Chủ đề 14 ôn tập điện tích, điện trường

Chủ đề được biên tập khá khoa học, có ví dụ minh họa và bài tập tự luyện có kèm lời giải chi tiết rất tốt để cho giáo viên tham khảo dạy thêm và học sinh tự học. Đây là chủ đề được học sinh thử nghiệm ở các trung tâm và được ủng hộ tốt.

CHỦ ĐỀ 14: ƠN TẬP ĐIỆN TÍCH, ĐIỆN TRƯỜNG VẤN ĐỀ ĐIỆN TÍCH, LỰC ĐIỆN TRƯỜNG, THUYẾT ELECTRON - Vật nhiễm điện (vật mang điện, điện tích) vật có khả hút vật nhẹ Có tượng nhiễm điện: nhiễm điện cọ xát, nhiễm điện tiếp xúc nhiễm điện hưởng ứng - Điện tích điểm: vật tích điện có kích thước nhỏ so với khoảng cách tới điểm ta xét - Hai loại điện tích: Điện tích dưong điện tích âm (cùng dấu đẩy nhau, trái dấu hút nhau) - Định luật Cu-Lơng: Lực hút hay đẩy điện tích điểm có phương trùng với đường thẳng nối điện tích điểm đó, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn hai q1q r2 điện tích tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng: F0  k (với q1 , q điện tích; k  9.109 số điện; r (m) khoảng cách điện tích điểm) - Hằng số điện mơi () đặc trưng cho tính cách điện chất cách điện Lực tương tác hai điện tích điện mơi giảm  lần so với đặt chân không F  qq F0  k 22 ;  ln �1 (  r khơng khí  chân khơng = 1) - Thuyết electron: (giải thích tượng nhiễm điện) +) Electron linh động, bút khỏi nguyên tử, di chuyển từ nguyên tử sang nguyên tử khác, di chuyến từ vật sang vật khác làm cho vật nhiễm điện +) Nguyên tử (e) trở thành ion dương (+), nguyên tử nhận (e) trở thành ion âm (-) +) Sự cư trú di chuyển electron tạo nên tượng điện tính chất điện - Vật dẫn điện vật chứa nhiều điện tích tự do, vật cách điện chứa điện tích tự - Định luật bảo tồn điện tích: Trong hệ lập điện (hệ khơng trao đổi điện tích với hệ ' ' khác), tổng đại số điện tích không đổi q1  q  q1  q DẠNG 1: LỰC TƯƠNG TÁC GIỮA HAI ĐIỆN TÍCH ĐIỂM Lực tương tác điện tích điểm lực Culông: F  9.109 q1q r Bài tốn cho tích độ lớn điện tích tổng độ lớn điện tích AD hệ thức Vi-ét: q1  q  S � q1 ;q nghiệm phương trình bậc 2: X  S.X  P  � q q  P �1 Chú ý: Cho vật tích điện q1 q tiếp xúc với tách điện tích chúng nhau: q1'  q '2  q1  q 2 8 8 Ví dụ 1: Hai điện tích điểm q1  2.10 C, q  10 C đặt cách 20cm khơng khí Xác định lực tương tác chúng? Lời giải uur uur Lực tương tác hai điện tích điểm q1 , q F12 , F21 có: Phương đường thẳng nối hai điện tích điểm q1.q  � chiều lực hút Độ lớn F12  F21  k 8 8 q1q 2.10 10  9.10  4,5.105 N r2 0, 22 Ví dụ 2: Hai điện tích đặt cách khoảng r khơng khí lực tương tác chúng 2.103 N Nếu khoảng cách mà đặt mơi trường điện mơi lực tương tác chúng 103 N a) Xác định số điện môi b) Để lực tương tác hai điện tích đặt điện mơi lực tương tác hai điện tích đặt khơng khí khoảng cách hai điện tích bao nhiêu? Biết khoảng cách hai điện tích khơng khí 20 cm Lời giải a) Biểu thức lực tương tác hai điện tích khơng khí điện mơi xác định bởi: qq � F0  k 2 � F � r � 2 � F �F  k q1q 2 r � b) Để lực tương tác hai điện