⇒ C1U1’ + C2U’2 = 500 3U1’ + 2U2’ = 500 µ ⇒ U1’ = U2’ = 100V µ q1’ = 300 C, q2’ = 200 C c) Khi mắc nối tiếp tụ điện Giả sử điện tích tụ điện có dấu hình vẽ U1’ + U2’ = U = 400V (1) 20 áp dụng dịnh luật bảo toàn điện tích cho b d - q1’ + q2’ = - q1 - q2 = -1300 ⇔ ⇔ - C1U1’ + C2U’2 = - 1300 - 3U1’ + 2U2’ = -1300 (2) Từ (1) (2) ta U1’ = 420V, U2’ = - 20V ⇒ ’ µ ’ µ q = 1260 C, q = -40 C Nhận xét : Học sinh thường gặp khó khăn viết phương trình điện tích cho tụ lúc tụ tích điện chưa ghép với sau ghép với Ví dụ 2: Tích điện cho tụ điện có điện dung C = 20 μF, hiệu điện 200 V Sau nối tụ điện C1 với tụ điện C2 có điện dung 10μF, chưa tích điện Sử dụng định luật bảo tồn điện tích, tính điện tích tụ điện sau nối chúng song song với Hướng dẫn: Đặt U = 200 V, C1 = 20 μF, Q điện tích tụ lúc đầu : Q = C 1U = 20.10-6.200 = 4.10-3 C Sau ghép tụ song song với gọi Q 1, Q2 điện tích tụ, U' hiệu điện hai tụ Q1 = C1U’; Q2 = C2U’ → Q = Q1 + Q2 = (C1 + C2)U’ Ví dụ 3: Hai tụ điện có điên dung C1 = 2μF, C2 = 3μF tích điện đến hiệu điện U1 = 200 V, U2 = 400 V Sau nối hai cặp tích điện dấu hai tụ điện với Hiệu điện tụ có giá trị sau ? Hướng dẫn Vì hai cặp tích điện dấu hai tụ điện nối với nên hai tụ ghép song song với nhau: Cb = C1 + C2 = + = μF Nối hai cặp tích điện dấu điện tích tụ là: Qb = Q1 + Q2 = C1U1 + C2U2 = 2.200 + 3.400 = 1600 μC 21 Ví dụ 4: Hai tụ điện có điện dung C1 = μF, C2 = μF tích điện đến hiệu điện U1 = 200 V, U2 = 400 V Sau nối hai cặp tích điện dấu hai tụ điện với Hiệu điện tụ có giá trị sau ? A 120 V B 200 V C 320 V D 160 V Bài tập dạng : Điện tích điện trường hai tụ điện r ΣF * Trường hợp điện tích cân bằng: =0 r ΣF Trong đó: tổng vectơ lực tác dụng lên điện tích * Trường hợp điện tích chuyển động: Bài tốn: Một điện tích điểm q dương, khối lượng m bay vào điện trường điểm M ( điện trường tạo hai kim loại phẳng rộng đặt song song, đối diện nhau,r hai tích điện trái dấu độ v0 α lớn) với vận tốc ban đầu tạo với phương đường sức điện góc Viết phương trình chuyển động phương trình quĩ đạo điện tích q, xét α trường hợpur góc Cho biết: Điện trường có vectơ cường độ điện E trường , M cách âm khoảng b(m), kim loại dài l(m), Hai cách d(m), gia tốc trọng trường g Hướng dẫn: ≡ Chọn hệ trục tọa độ 0xy: Gốc M 0x: theo phương ngang (vng góc với đường sức) 0y: theo phương thẳng đứng từ xuống (cùng phương, chiều với đường sức) Gọi α góc mà vectơ vận tốc ban đầu điện tích hợp với phươngu rthẳng rđứng P = m.g Lực tác dụng: Trọng lực r ur F = q.E Lực điện : Hai lực có phương, chiều phương chiều với đường sức điện (cùng phương chiều với trục 0y) Phân tích chuyển động q thành hai chuyển động thành phần theo hai trục 0x 0y Xét chuyển động q phương 0x Trên phương q không chịu lực nên q Sẽ chuyển động thẳng trục 0x với vận tốc không 22 đổi: gia tốc ax = 0, vx= v0x = v0 sin α (1) α => Phương trình chuyển động q trục 0x: x = vx.t = (v0.sin )t (2) Xét chuyển động q theo phương 0y: - Theo phương 0y: q chịu tác dụng lực không đổi (hợp lực không F + P q.E +g m m đổi) q thu gia tốc ay = a = = (3) α - Vận tốc ban đầu theo phương 0y: v0y= = v0.cos (4) - Vận tốc q trục 0y thời điểm t là: q.E +g m