Đang tải... (xem toàn văn)
Tụ điện là một linh kiện điện tử không thể thiếu được trong các thiết bị điện điện tử. Tụ điện là một linh kiện điện tử khá là quan trọng trong cuộc sống hằng ngày. Tụ mica được dùng nhiều trong các mạch dao động, mạch cộng hưởng. Chúng ta thường bắt gặp chúng trong mạch bóng đèn huỳnh quang, nguồn atx,...Tụ không phân cực được sử dụng trong bếp từ, tụ quạt. Trong quạt điện, động cơ điện một pha, tụ điện có tác dụng làm lệch từ trường để khởi động quạt, nếu nó chết quạt sẽ không quay. Tụ lọc nhiễu được sử dụng để lọc nhiễu cao tần. Nhiễu cao tần có thể là xung xuất hiện sau khi sét đánh hoặc do các thiết bị điện khác gây ra đi theo đường điện lưới vào mạch. Tụ chống sét được mắc song song với nguồn AC IN và nằm sau cầu chì. Tụ chống sét giúp bảo vệ quá áp trong mạch này. Trong nhà trường phổ thông học sinh được học tụ điện ở phần Vật Lí lớp 11, Công nghệ lớp 12, và Vật lí 12. Trong khuôn khổ lớp 11 Học sinh được học tụ trong các mạch một chiều. Hơn nữa trong các đề thi các câu hỏi của phần tụ điện là không thể thiếu. Đặc biệt các đề thi học sinh giỏi phần tụ điện thương là các bài toán khó. Học sinh phải nắm chắc kiến thức, hiểu rõ hiện tượng mới không bị nhầm. Để học sinh có những vốn kiến thức chắc chắn về tụ điện, đồng với kinh nghiệm giảng dạy ôn thi trung học phổ thông quốc gia, ôn thi học sinh giỏi. Trong quá trình tìm tòi và sưu tầm tài liệu tôi đã đưa ra các dạng giải bài tập phần tụ giúp học sinh học và làm bài được dễ dàng hơn.
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VĨNH PHÚC TRƯỜNG THPT BÌNH XUYÊN =====***===== BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Tên sáng kiến: HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP TỤ ĐIỆN TRONG MỘT SỐ MẠCH PHỨC TẠP Tác giả sáng kiến: Trần Thị Hoàn Mã sang kiến: 31.54.02 Vĩnh Phúc, Năm 2019 BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Tên sáng kiến: HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP TỤ ĐIỆN TRONG MỘT SỐ MẠCH PHỨC TẠP Vĩnh phúc, năm 2019 MỤC LỤC Lời giới thiệu : Tên sáng kiến: Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Ngày sáng kiến áp dụng lần đầu áp dụng thử : .5 Mô tả chất sáng kiến: A CƠ SỞ LÍ THUYẾT B PHÂN DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI I DẠNG I: ĐIỆN DUNG, ĐIỆN TÍCH, HIỆU ĐIỆN THẾ II DẠNG II: GHÉP TỤ CHƯA ĐƯỢC TÍCH ĐIỆN III DẠNG III: BỘ TỤ ĐƯỢC TẠO BỞI NHIỀU BẢN KIM LOẠI 11 IV DẠNG IV: CHO VÀO GIỮA HAI BẢN TỤ MỘT TẤM KIM LOẠI HOẶC MỘT TẤM ĐIỆN MÔI HOẶC NHÚNG CÁC BẢN TỤ VÀO ĐIỆN MƠI .13 V DẠNG V: TỤ CĨ CHỨA NGUỒN, TÍNH ĐIỆN LƯỢNG DỊCH CHUYỂN, SỐ ELECTRON DỊCH CHUYỂN, CHIỀU DỊCH CHUYỂN 17 VI DẠNG VI: TỤ CĨ CHỨA NGUỒN, TÍNH ĐIỆN LƯỢNG DỊCH CHUYỂN, SỐ ELECTRON DỊCH CHUYỂN, CHIỀU DỊCH CHUYỂN 19 VII DẠNG VII: BÀI TẬP LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG CỦA TỤ , ĐỘNG NĂNG CỦA CÁC BẢN 31 C THỰC NGHIỆM- ĐÁNH GIÁ 37 BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Lời giới thiệu : Vào tháng 10 năm 1745, Ewald Georg von Kleist Pomerania nước Đức, phát điện tích lưu trữ cách nối