tích đặt điện mơi lực tương tác hai điện tích ta đặt khơng khí khoảng cách hai điện tích r’: qq � F0  k 2 � r � r � F0  F ' � r '   10 2cm � q1q  � Fk � r ' 8 8 Ví dụ 3: Cho hai điện tích điểm q1  10 C,q  2.10 C đặt hai điểm A B cách 10 cm khơng khí a) Tìm lực tương tác tĩnh điện hai điện tích b) Muốn lực hút chúng 7, 2.104 N Thì khoảng cách chúng bao nhiêu? c) Thay q điện tích điểm q đặt B câu b) lực lực đẩy chúng 3, 6.104 N Tìm q ? d) Tính lực tương tác tĩnh điện q q3 câu c (chúng đặt cách 10 cm) chất parafin có số điện mơi  = Lời giải 108  2.108 q1.q a) Lực tương tác hai điện tích là: F  k  9.10  1,8.10 4 N r 0,1 b) Vì lực F tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách nên F '  7, 2.104 N  4F (tăng lên lần) khoảng cách r giảm lần: r '  c) F  k r 0,1   0, 05  m    cm  2 q1q F.r 3, 6.104.0,12 � q    4.108 C Vì lực đẩy nên q dấu q1 8 r k q1 9.10 10 d) Ta có: lực F tỉ lệ nghịch với  nên F '  F 3, 6.104   1,8.104 N  Ví dụ 4: Trong nguyên tử Hidro, electron chuyển động tròn quanh hạt nhân theo quỹ đạo tròn có bán kính 5.109 cm a ) Xác định lực hút tĩnh điện electron hạt nhân b) Xác định tần số chuyển động electron Biết khối lượng electron 9,1.1031 kg Lời giải a) Lực hút tĩnh điện electron hạt nhân: � e2 1, 6.1019 � F  k  9.109 �  9, 2.108 N 11 � r 5.10 � � b) Electron chuyển động tròn quanh hạt nhân, nên lực tĩnh điện đóng vai trò lực hướng tâm: e2 F 9, 2.10 4 F  k  m r �     4,5.1016 rad / s 31 11 r mr 9,1.10 5.10 Tần số chuyển động electron là: f    0, 72.1026 Hz 2 Ví dụ 5: Hai vật nhỏ giống (có thể coi chất điểm), vật thừa electron Tìm khối lượng vật để lực tĩnh điện lực hấp dẫn Cho số hấp dẫn G  6, 67.1011 N.m / kg Lời giải Lực tĩnh điện : F  k Để F = F’ k q1q q2 q1q m2 ; lực hấp dẫn  k F '  G  G r2 r2 r2 r2 q2 m2  G �m q r2 r2 k 9.109  1, 6.1019  1,86.109  kg  11 G 6, 67.10 Ví dụ 6: Hai điện tích q1 q2 đặt cách 20 cm khơng khí, chúng đẩy lực F = 1,8 N 6 Biết q1  q  6.10 C q  q1 Xác định dấu điện tích q1 , q Vẽ vecto lực điện tác dụng lên điện tích Tính q1 , q Lời giải Hai điện tích đẩy nên chúng dấu, mặt khác tổng hai điện tích số âm có hai điện tích âm: Fk q1q Fr � q q   8.1012 2 r k � q1  q  6.106 � Kết hợp với giả thuyết q1  q  6.10 C , ta có hệ phương trình � q1q  8.1012 � 6 6 12 Áp dụng hệ thức Viét  q1 , q hai nghiệm phương trình X   6.10  X  8.10  � � q1  2.106 C � � � q  4.106 C � q1  4.106 C � � � �� q  q1 � � q  2.106 C � q1  4.106 C � � � � � q  2.106 C � � Ví dụ 7: Cho hai cầu kim loại nhỏ, giống nhau, tích điện cách 20 cm chúng hút lực 1,2 N Cho chúng tiếp xúc với tách chúng đến khoảng cách cũ chúng đẩy lực lực hút Tính điện tích lúc đầu cầu Lời giải Hai cầu ban đầu hút nên chúng mang điện trái dấu � Fr 16 12 q q   q q   10 �1 k � Từ giả thuyết tốn, ta có � 2 192 6 �q1  q � Fr � � q1  q  � 10 � � � � � k � 192 6 16 Áp dụng hệ thức Viét � q1 , q nghiệm phương trình: X � 10 X  10 12  3 � � q  0,96.106 C q1  5,58.106 C � � � �1 � � q  5,58.106 C q  0,96.106 C � � DẠNG 2: LỰC ĐIỆN TỔNG HỢP TÁC DỤNG LÊN MỘT ĐIỆN TÍCH ur uu r - Khi điện tích điểm q chịu tác dụng nhiều lực tác dụng F1 , F2 , điện tích điểm q1 , q , r ur uu r uu r uu r gây hợp lực tác dụng lên q là: F  F1  F2  F3   Fn r - Các bước tìm hợp lực F điện tích q1 ;q tác dụng lên điện tích q : Bước 1: Xác định vị trí điểm đặt điện tích (vẽ hình) Bước 2: Tính độ lớn lực F1 ; F2 q1 ;q tác dụng lên q ur uu r Bước 3: Vẽ hình vectơ lực F1 , F2 r Bước 4: Từ hình vẽ xác định phương, chiều, độ lớn hợp lực F - Các trường hợp đặc biệt: ur uu r F1 ; F2 chiều F  F1  F2    0;cos   1 ur uu r F1 ; F2 ngược chiều F  F1  F2    ;cos   1 ur uu r F1 ; F2 vng góc F  F12  F22    90� ;cos    ur uu r  F1 ; F2 độ lớn  F1  F2  F  2F1 cos ur uu r 2 Tổng quát F  F1  F2  2F1F2 cos  ( góc hợp F1 ; F2 ) 8 8 Ví dụ 8: Hai điện tích q1  8.10 C;q  8.10 C đặt A, B khơng khí (AB = 6cm) Xác định lực 8 tác dụng lên q  8.10 C , a) CA = cm, CB = cm b) CA = cm, CB = 10 cm Lời giải r ur uu r Lực tổng hợp tác dụng lên q là: F  F1  F2 c) CA = CB = cm a) Vì AC + CB = AB nên C nằm đoạn AB ur q1 , q dấu nên F1 lực đẩy uu r q , q dấu nên F2 lực hút ur uu r ur uu r r Do F1 F2 chiều  F chiều F1 , F2 �8.108.8.108 8.108.8.108 q1q q q3 � F  F1  F2  k k  9.10  �  4.102  AC BC  2.102  � � � 0,18N � � b) Vì CB - CA = AB nên C nằm đường AB, khoảng AB, phía A F1  9.109 8.108.8.108  4.10  2  36.103 N; F2  9.109 8.108.8.108  10.10  2 ur uu r  5, 76.103 N Do F F ngược chiều, ur uu r F1  F2 ur r 3 � F chiều F1 F  F1  F2  30, 24.10 N c) Vì C cách A, B nên c nằm đường trung trực đoạn AB q1q q1q 3  23, 04.10 N; F  k  23, 04.103 N 2 AC CB ur uu r r Vì F1  F2 nên F nằm phân giác góc F1 ; F2 r r � F  CH (phân giác góc kề bù) � F / /AB ur uu r �   F1 ; F2  CAB F1  k     F  2F1 cos   2F1 AH  2.23, 04.105  27, 65.103 N AC 8 8 8 Ví dụ 9: Ba điện tích điểm q1  4.10 C;q  4.10 C;q  5.10 C đặt khơng khí đỉnh ABC tam giác đều, cạnh a = 2cm Xác định vector lực tác dụng lên q Lời giải uu r uur uur qq qq Ta có: F3  F13  F23 với F13  k ; F23  k 2 a a Vì q1  q � F13  F23    F13 , F23   120� � F3  F13  F23  9.10 4.108.5.108  2.10  2  45.10 3 N 9 9 Ví dụ 10: Người ta đặt điện tích q1  8.10 C, q  q  8.10 C ba đỉnh tam giác ABC cạnh 9 a = 6cm khơng khí Xác định lực tác dụng lên q  6.10 C đặt tâm O tam giác Lời giải Ta có r1  r2  r3  OA  3cm F1  k q1q qq  3, 6.104 (N); F2  k 22  3, 6.10 4 (N) AO BO q 3q  3, 6.104 (N) CO r ur uu r uu r ur uur Lực tác dụng lên q : F  F1  F2  F3  F1  F23 F3  k Ta có: F23  F22  F32  2F2 F3 cos120� 3, 6.104 N uur ur Vì ABC nên F23 ��F1 � F  F1  F23  7, 2.104 N 8 8 Ví dụ 11: Hai điện tích điểm q1  3.10 C, q  2.10 C điểm A B chân khơng, AB = 5cm 8 Điện tích q  2.10 C đặt M, MA = 4cm, MB = cm Xác định lực điện tổng hợp tác dụng lên q Lời giải Nhận thấy AB2  AM  MB2 � tam giác AMB vuông M ur uu r Gọi F1 , F2 lực điện tích q1 , q tác dụng lên q � 3.10 8.2.10 8 q1q � F1  k  9.10  