Chuyên đề: Công của lực điện, Hiệu điện thế và TỤ ĐIỆN (VẬT LÝ 11)

Chuyên đề: Công lực điện, Hiệu điện TỤ ĐIỆN (VẬT LÝ 11) Lý thuyết: Công lực điện, Hiệu điện Dạng 1: Tính cơng lực điện trường, điện thế, hiệu điện hai điểm Trắc nghiệm Tính cơng lực điện trường, điện thế, hiệu điện hai điểm Dạng 2: Quỹ đạo electron điện trường Trắc nghiệm Quỹ đạo electron điện trường Chuyên đề: Tụ điện Lý thuyết: Tụ điện Dạng 1: Cách tính điện dung, lượng tụ điện Trắc nghiệm tính điện dung, lượng tụ điện Dạng 2: Tụ điện phẳng Trắc nghiệm tụ điện phẳng Dạng 3: Ghép tụ điện nối tiếp, song song Trắc nghiệm Ghép tụ điện nối tiếp, song song Chuyên đề: Công lực điện, Hiệu điện Lý thuyết: Công lực điện, Hiệu điện Lý thuyết: Công lực điện, Hiệu điện Công lực điện điện trường đều: Công lực điện tác dụng lên điện tích khơng phụ thuộc vào hình dạng đường điện tích mà phụ thuộc vào điểm đầu điểm cuối đường điện trường, người ta nói điện trường tĩnh trường thế: AMN = qEd với d = MNcosα hình chiếu độ dời lên đường sức Điện thế: Điện điểm điện trường đại lượng đặc trưng riêng cho điện trường phương diện tạo đặt điện tích q Nó xác định thương số công lực điện tác dụng lên điện tích q q di chuyển từ M xa vô độ lớn q • Điện điểm điện trường: • Điện điểm M gây điện tích q: • Điện điểm nhiều điện tích gây ra: V = V1 + V2 + V3 + + VM Hiệu điện thế: Hiệu điện hai điểm M, N điện trường đặc trưng cho khả sinh công điện trường di chuyển điện tích từ M đến N Nó xác định thương số cơng lực điện tác dụng lên điện tích q dịch chuyển q từ M đến N độ lớn q: Thế tĩnh điện: Wt = qV Liên hệ cường độ điện trường hiệu điện thế: UMN = Ed Dạng 1: Tính cơng lực điện trường, điện thế, hiệu điện hai điểm A Phương pháp & Ví dụ Áp dụng cơng thức: + Công lực điện điện trường A = qEd + Điện điểm điện trường + Điện điểm gây điện tích q: + Điện nhiều điện tích điểm gây V = V1 + V2 + V3 + + VM + Hiệu điện Ví dụ 1: Hiệu điện hai điểm C, D điện trường UCD = 200 V Tính a Cơng điện trường di chuyển proton từ C đến D b Công điện trường di chuyển electron từ C đến D Hướng dẫn: a Công lực điện di chuyển proton: ACD = qUCD = 3,2.10-17J b Công lực điện trường di chuyển electron: ACD = qUCD = - 3,2.10-17J Ví dụ 2: Hiệu điện hai điểm M, N UMN = V Một điện tích q = -1 C di chuyển từ M đến N cơng lực điện Giải thích kết tính Hướng dẫn: + Cơng điện trường làm di chuyển điện tích q từ M đến N là: A = qUMN = - (J) + Dấu ( - ) nói lên cơng lực điện cơng cản, để di chuyển điện tích q từ M đến N cần phải cung cấp cơng A = J Ví dụ 3: Khi bay qua điểm M N điện trường, êlectrôn tăng tốc, động tăng thêm 250eV (1eV = 1,6.10-19J) Tính hiệu điện M N Hướng