α vy= v0y+ a.t = v0.cos + ( ).t => Phương trình chuyển động q trục 0y: q.E +g α m y = v0.cos t + ( ).t2 TÓM LẠI: Đặc điểm chuyển động q trục là:  ax =  vx = v0 sin α  x = v sin α t  Trên trục 0x (I) q.E  a = +g y  m  q.E  + g ).t v y = v0 cos α + ( m  q.E   y = v0 cos α t + ( m + g ).t  trục 0y: (II) - Phương trình quĩ đạo chuyển động điện tích q là: ( khử t phương trình tọa độ theo trục 0y cách rút t = x x q.E )2 +g ( v0 sin α α v0 cos α m y = v0.cos + ( ) (5) (6) x v0 sin α ) (7) 23 q.E +g 2 α v0 sin α m y = cotg x + ( ) x2 (8) α Vậy quỹ đạo q có dạng Parabol (trừ nhận giá trị góc 00, 1800 nêu dưới) Chú ý: Bài toán chuyển động e thường bỏ qua trọng lực Xét trường hợp đặc biệt: r v0 Trường hợp Vectơ vận tốc điện tích hướng đường sức điện trường: α Góc = (Ban đầu q chuyển động vào điện trường theo hướng đường sức) r v0 ur E Trường hợp hướng với Dựa vào (I), (II) Ta có: ax =  vx = v0 sin α =  x = v sin α t = 0  Trên trục x (III) q.E  a = +g y  m  q.E q.E  + g ).t = v0 + ( + g ).t v y = v0 cos α + ( m m  q.E q.E  2  y = v0 cos α t + ( m + g ).t = v0 t + ( m + g ).t  trục 0y: (IV) Bài tập: Bài 1: Hại bụi có m = 10-12 g nằm cân điện trường hai tụ Biết U = 125V d = 5cm a.Tính điện tích hạt bụi? b Nếu hạt bụi 5e Để hạt bụi cân U phải bao nhiêu? Bài 2: Một electron bay vào điện trường theo hướng ngược với hướng đường sức với vận tốc 2000km/s Vận tốc electron cuối đoạn đường hiệu điện cuối đoạn đường 15V 24 ĐS:v = 3,04.10 m/s Bài 3: Một êlectron bay vào điện trường tụ điện phẳng theo phương song song hướng với đường sức điện trường với vận tốc ban đầu 8.106m/s Hiệu điện tụ phải có giá trị nhỏ để êlectron không tới đối diện ĐS: U ≥ 182V r v0 Trường hợp Vectơ vận tốc điện tích ngược hướng đường sức điện trường: α Góc =1800 (Ban đầu q vào điện trường ngược hướng đường sức) ur r v0 E Trường hợp ngược hướng với véc tơ cường độ điện trường Dựa vào I, II ta có:  ax =  vx = v0 sin α =  x = v sin α t = 0  Trên trục 0x (V) q.E  a = +g y  m  q.E q.E  + g ).t = - v0 + ( + g ).t v y = v0 cos α + ( m m  q.E q.E  2  y = v0 cos α t + ( m + g ).t = -v0 t + ( m + g ).t  Trên trục 0y: (VI) Bài tập: Bài Một e có vận tốc ban đầu v o = 106 m/s chuyển động dọc theo chiều đường sức điện trường có cường độ điện trường E = 1250 V/m Bỏ qua tác dụng trọng trường, e chuyển động nào? Đ s: a = -2,2 1014 m/s2, s= cm Bài Một e chuyển động với vận tốc ban đầu 10 m/s dọc theo đường sức điện trường quảng đường 10 cm dừng lại a Xác định cường độ điện trường b Tính gia tốc e Đ s: 284 10-5 V/m 107m/s2 Bài Một e chuyển động dọc theo đường sức điện trường có cường độ 364 V/m e xuất phát từ điểm M với vận tốc 3,2 106 m/s,Hỏi: 25 a e quảng đường dài vận tốc ? b Sau kể từ lúc xuất phát e trở điểm M ? Đ s: 0,08 m, 0,1 µs Bài Một electron bay từ âm sang dương tụ điện phẳng Điện trường khoảng hai tụ có cường độ E=6.10 4V/m Khoảng cách giưac hai tụ d =5cm a Tính gia tốc electron (1,05.1016 m/s2) b tính thời gian bay electron biết vận tốc ban đầu 0.