3,375.10 3 N 2 AM 0, 04 � � 2.108.2.10 8 q 2q � F2  k  9.10  4.10 3 N � 2 BM 0, 03 � r ur uu r F  F1  F2 � F  F12  F22  5, 234.10 3 N Ta có: tan   F1 27  �  �40� F2 32 uu r Vậy lực tổng hợp tác dụng lên q có điểm đặt C, phương tạo với F2 góc  �40�và độ lớn 5, 234.103 N DẠNG 3: SỰ CÂN BẰNG CỦA MỘT ĐIỆN TÍCH r - Khi điện tích q đứng n họp lực tác dụng lên q : uur uur r uur uur uur uur � F10 ��F20 � F  F10  F20  � F10   F20 � � F10  F20 � - Dạng có loại: +) Loại có lực điện +) Loại có thêm lực học: Trọng lực: p = mg (luôn hướng xuống), Lực căng dây T, lực đàn hồi lò xo: F  k.l  k  l  l o  ; 8 8 Ví dụ 12: Hai điện tích điểm q1  10 C, q  4.10 C đặt A B cách 9cm chân không Phải 6 đặt điện tích q  2.10 C đâu để điện tích q nằm cân bằng? Lời giải uur uur uur uur Điều kiện cân q : F13  F23  � F13  F23 � điểm C phải thuộc AB Vì q1 , q dấu nên C phải nằm AB F13  F23 � k q1q q2 q3 q1 q2 CB  k �  �  � CB  2CA  1 � C gần A 2 2 CA CB CA CB CA Mặt khác: CA + CB = (2) Từ (1) (2) � CA  3cm,CB  cm Ví dụ 13: Tại ba đỉnh tam giác khơng khí, đặt ba điện tích giống q1  q  q  q  6.107 C Hỏi phải đặt điện tích q đâu, có giá trị để hệ điện tích cân bằng? Lời giải uur uur uur uu r uur r Xét điều kiện cân q : F13  F23  F03  F3  F03  uur uur q2 q2 F ; F  60 � � F  2F cos 30 �  F  3k 13 23 13 13 a2 a2 uur uu r F3 có phương đường phân giác góc C, lại có F03 ��F3 nên q nằm phân giác góc C Với F13  F23  k   Tương tự, q thuộc phân giác góc A B Vậy q trọng tâm G ABC uur uu r uur Vì F03 ��F3 nên F03 hướng phía G, lực hút nên q  q0q q2 F03  F3 � k  3k � q   q �3, 46.107 C a �2 3� �a � �3 � 8 8 Ví dụ 14: Hai điện tích q1  2.10 C, q  8.10 C đặt A B khơng khí AB = 8cm Một điện tích q đặt C a) C đâu để q cân b) Dấu độ lớn q để q1 ;q cân (Hệ điện tích cân bằng) Lời giải uu r uur uur r uur uur a) Để q cân bằng: F3  F13  F23  � F13   F23 � điểm C phải thuộc AB Vì q1  0, q  nên C nằm AB gần phía A Độ lớn F13  F23 � k q1q qq CA  k 23 �  CA CB CB q1  � CB  2CA  1 q2 Lại có: CB  CA  AB  8cm   CA  8cm � ; dấu độ lớn q tùy ý Từ (1) (2) � � CB  16cm � ur uur uur r uur uur uur uur F21� F31   -0 �F21 F31 F21 F31  3 b) Để q1 cân bằng: F1 - uur uuur Vì q1  0, q  nên F21 ��AB   uuur uuur Lại có: AC ��AB   uur uuur  � � F31�AC q1q q Từ (3), (4), (5) suy ޭ q1q q1q AC2 Độ lớn: F31  F21 � k k � q3  q � q  8.10 8 C 2 AC AB AB uur uur r � F13  F23  uur uur uur uur r � Vì �uur uur r � F13  F23  F21  F31  F21  F31  � uur uur r � F32  F12  � điện tích q cân Chú ý: Nếu hệ gồm n điện tích có (n - 1) điện tích cân hệ cân Ví dụ 15: Hai qua cầu nhỏ giống kim loại có khối lượng m = g treo vào điểm O sợi dây không dãn, dài 30 cm Cho hai cầu tiếp xúc với tích điện cho cầu thấy chúng đẩy dây treo hợp với góc 90° Tính điện tích mà ta truyền cho cầu Lấy g  10m / s Lời giải u r ur r Các lực tác dụng lên câu gồm: trọng lực P , lực căng dây T , lực tương tác tĩnh điện (lực tĩnh điện) F hai cầu ur u r r ur ur Khi cầu cân ta