máy phát tĩnh điện cao áp với đoạn dây qua bình thủy tinh chứa nước Tay Von Kleist nước đóng vai trị chất dẫn điện, bình thủy tinh chất cách điện (mặc dù chi tiết thời điểm xác nhận miêu tả chưa đúng) Von Kleist phát thấy chạm tay vào dây dẫn phát tia lửa điện lớn sau ông cảm thấy đau, đau chạm tay vào máy phát tĩnh điện Sau năm, nhà vật lý người Hà Lan Pieter van Musschenbroek làm việc đại học Leiden, phát minh bình tích điện tương tự, đặt tên bình Leyden Sau Daniel Gralath người kết hợp nhiều bình tích điện song song với thành "pin" để tăng dung lượng lưu trữ Benjamin Franklin điều tra bình Leyden đến kết luận điện tích lưu trữ bình thủy tinh, nước người khác giả định Từ đó, thuật ngữ "battery" hay tiếng việt gọi "pin" thơng qua Sau đó, nước thay dung dịch hóa điện, bên bên ngồi bình layden phủ kim loại Để lại khoảng trống miệng để tránh tia lửa điện Bình layden bình tích điện có điện dung khoảng 1,11 nF (nano Fara) Từ tụ điện đời Tụ điện linh kiện điện tử thiếu thiết bị điện - điện tử Tụ điện linh kiện điện tử quan trọng sống ngày Tụ mica dùng nhiều mạch dao động, mạch cộng hưởng Chúng ta thường bắt gặp chúng mạch bóng đèn huỳnh quang, nguồn atx, Tụ không phân cực sử dụng bếp từ, tụ quạt Trong quạt điện, động điện pha, tụ điện có tác dụng làm lệch từ trường để khởi động quạt, chết quạt không quay Tụ lọc nhiễu sử dụng để lọc nhiễu cao tần Nhiễu cao tần xung xuất sau sét đánh thiết bị điện khác gây theo đường điện lưới vào mạch Tụ chống sét mắc song song với nguồn ACIN nằm sau cầu chì Tụ chống sét giúp bảo vệ áp mạch Trong nhà trường phổ thông học sinh học tụ điện phần Vật Lí lớp 11, Cơng nghệ lớp 12, Vật lí 12 Trong khn khổ lớp 11 Học sinh học tụ mạch chiều Hơn đề thi câu hỏi phần tụ điện thiếu Đặc biệt đề thi học sinh giỏi phần tụ điện thương tốn khó Học sinh phải nắm kiến thức, hiểu rõ tượng không bị nhầm Để học sinh có vốn kiến thức chắn tụ điện, đồng với kinh nghiệm giảng dạy ôn thi trung học phổ thông quốc gia, ôn thi học sinh giỏi Trong q trình tìm tịi sưu tầm tài liệu đưa dạng giải tập phần tụ giúp học sinh học làm dễ dàng Tên sáng kiến: HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP TỤ ĐIỆN TRONG MỘT SỐ MẠCH PHỨC TẠP Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Giảng dạy ôn thi THPT Quốc gia, ôn thi học sinh giỏi phần tụ điện lớp 11 Ngày sáng kiến áp dụng lần đầu áp dụng thử : 11/2018 5 Mô tả chất sáng kiến: A CƠ SỞ LÍ THUYẾT I Định nghĩa : Tụ điện hệ hai vật dẫn đặt gần Mỗi vật dẫn gọi tụ điện Khoảng khơng gian hai chân không hay bị chiếm chất điện mơi C Kí hiệu : II Điện dung tụ điện : đặc trưng cho khả tích điện tụ điện Trong : C điện dung tụ điện ; đơn vị : fara ; ký hiệu : F Q : độ lớn điện tích tụ điện (C) C C Q U S 4. kd III Cơng thức tính điện dung tụ điện phẳng : Trong : S : phần diện tích đối diện hai tụ (m2) : số điện môi chất điện môi chiếm đầy hai ; d : khoảng cách hai tụ IV Ghép tụ điện chưa tích điện cho tụ Ghép song song (C1 // C2 // Ghép nối tiếp (C1 nt C2 nt… Cách ghép …//Cn) nt Cn) Qb Q1 Q2 Qn Qb Q1 Q2 Qn Điện tích U b U1 U