dẫn: Ta có: Cơng lực điện trường A = q.UAB = ΔWd Vậy: Hiệu điện hai điểm M N điện trường UMN = –250V Ví dụ 4: A, B, C ba điểm tạo thành tam giác vuông A đặt điện trường có véc tơ E→ song song với AB Cho α = 60°; BC = 10 cm UBC = 400 V a) Tính UAC, UBA E b) Tính cơng thực để dịch chuyển điện tích q = 10 -9 C từ A → B, từ B → C từ A → C c) Đặt thêm C điện tích điểm q = 9.10 -10 C Tìm cường độ điện trường tổng hợp A Hướng dẫn: a) UAC = E.AC.cos90° = UBA = UBC + UCA = UBC = 400 V b) AAB = qUAB = -qUBA = -4.10-7 J ABC = qUBC = 4.10-7 J AAC = qUAC = c) Điện tích q đặt C gây A véc tơ cường độ điện trường E'→ có phương chiều hình vẽ; có độ lớn: EA→ = E→ + E'→; có phương chiều hình vẽ, có độ lớn: EA = 9,65.103 V/m = Ví dụ 5: Cho ba kim loại phẳng A, B, C đặt song song hình vẽ d = 5cm, d2 = 8cm Các tích điện điện trường đều, có chiều hình vẽ với độ lớn: E1 = 4.104V/m, E2 = 5.104V/m Chọn gốc điện A, tìm điện VB , VC hai B, C Hướng dẫn: - Vì E1→ hướng từ A đến B, ta có: UAB = VA - VB = E1.d1 Gốc điện A : VA = Suy ra: VB = VA - E1d1 = - 4.104.5.10-2 = -200V - Vì E2→ hướng từ C đến B, ta có: UCB = VC - VB = E2.d2 Suy : VC = VB + E2d2 = -2000 + 5.104.8.10-2 = 2000V B Bài tập Bài 1: Điện tích q = 10-8 C di chuyển dọc theo cạnh tam giác ABC cạnh a = 10 cm điện trường cường độ điện trường E = 300 V/m, E→ // BC Tính cơng lực điện trường q di chuyển mỗi cạnh tam giác Hiển thị lời giải Công lực điện trường q di chuyển cạnh tam giác: AAB = q.E.AB.cos120° = -10-8.300.0,1/2 = -1,5.10-7 J ABC = q.E.BC = 10-8.300.0,1 = 3.10-7 J ACA = q.E.AC.cos60° = 10-8.300.0,1/2 = 1,5.10-7 J Bài 2: Một electron bay từ điểm M đến điểm N điện trường, hai điểm có hiệu điện UMN = 100V Cơng mà lực điện trường sinh bằng? Hiển thị lời giải AMN = e.UMN = -1,6.10-19.100 Bài 3: Cho điện tích dịch chuyển điểm cố định điện trường với cường độ 3000 V/m cơng lực điện trường 90 mJ Nếu cường độ điện trường 4000 V/m cơng lực điện trường dịch chuyển điện tích hai điểm là? Hiển thị lời giải Ta có: AMN1 = qE1d; AMN2 = qE2d Bài 4: Trong điện trường đều, đường sức, hai điểm cách cm có hiệu điện 10 V, hai điểm cách cm có hiệu điện là? Hiển thị lời giải Xét đường sức: U1 = Ed1; U2 = Ed2 Bài 5: Có hai điện tích điểm q1 = 10-8 C q2 = 4.10-8 đặt cách r = 12cm Tính điện điện trường gây hai điện tích điểm có cường độ điện trường khơng Hiển thị lời giải Ta có: Để cường độ điện trường khơng điểm M nằm điện tích điểm thỗ mãn điều kiện Mặt khác Khi Bài 6: Có ba kim loại phẳng A, B, C đặt song song hình vẽ Cho d = 5cm, d2 = 4cm C nối đất, A, B tích điện có điện -100V, +50V Điện trường điện trường Xác định vectơ cường độ điện trường E1→, E2→ Hiển thị lời giải Chọn C làm gốc, VC = E2→ hướng từ B sang C : Trắc nghiệm Tính cơng lực điện trường, điện thế, hiệu điện hai điểm Câu 1: Cho biết mối liên hệ hiệu điện hai điểm M, N: UMN UNM ? A UMN > UNM Hiển thị lời giải B UMN < UNM C UMN =UNM D UMN = -UNM Ta có: Chọn D Câu 2: Trong điện trường đều, đường sức, hai điểm cách cm có hiệu điện 10 V, hai điểm cách cm có hiệu điện A V B 10 V C 15 V D 22,5 V Hiển thị lời giải Do xét đường sức nên U1 = Ed1; U2 = Ed2 Chọn C Câu 3: Công lực điện trường dịch chuyển điện tích -2μC từ A đến B 4mJ UAB A V B 2000 V C -8 V D -2000 V Hiển thị lời giải Ta có: Chọn D Câu 4: Ba điểm A, B, C tạo thành tam giác vuông C với AC = cm, BC = cm nằm điện trường Vectơ cường độ điện trường E song song với AB, hướng từ A đến B có độ lớn E = 5000 V/m Hiệu điện hai điểm A, C là: A UAC = 150V Hiển thị lời giải B UAC = 90V C UAC = 200V D UAC = 250V Hiệu điện tụ C1: - Nếu nhúng C2 vào chất điện mơi có ε = → C2’ = 2C2 Điện dung sau nhúng tụ: Điện tích sau nhúng bộ: Q’ = C’U = C 2U (do nối với nguồn nhúng nên U không đổi) Hiệu điện C1 sau nhúng: Do đó: Mà E = U/d lần Vậy cường độ điện trường C tăng 1,5 Ví dụ 4: Tụ điện phẳng khơng khí C = 2pF Nhúng chìm nửa tụ vào điện mơi lỏng ε = Tìm điện dung nhúng, đặt: a) Thẳng đứng Hướng dẫn: b) Nằm ngang Điện dung ban đầu tụ: a) Khi đặt thẳng đứng, hệ xem gồm tụ C1 C2 mắc song song Điện dung tụ C1: Điện dung tụ C2: Điện dung tụ: b) Khi đặt nằm ngang, hệ xem gồm tụ C1 C2 mắc nối tiếp Điện dung tụ C1: Điện dung tụ C2: Điện dung tụ: Ví dụ 5: Tụ xoay gồm n hình bán nguyệt đường kính D = 12 cm, khoảng cách liên tiếp d = 0,5 mm Phần đối diện cố định di chuyển có dạng hình quạt với góc tâm α (0° ≤ α ≤ 180°) a) Biết điện dung cực đại tụ 1500 pF Tính n b) Tụ nối với hiệu điện U = 500 V vị trí α = 120° Tính điện tích tụ c) Sau ngắt tụ khỏi nguồn thay đổi α Tính α để có phóng điện Biết điện trường giới hạn khơng khí 3.106 V/m Hướng dẫn: Diện tích phần đối diện mỡi bản: (α tính độ) Hai đối diện tạo nên tụ điện có điện dung: , với R = 0,06 m; d = 5.10-4 m Tụ gồm n tương đương (n – 1) tụ C1 ghép song song nên điện dung tụ xoay là: a) Điện dung cực đại tụ 1500 pF α = 180° → 1500.10-12 = → n – = 15 → n = 16 hình bán nguyệt b) Khi α = 120° Điện tích tụ: Q = CU = 10-9.500 = 5.10-7 C c) Hiệu điện giới hạn tụ: Ugh = Eghd = 3.105.0,5.10-4 = 1,5.102 = 15 V Khi ngắt tụ khỏi nguồn Q = const Điện tích tụ: Ví dụ 6: Ba tụ C1 = 2.10-9 F, C2 = 4.10-9 F, C3 = 6.10-9 F mắc nối tiếp Hiệu điện giới hạn mỡi tụ 500 V Hỏi tụ có chịu hiệu điện 1100 V không? Hướng dẫn: Khi mắc nối tiếp Q1 = Q2 = Q3 → C1U1 = C2U2 = C3U3 Vì C1 < C2 < C3 → U1 > U2 > U3 