có: T  P  F  � T  R  ur ur � R phương, ngược chiều với T �   45� Ta có: tan 45� F � F  P  mg  0, 05N P � q1q q2 �F  k � F  k r Mà � r2 �q  q  q �1 Từ hình có: r   l sin 45�  l q2 2F Do đó: F  k � q  l  106 C 2l k 6 Vậy tổng độ lớn điện tích truyền cho hai cầu Q  q  2.10 C Ví dụ 16: Hai cầu nhỏ kim loại giống hệt treo hai đầu dây có chiều dài Hai đầu hai dây móc vào điểm Cho hai cầu tích điện nhau, lúc cân chúng cách r = 6,35 cm Chạm tay vào hai cầu, tính khoảng cách r’ hai cầu sau chúng đạt vị trí cân Giả thiết chiều dài dây lớn so với khoảng cách hai cầu lúc cân Lấy  1,5785 Lời giải u r r ur Các lực tác dụng lên cầu gồm: trọng lực P , lực tương tác tĩnh điện F lực căng dây treo T uu r u r ur ur ur Fd  P  T  � R  T  Khi cầu cân thì: 14 2uur 43   R ur F � R có phương sợi dây � tan   P � F  P tan   P r 2 �r � l � � �2 � 2 2 r� Pr �r � �r � 2 Nhận thấy: l  � � �� l  � ��l � l  � � �l � F  2l �2 � �2 � �2 � Lúc đầu: F1  k q Pr q2 P  � k   1 r 2l r 2l Giả sử ta chạm tay vào 1, kết sau cầu điện tích, lúc hai cầu khơng lực tương tác nên chúng trở vị trị dây treo thẳng đứng Khi chúng vừa chạm điện tích truyền sang lúc điện tích là: uur E hướng từ B sang C E1  U BA VB  VA 50   100     3000V / m d1 d1 0, 05 Ví dụ 8: Tìm hiệu điện hai vị trí M, N khơng khí Biết điện tích điểm q  3.10 9 C dịch chuyển từ M đến N thu lượng W  6.107 J Lời giải Năng lượng W công lực điện trường: W  A MN  qU MN � U MN  W  200V q Ví dụ 9: Điện tích Q  5.109 C đặt O khơng khí a) Cần thực cơng A1 để đưa điện tích q  4.108 C từ M (cách Q đoạn r1  40cm ) đến N (cách Q đoạn r2  25cm ) b) Cần thực công A để đưa q từ M chuyển động chậm dần xa vô Lời giải a) Điện M Q gây là: VM  kQ 9.109.5.109   112,5V rM 0, kQ 9.109.5.109   180V Điện N Q gây là: VN  rN 0, 25 Khi di chuyển q từ M đến N, lực điện (do điện trường điện tích Q gây ra) thực công: A  q  VM  VN   4.10 8  112,5  180   2, 7.10 6 J 6 Công cần thiết để di chuyển q từ M đến N là: A1   A  2, 7.10 J kQ 9.109.5.109   112,5V b) Điện M Q gây là: VM  rM 0, Điện vô Khi di chuyển q từ M vơ cùng, lực điện (do điện trường điện tích Q gây ra) thực công: A  q  VM  V�  4.108  112,5    45.107 J Để di chuyển q từ M vơ chậm dần phải có ngoại lực ngược chiều lực điện cơng cần thiết 7 để di chuyển từ M vô là: A  A  45.10 J 9 9 9 Ví dụ 10: Có điện tích điểm q1  15.10 C, q  12.10 C, q3  7.10 C, đặt ba đỉnh tam giác ABC, cạnh 10cm (hình vẽ) a) Tính điện tâm O tam giác b) H trung điểm BC Tính hiệu điện U OH c) Tính công cần thiết để electron chuyển động từ O đến H Lời giải Ta có: HB  HC  5cm  0, 05m AH  102  52  3cm  0, 05 3m Vì tam giác ABC � OA  OB  OC  2 10 0,1 AH  102  52  cm  m 3 3 a) Điện O VO  V1O  V2O  V3O  kq1 kq kq   OA OB OC � VO  9.109  15.10 9  12.10 9  7.10 9   1558,8V 0,1 b) Điện H VH  V1H  V2H  V3H  kq1 kq kq   BH AH CH � 15.109 12.109 7.109 � � VH  9.109 �   � 658,8V 0, 05 0, 05 � � 0, 05 � U OH  VO  VH  1558,8  658,8  900V c) Công cần thiết