(3ns) c Tính vận tốc tức thời electron chạm dương (3,2.107 m/s2) Bài Giữa hai kim loại đặt song song nằm ngang tích điện trái dấu có hiệu điện U1=1000V khoảng cách hai d=1cm Ở giưã hai có giọt thủy ngân nhỏ tích điện dương nằm lơ lửng Đột nhiên hiệu điện giảm xuống U2 = 995V Hỏi sau giọt thủy ngân rơi xuống dương? Trường hợp Vectơ vận tốc trường: r v0 điện tích vng góc với đường sức điện α c Góc =900(Ban đầu q bay vào theo hướng vng góc vơi đường sức điên) Dưa vào I, II ta có: Trên trục 0x (VI) q.E  a y = m + g  q.E q.E  + g ).t = ( + g ).t v y = v0 cos α + ( m m  q.E q.E  2  y = v0 cos α t + ( m + g ).t = ( m + g ).t  Trên trục 0y: (VII) Từ ta khẳng định q chuyển động chuyển động vật bị ném ngang q.E ( + g).t12 m Thời gian để q đến âm t1 thỏa mãn: y = b  b = => t1 (13) v0 t1 Để kiểm tra xem q có đập vào âm khơng ta phải xét: x = ≤ l (14) Bài tập: 26 Bài Một e bắn với vận tốc đầu 10 -6 m/s vào điện trường theo phương vng góc với đường sức điện Cường độ điện trường 100 V/m Tính vận tốc e chuyển động 10 -7 s điện trường Điện tích e –1,6 10-19C, khối lượng e 9,1 10-31 kg Đs: F = 1,6 10-17 N a = 1,76 1013 m/s2  vy = 1, 76 106 m/s, v = 2,66 106 m/s Bài Một e bắn với vận tốc đầu 10 m/s vào điện trường theo phương vuông góc với đường sức điện Cường độ điện trường 10 V/m Tính: a Gia tốc e b Vận tốc e chuyển động 10-7 s điện trường Đ s: 3,52 1014 m/s2 8,1 107 m/s Bài Cho kim loại phẳng có độ dài l=5 cm đặt nằm ngang song song với nhau,cách d=2 cm Hiệu điện 910V Một e bay theo phương ngang vào với vận tốc ban đầu v 0=5.107 m/s Biết e khỏi điện trường Bỏ qua tác dụng trọng trường a) Viết phương trình quĩ đạo e điện trường (y = 0,64x2) b) Tính thời gian e điện trường? Vận tốc điểm bắt đầu khỏi điện trường?(10-7s, 5,94m/s) c) Tính độ lệch e khỏi phương ban đầu khỏi điện trường? (ĐS:0,4 cm) Bài 4: Một electron bay điện trường hai tụ điện tích điện đặt cách 2cm với vận tốc 3.10 7m/s theo phương song song với tụ điện Hiệu điện hai phải để electron lệch 2,5mm đoạn đường 5cm điện trường Bài Sau tăng tốc U=200V, điện tử bay vào hai tụ theo phương song song hai bản.Hai có chiều dài l=10cm, khoảng cách hai d=1cm.Tìm U hai để điện tủ không khỏi đuợc tụ? ĐS: U>=2V Bài Một e có động 11,375eV bắt đầu vào điện trường nằm hai theo phương vng góc với đường sức cách hai a Tính vận tốc v0 lúc bắt đầu vào điện trường? b Thời gian hết l=5cm c Độ dịch theo phương thẳng đứng e khỏi điện trường, biết U=50V, d=10cm d Động vận tốc e cuối Bài Điện tử mang lượng 1500eV bay vào tụ phẳng theo hướng song song hai bản.Hai dài l=5cm, cách d=1cm.Tính U hai để điện tử bay khỏi tụ theo phương hợp góc 110 ĐS:U=120V 27 Trường hợp Vectơ vận tốc trường: r v0 điện tích xiên góc với đường sức điện α * Trường hợp góc 900< < 1800 điện tích q chuyển động vật bị ném xiên lên Tọa độ đỉnh Parabol là: 1 2 α v0 sin α (Dựa theo công thức y = cotg x + x ) x= −cotgα = −2v0 2cosα sinα = −v0 sin2α 1 v0 sin 2α (15) y = - v02 cos2α + v02 4.cos2α = v02 cos2α (16) Xét xem q có đập dương hay không: Xem tọa độ đỉnh: y > b - d có ngược lại khơng Xét xem q có đập vào âm hay khơng: Thời gian để q có tọa độ y = b t thỏa mãn phương trình (13) Kiểm tra xem x < l hay chưa α e Trường hợp < < 900 q chuyển động vật bị ném xiên xuống Tọa độ đỉnh Parabol x = 0, y = q đập vào âm thời điểm t1 thỏa mãn y = b (Nếu x(t1) > l q bay ngồi mà không đập vào âm chút nào) Thường x(t1) < l nên q đập vào âm điểm K K cách mép trái âm khoảng x(t1) Bài tập: Bài 1: Hai kim loại nối với nguồn điện khơng đổi có hiệu điện 228 V Hạt electron có vận tốc ban đầu 4.10 m/s, bay vào khoảng không gian hai qua lỗ nhỏ O dương, theo phương hợp với dương góc a Tìm quỹ đạo electron sau α = 600 28 b Tính khoảng cách h gần âm mà electron đạt tới, bỏ qua tác dụng trọng lực Bài 2: Hai kim loại tích điện trái dấu đặt cách d=3cm, chiều dài l=5cm Một điện tử lọt vào hai hợp dương góc 30 Xác định U cho chui khỏi điện tử chuyển động theo phương song song với hai bản? ĐS: U = 47,9V 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm Khi áp dụng đề tài qua khảo sát chất lượng ôn thi lớp 11 Tụ điện hai lớp 11C1 (lớp thực nghiệm) 11C2 (lớp đối chứng), thân nhận kết khả quan sau: Kết kiểm tra 15 phút: Giỏi Điểm 9, 10 Khá Trung bình Sĩ Điểm 7, Điểm 5, Lớp S S số SL Tỉ lệ % Tỉ lệ % Tỉ lệ % L L 11C1 43 20,9 18 41,86 15 34,88 11C2 42 11,9 15 35,71 19 45,24 Yếu Điểm 3, S Tỉ lệ % L 2,36 7,15 Kém Điểm 0, 1, S Tỉ lệ % L 0,00 0,00 Qua bảng kết cho thấy đề tài góp phần nâng cao đáng kể chất lượng học tập học sinh lớp 11 trường THPT Cẩm Thủy Đề tài giúp em tích cực tự tin việc tìm kiếm hướng giải cho tập Tụ điện Từ chỗ lúng túng gặp tập, em biết vận dụng kiến thức, kĩ bồi dưỡng để giải thành thạo nhiều tập phức tạp KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận Trong trình thực đề tài nhận thấy, vận dụng phương pháp tập Tụ điện giúp cho q trình giảng dạy học tập mơn Vật lí thuận lợi nhiều Các em có nhìn tổng qt dạng tập Tụ điện định hướng phương pháp giải tập 3.2 Kiến nghị: Khơng 29 Trên kinh nghiệm mà thân rút trình giảng dạy Việc phân dạng tập phương pháp giải tập có ưu điểm, nhược điểm, nên cần vận dụng sáng tạo phương pháp hay kết hợp đồng thời phương pháp giải cách hợp lý Vì tơi mong đóng góp ý kiến bổ sung quý thầy, cô XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 15 tháng năm 2022 Tôi xin cam đoan SKKN viết, khơng chép nội dung người khác Lê Thế Thắng 30 Tài liệu tham khảo: o Bài tập vật lí 11 – Cơ (Lương Dun Bình – Nguyễn Xuân Chi – Tô Giang - Vũ Quang – Bùi Gia Thịnh) o Bài tập vật lí 11 – Nâng cao( Lê Trọng Tương – Lương Tất Đạt – Lê Chân Hùng – Phậm Đình Thiết – Bùi Trọng Tn) o Phương pháp giải tốn Vật lí -Tập ( Trần Trọng Hưng) o Giải tốn Vật lí 11- Tập 1( Bùi Quang Hân –Đào Văn Cư – Phạm Ngọc Tiến – Nguyễn Thành Tương) o Mạng internet o Từ điển vật lí ( Dương Trọng Bái – Vũ Thanh Khiết) ... pháp giải dạng tập tụ điện xin nêu chuyên đề ôn tập “ Phân loại kinh nghiệm giải dạng tập tụ điện chương trình Vật lí 11 giúp ôn thi HSG thi TN THPT" 1.2 Mục đích nghiên cứu: Mục đích sáng kiến phân. .. song cách điện với - Điện tích tụ: Là điện tích dương tụ II Điện dung tụ điện Công thức định nghĩa điện dung tụ điện: C= Q U * Đơn vị điện dung Fara (F) Fara điện dung tụ điện mà đặt vào hai tụ điện. .. ngắt tụ khỏi nguồn: điện tích tụ không đổi nên Q1 = Q = 1,2.10-9 C Điện dung tụ điện: Hiệu điện tụ điện: c) Khi nối tụ với nguồn điện: hiệu điện hai tụ không đổi: U = U = 600 V Điện dung tụ: Điện