nên: U1 = Ugh = 500 V; Hiệu điện giới hạn tụ là: U = U1 + U2 + U3 = 500 + 250 + 166,67 = 916,67 V < 1100 V Vậy bội tụ chịu hiệu điện 1100 V 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 mỗi tụ Hiển thị lời giải Bài 2: Hai tụ điện có điên dung C = 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 ? Hiển thị lời giải 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 Bài 3: 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 ? Hiển thị lời giải Vì hai tụ C1, C2 ghép nối tiếp: Q12 = Q1 = μC Hiệu điện tụ điện Q = Q12 + Q34 → Q34 = Q - Q12 = 9,6 μC Do C12 // C34 nên: Vì C3, C4 ghép nối tiếp: Bài 4: 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 Hiển thị lời giải Ta có: C23 = C2 + C3 = μF Điện dung tụ điện là: Điện tích tụ điện: Q = Q1 = Q23 = CbU = 4.10-6 C Q23 = Q2 + Q3 = 4.10-6 C → Q2 = Q3 = = 2.10-6 C (U2 = U3 = V) Bài 5: 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 Hiển thị lời giải Xét mạch AMB có U1 + U3 = 12 V (1) Xét mạch ANB có U2 + U4 = 12 V (2) Xét mạch AMNB có U1 + U5 + U4 = 12 V (3) Xét nút M có -6U1 + 4U3 + 2U5 = (4) Xét nút N có -8U2 + 5U4 – 2U5 = (5) Từ (1)(3) → U3 = U4 + U5; U1 = 12 – U4 – U5 Từ (2) → U2 = 12 – U4 → hệ phương trình: 10U4 + 12U4 + 12U5 – 72 = 13U4 – 2U5 – 96 = Trắc nghiệm Ghép tụ điện nối tiếp, song song Câu 1: Có ba tụ điện C1 = C2 = C; C3 = 2C Để có điện dung Cb = C tụ ghép theo cách A C1 nt C2 nt C3 C3 B C1 // C2 // C3 C (C1 nt C2) // C3 Hiển thị lời giải Để có điện dung Cb = C tụ phải ghép (C1 // C2) nt C3 Ta có: C12 = C1 + C2 = 2C D (C1 // C2) nt Chọn D Câu 2: Có ba tụ điện giống có C = 2μF mắc thành Cách mắc sau cho tụ điện có điện dung tương đương Cb = 3μF? A Mắc nối tiếp tụ B Mắc song song tụ C Mắc tụ nối tiếp với hai tụ song song tụ nối tiếp D Mắc tụ song song với hai Hiển thị lời giải Theo đề ta có: C = C1 = C2 = C3 = 2μF, Cb = 3μF Giả sử (C1 nt C2) // C3 → ; Cb = C12 + C3 = + = 3μF Chọn D Câu 3: Hai tụ điện có điện dung C1 = 2μF, C2 = 3μF mắc nối tiếp Tích điện cho tụ điện nguồn điện có hiệu điện 50 V Tính 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 Hiển thị lời giải Hai tụ ghép nối tiếp nên Q = Q1 = Q2 = C.U = 1,2.10-6.50 = 60 μC Chọn A Câu 4: Hai tụ điện C1 = 1μF C2 = 3μF mắc nối tiếp Mắc tụ vào hai cực nguồn điện có hiệu điện U = V Tính điện tích tụ điện A 3,0.10-7 C B 3,0.10-6 C C 3,6.10-7 C D 3,6.10-6 C Hiển thị lời giải Hai tụ mắc nối tiếp nên điện dung tụ Điện tích tụ điện Q = C.U = 0,75.4 = μC Chọn A Câu 5: 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 Hiển thị lời giải Mạch gồm mắc nối tiếp - điện dung tương đương tụ - điện tích tụ Q = Q1 = Q2 - hiệu điện U = U1 + U2 