để electron chuyển động từ O đến H là: A OH  e.U OH  1, 6.1019.900  1, 44.1016 J 9 9 Ví dụ 11: Hai điện tích điểm q1  10 , q  4.10 C đặt cách a = 9cm chân không Tính điện điểm mà cường độ điện trường tổng hợp Lời giải uu r uur Gọi E1 , E vecto cường độ điện trường điện tích q1 , q gây uur uu r uur Theo nguyên lí chồng chất điện trường: E C  E1  E uur uu r uur Tại điểm C có E C  nên E1   E  Điểm C phải nằm đoạn nối hai điện tích Gọi khoảng cách từ C tới hai điện tích q1 , q r1 , r2 � kq1 kq r22 q  �   � r2  2r1  1 r12 r22 r12 q1 Mà r2  r1    Từ (1) (2) � r1  3cm, r2  6cm �q q � 109 4.109 � �   Điện C VC  k �  � 9.10 � � 900V 0, 06 � �0, 03 �r1 r2 � Ví dụ 12: Hai cầu kim loại bán kính R1, R2 tích điện tích q1 , q đặt hai nơi xa khơng khí Điện cầu V 1, V2 Hỏi nối hai cầu dây dẫn, electron chuyển động từ cầu sang cầu nào? Xét trường hợp: a) R  R ;q1  q  b) R  R ; V1  V2 So sánh q1 , q c) q1  0, q  Lời giải Quả cầu cô lập vật đẳng thế, điện tích nằm bề mặt cầu Điện cầu V  k q R Khi nối hai cầu dây dẫn, điện tích di chuyển từ cầu sang cầu điện cầu khác Electron mang điện tích âm di chuyển từ cầu có điện thấp đến cầu có điện cao a) Trường hợp 1: R  R ;q1  q  Điện thế: V1  k q1 q  V2  k : Electron di chuyển từ cầu (I) sang cầu (II) R1 R2 b) Trường hợp 2: R  R ; V1  V2 Điện thế: V1  V2 � k q1 q  k : Các electron khơng di chuyển R1 R2 Điện tích q1 ;q dấu q1  q c) Trường hợp 3: q1  0, q  Điện cầu I: V1  k q1 0 R1 Điện cầu II: V2  k q2 0 R2 Vì V1  V2 nên electron di chuyển từ cầu (II) sang cầu (I) Chú ý: Các electron di chuyển điện cầu ngừng, khơng di chuyển VẤN ĐỀ 4: TỤ ĐIỆN - Tụ điện hệ gồm hai vật dẫn đặt gần cách điện với Các vật dẫn gọi tụ điện Tụ điện dùng để tích điện phóng điện mạch điện - Điện dung C tụ điện đặc trưng cho khả tích điện tụ: C  1mF  103 F; 1F  106 F, 1nF  10 9 F, Q  F U 1pF  1012 F +) Điện dung tụ điện phẳng: C S 9.109.4d (với S(m2) phần diện tích giao hai tụ, d(m) khoảng cách hai tụ) +) Mỗi tụ điện có hiệu điện giới hạn định, sử dụng mà đặt vào tụ hđt lớn hđt giới hạn điện mơi hai bị đánh thủng - Ghép tụ điện: Ghép nối tiếp 1 1     Cb C1 C2 C3 Ghép song song C b  C1  C2   Cn U b  U1  U  U  U b  U1  U  U3  Q b  Q1  Q2  Q3  Q b  Q1  Q  Q3 - Năng lượng tụ lượng điện trường chứa tụ: W  +) Năng lượng tụ phẳng: W  Q2 CU  QU  2C 2 E V 9.109.8 +) Mật độ lượng điện trường tụ phẳng: w  W E  V 9.109.8 (với V=Sd thể tích vùng khơng gian tụ phẳng) Ví dụ 1: Một tụ điện có ghi 100nF – 10V a) Cho biết ý nghĩa số Tính điện tích cực đại tụ b) Mắc tụ vào hai điểm có hiệu đến U = 8V Tính điện tích tụ c) Muốn tích cho tụ điện điện tích 0, 5C cần phải đặt tụ hiệu điện bao nhiêu? Lời giải a) Con số 100nF cho biết điện dung tụ điện 100nF Con số 10V cho biết hiệu điện cực đại đặt vào hai tụ 10V 9 6 Điện tích cực đại tụ tích được: Q max  CU max  100.10 10  10  C  9 7 b) Điện tích tụ tích mắc tụ vào hiệu điện thế: U  8V là: Q  CU  100.10  8.10  C  c) Hiệu điện cần phải đặt vào tụ là: U  Q 0,5.106   5 V C 100.109 Ví dụ 2: Một tụ phẳng có hình tròn bán kính 10cm, khoảng cách hiệu điện hai tụ 1cm; 108 V Giữa khơng khí Tìm điện tích tụ điện Lời giải Điện dung tụ điện C  S R 0,12    2,78.1011 F 4kd 4kd 4.9.109.0, 01 Điện tích tụ Q  CU  2, 78.1011.108  3.109 C Ví dụ 3: Hai tụ điện phẳng có dạng hình tròn bán kính R = 60cm, khoảng cách d  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 khơng khí chịu 3.105 V / m Lời giải Điện dung tụ điện C  R 0, 62   5.109 F 3 4kd 4.9.10 2.10 Hiệu điện lớn đặt vào hai đầu tụ U  Ed  3.105.0, 002  600V Điện tích lớn tụ tích để không bị đánh thủng Q  CU  5.109.600  3.106 C Ví dụ 4: Tụ điện phẳng khơng khí có điện dung C  500pF tích điện đến hiệu điện U  300V a) Ngắt tụ khỏi nguồn, nhúng vào chất điện môi lỏng   Hiệu điện thế, lượng điện trường hai tụ điện nhiêu? b) Vẫn nối tụ với nguồn, nhúng vào chất điện môi lỏng   Hiệu điện thế, lượng điện trường hai tụ điện nhiêu? Lời giải a) Khi đặt khơng khí điện tích tụ 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 C '  S  C  10 9 F 4kd 2 1,5.10 7  Năng lượng lòng tụ: W '  Q '  Q    1,125.105 J d 2C ' 2C 2.2.500.1012 b) Vẫn nối tụ với nguồn nhúng vào chất điện mơi thì: Hiệu điện tụ khơng đổi: U '  U  300V Điện dung tụ tăng: C '  S  C  109 F 4kd Điện tích tích tụ tăng: Q  C ' U '  300.10 9 C 1 9 9 Năng lượng lòng tụ tăng: W '  C ' U '  CU  2.10 300  300.10 J 2 Ví dụ 5: Tụ phẳng khơng khí điện dung C = 2pF tích điện hiệu điện U = 600V a) Tính điện tích Q tụ b) Ngắt tụ khỏi nguồn, đưa hai tụ xa để khoảng cách tăng gấp Tính C1 , Q1 , U1 , W1 tụ c) Vẫn nối tụ với nguồn, đưa hai tụ xa để khoảng cách tăng gấp lần Tính C , Q , U tụ Lời giải a) Điện tích tụ: Q  CU  2.102.600  1, 2.109 C 9 b) Khi ngắt tụ khỏi nguồn, điện tích tụ khơng đổi nên Q1  Q  1, 2.10 C Điện dung tụ điện: C1  S C   1012 F  1pF 9.10 4.2d Hiệu điện tụ điện: U1  Q1 1, 2.109   1200V C1 1012 c) Khi nối tụ với nguồn điện: hiệu điện tụ không đổi: U  U  600V Điện dung tụ: C  S C   1012 F  1pF 9.10 4.2d 12 9 Điện tích tụ: Q  C U  10 600  0, 6.10 C Ví dụ 6: Tụ phẳng khơng khí d = 1,5cm nối với nguồn U = 39kV (khơng đổi) a) Tụ có hư khơng biết điện trường giới hạn khơng khí 30kV/cm? b) Sau đặt thủy tính có   7;l  0,3cm điện trường giới hạn 100kV/cm vào khoảng giữa, song song Tụ có hư khơng? Lời giải Điện trường tụ là: E  U 39   26kV / cm d 1,5 a) Trường hợp điện trường giới hạn 30kV/cm: E  E gh nên tụ không bị hư b) Trường hợp điện trường giới hạn 100kV/cm: Khi có thủy tinh, điện dung tụ tăng lên, điện tích tụ tăng lên làm cho điện trường khoảng khơng khí tăng lên Gọi E1 cường độ điện trường phần khơng khí E cường độ điện trường phần thủy tinh U  E1  d  l   E l E  � E1  U l dl    39 0,3 1,5  0,3  E1   31, 4kV / cm Vì E 1 E gh  30kV / cm nên khơng khí bị đâm xuyên trở nên dẫn điện, hiệu điện U nguồn đặt trực tiếp vào thủy tinh, điện trường thủy tinh là: E '2  U 39   130kV / cm  