Chọn A Câu 6: Có ba tụ điện giống có điện dung C Thực cách mắc sau: I Ba tụ mắc nối tiếp II Ba tụ mắc song song III Hai tụ mắc nối tiếp mắc song song với tụ thứ ba IV Hai tụ mắc song song mắc nối tiếp với tụ thứ ba Ở cách mắc điện dung tương đương tụ có giá trị Ctđ > C ? A I IV B II C I D II III Hiển thị lời giải Cách I : Cách II: Ctđ = C + C + C = 3C > C Cách III: Cách IV: → Ở cách mắc II III thu Ctđ > C Chọn D Câu 7: 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 Hiển thị lời giải Hai tụ ghép nối tiếp nên điện tích tụ điện Q = Q1 = Q2 = C1U1 = C2U2 Mà ta lại có: UAB = U1 + U2 = 10V → 3U2 = 10 → U2 = 10/3V Chọn D Câu 8: Ba tụ điện giống nhau, mỡi tụ điện có điện dung C 0, mắc hình vẽ Điện dung tụ bằng: A C0/3 B 3C0 C 2C0/3 D 3C0/2 Hiển thị lời giải Giả sử (C1 nt C2) // C3 với C1 = C2 = C3 = C0 Ta có: Chọn D Câu 9: Hai tụ điện có điện dung C1 = 0,4μF, C2 = 0,6 μF ghép song song với Mắc tụ điện 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 Hiển thị lời giải Giả sử Q2 = 3.10-5 Giả sử Q2 = 3.10-5 C 75 V D 40 V Vậy điện tích Q2 = 3.10-5 nên hiệu điện U = 50 V Chọn B Câu 10: Cho ba tụ điện C1 = 20 pF, C2 = 10 pF, C3 = 30 pF ghép nối tiếp với Điện dung tụ điện A 5,45 pF B 60 pF C 5,45 nF D 60 nF Hiển thị lời giải Ba tụ điện mắc nối tiếp nên điện dung tụ điện Chọn A Câu 11: Ba tụ điện mắc thành theo sơ đồ Cho C = 3μF, C2 = C3 = 4μF Nối hai điểm M, N với nguồn điện có hiệu điện U = 10 V Hãy tính điện dung điện tích tụ điện A C = 5μF; Q = 5.10-5 C B C = 4μF; Q = 5.10-5 C C C = 5μF; Q = 5.10-6 C D C = 4μF; Q = 5.10-6 C Hiển thị lời giải Ta có: Điện dung tụ điện: C = C1 + C23 = μF Điện tích tụ điện: Q = C.UMN = 5.10-6.10 = 5.10-5 C Chọn A Câu 12: Một tụ điện có điện dung C1 = 8μF tích điện đến hiệu điện U = 200 V tụ điện C2 = 6μF tích điện đến hiệu điện U2 = 500 V Sau nối mang điện dấu với Tính hiệu điện U tụ điện A 328,57 V B 32,85 V C 370,82 V D 355 V Hiển thị lời giải Sau nối mang điện dấu với tụ có điện dung C, hiệu điện U điện tích Q Q = Q1 + Q2 ⇔ C.U = C1U1 + C2U2 = (C1 + C2).U Chọn A .. .Chuyên đề: Công lực điện, Hiệu điện Lý thuyết: Công lực điện, Hiệu điện Lý thuyết: Công lực điện, Hiệu điện Công lực điện điện trường đều: Công lực điện tác dụng lên điện tích khơng... tụ điện với hai cực nguồn điện Độ lớn điện tích mỡi tụ điện tích điện gọi điện tích tụ điện Điện dung tụ: • Định nghĩa: Điện dung tụ điện đại lượng đặc trưng cho khả tích điện tụ điện hiệu điện. .. dung tụ lớn tích điện lượng lớn C Điện dung tụ có đơn vị Fara (F) D Hiệu điện lớn điện dung tụ lớn Hướng dẫn: Chọn D Điện dung tụ không phụ thuộc vào hiệu điện hai Câu 4: Nếu hiệu điện hai tụ tăng