E gh  100kV / cm nên thủy tinh bị đâm xuyên, tụ điện bị hư l 0,3 BÀI TẬP TỰ LUYỆN Câu 1: A B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D Câu 2: A Câu 3: A Câu 4: A Câu 5: A Câu 6: A Câu 7: A Câu 8: A Câu 9: A Câu 10: A Câu 11: A Câu 12: A Câu 13: A Câu 14: A Câu 15: A Câu 16: A Câu 17: A Câu 18: A B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D Câu 19: A Câu 20: A Câu 21: A Câu 22: A Câu 23: A Câu 24: A Câu 25: A Câu 26: A Câu 27: A Câu 28: A Câu 29: A Câu 30: A Câu 31: A Câu 32: A Câu 33: A Câu 34: A Câu 35: A Câu 36: A B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D Câu 37: A Câu 38: A Câu 39: A Câu 40: A Câu 41: A Câu 42: A Câu 43: A Câu 44: A Câu 45: A Câu 46: A Câu 47: A Câu 48: A Câu 49: A Câu 50: A Câu 51: A Câu 52: A Câu 53: A Câu 54: A B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D Câu 55: A Câu 56: A Câu 57: A Câu 58: A Câu 59: A Câu 60: A Câu 61: A Câu 62: A Câu 63: A Câu 64: A Câu 65: A Câu 66: A Câu 67: A Câu 68: A Câu 69: A Câu 70: A Câu 71: A Câu 72: A B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D Câu 73: A Câu 74: A Câu 75: A Câu 76: A Câu 77: A Câu 78: A Câu 79: A Câu 80: A Câu 81: A Câu 82: A Câu 83: A Câu 84: A Câu 85: A Câu 86: A Câu 87: A Câu 88: A Câu 89: A Câu 90: A B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D B C D Câu 91: A Câu 92: A Câu 93: A Câu 94: A Câu 95: A Câu 96: A Câu 97: A Câu 98: A Câu 99: A Câu 100: A LỜI GIẢI BÀI TẬP TỰ LUYỆN Câu 1: Câu 2: Câu 3: Câu 4: Câu 5: Câu 6: Câu 7: Câu 8: Câu 9: Câu 10: Câu 11: Câu 12: Câu 13: Câu 14: Câu 15: Câu 16: Câu 17: Câu 18: Câu 19: Câu 20: Câu 21: Câu 22: Câu 23: Câu 24: Câu 25: Câu 26: Câu 27: Câu 28: Câu 29: Câu 30: Câu 31: Câu 32: Câu 33: Câu 34: Câu 35: Câu 36: Câu 37: Câu 38: Câu 39: Câu 40: Câu 41: Câu 42: Câu 43: Câu 44: Câu 45: Câu 46: Câu 47: Câu 48: Câu 49: Câu 50: Câu 51: Câu 52: Câu 53: Câu 54: Câu 55: Câu 56: Câu 57: Câu 58: Câu 59: Câu 60: Câu 61: Câu 62: Câu 63: Câu 64: Câu 65: Câu 66: Câu 67: Câu 68: Câu 69: Câu 70: Câu 71: Câu 72: Câu 73: Câu 74: Câu 75: Câu 76: Câu 77: Câu 78: Câu 79: Câu 80: Câu 81: Câu 82: Câu 83: Câu 84: Câu 85: Câu 86: Câu 87: Câu 88: Câu 89: Câu 90: Câu 91: Câu 92: Câu 93: Câu 94: Câu 95: Câu 96: Câu 97: Câu 98: Câu 99: Câu 100: ...  VẤN ĐỀ 2: ĐIỆN TRƯỜNG, CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG - Điện trường mơi trường bao quanh điện tích tác dụng lực điện lên điện tích khác đặt - Cường độ điện trường: đặc trưng cho độ mạnh yếu điện trường. .. VẤN ĐỀ 3: CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN THẾ NĂNG, ĐIỆN THẾ, HIỆU ĐIỆN THẾ - Công lực điện: A MN  q.E.d  J  với d  s.cos  +) A > 0: công phát động; A < 0: công cản +) Công lực điện tác dụng lên điện. .. chuyển điện cầu ngừng, khơng di chuyển VẤN ĐỀ 4: TỤ ĐIỆN - Tụ điện hệ gồm hai vật dẫn đặt gần cách điện với Các vật dẫn gọi tụ điện Tụ điện dùng để tích điện phóng điện mạch điện - Điện dung C tụ điện