U n U b U1 U U U n Hiệu điện Điện dung Chú ý 1 1 Cb C1 C2 Cn Cb C1 C2 Cn * Ghép song song điện dung tăng lên * Nếu tụ điện giống C1 C2 Cn C Cb = n.C * Ghép nối tiếp điện dung giảm * Nếu tụ điện giống C1 C2 Cn C Cb C n V Năng lượng tụ điện (Năng lượng điện trường ) C.U W Q2 Q.U W W 2C hoặc Trong : V = S.d : thể tích khoảng khơng gian hai tụ S : phần diện tích đối diện hai (m2) d : khoảng cách hai tụ E W V 8. k B PHÂN DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI I DẠNG I: ĐIỆN DUNG, ĐIỆN TÍCH, HIỆU ĐIỆN THẾ I.1 PHƯƠNG PHÁP Áp dụng công thức: Lưu ý trường hợp sau + Nếu hai tụ mắc vào nguồn có hiệu điện U Hiệu điện hai tụ U + Nếu sau tích điện cho tụ ngắt tụ khỏi nguồn tụ khơng tích điện nên điện tích tụ khơng đổi 1.2 BÀI TẬP VÍ DỤ Bài 1.1 : Tụ phẳng khơng khí có hình trịn bán kính 6cm, khoảng cách tụ 1cm, nối với hiệu điện 300V a) Tính điện tích q tụ điện b) Ngắt điện khỏi nguồn, nhúng chúng vào chất điện mơi có số điệm mơi Tính điện dung C1, Q1, U1 c) Vẫn nối tụ với nguồn, nhúng chúng vào chất điện mơi có số điệm mơi Tính điện dung C2, Q2, U2 Bài giải: Áp dụng công thức Điện tích tụ là: Q = C.U = 3nC - Khi ngắt nguồn : tụ điện trạng thái cô lập nên Q1 = Q = 3nC Nhưng điện dung thay đổi chất điện môi : C1 C 2.0, 01 0,02nF � U1 Q1 150V C1 0, 02 - Khi nối với nguồn : � Q2 C2 U 0,02.300 6nC U2 = U = 300V � C2 C 2.0,01 0, 02nF Bài 1.2 : Tụ phẳng khơng khí có điện dung C = 600 pF Hiệu điện hai tụ 600V Tính điện tích tụ a) Ngắt tụ khỏi nguồn, đưa hai tụ xa để khoảng cách chúng tăng gắp đơi Tính điện dung C1, Q1, U1 b) Vẫn nối tụ với nguồn , đưa hai tụ xa để khoảng cách chúng tăng gắp đôi Tính điện dung C2, Q2, U2 Bài giải: a) Ta có Q C.U 600.600 36.10 pC Khi ngắt nguồn : Q1 = Q = 36.104pC � C1 d C.d � C1 300 pF � U1 1200V C d' 2d Khi đưa xa : b) Khi nối tụ : U2 = U = 600V, Q2 = 18.104pC II DẠNG II: GHÉP TỤ CHƯA ĐƯỢC TÍCH ĐIỆN 2.1 PHƯƠNG PHÁP Áp dụng công Ghép song song (C1 // C2 // Ghép nối tiếp (C1 nt C2 nt… Cách ghép …//Cn) nt Cn) Qb Q1 Q2 Qn Qb Q1 Q2 Qn Điện tích U b U1 U U n U b U1 U U U n Hiệu điện Điện dung Chú ý 1 1 Cb C1 C2 Cn Cb C1 C2 Cn * Ghép nối tiếp điện dung giảm * Nếu tụ điện giống * Ghép song song điện dung tăng lên * Nếu tụ điện giống C1 C2 Cn C C1 C2 Cn C Cb = n.C Cb C n 2.2 BÀI TẬP VẬN DỤNG Bài 2.1 :Cho năm điện dung mắc theo hình vẽ, cho C1 1 F ; C2 2 F ; C3 6 F ; C4 4 F ; C5 3 F U = 10V Tính điện dung hiệu AB điện mội tụ C4 A C3 C2 C5 B Bài giải: Ta có: [(C1//C2) nt C3] // C4 nt C5 : C12 = C1+C2 = 3µF; C123 C1234 C123 C4 6 F ; Cb C12 C3 6.3 2 F C12 C3 C1234 C5 6.3 2 F C1234 C5 C123 // C4 nên U123 = U4 = U1234 = (V) nên Q4 = C4.U4 = Q123 = C123.U123 = C12 nt C3 nên Q3 = Q12 = Q123 = suy U12 = Q12/C12 = C1 Do C1 // C2 nên U1 = U2 = suy Q1 = Q2 = Bài 2.2 :Cho tụ hình vẽ C1 3 F ; C2 6 F ; C3 C4 F ;U AB 20V Tính điện dung hiệu điện mội tụ A C1 C2 C3 C4 Bài giải: C12 Ta có: (C1 nt C2) // (C3 nt C4) : nên Cb = C12 + C34 = 4µF C C C1.C2 2 F C34 2 F C1 C2 C3 C4 Do C12 // C34 nên U12 = U34 = U = 20(V); Q12 = C12 U12 = 2.20 = 40 µC Do C1 nt C2 nên Q1 = Q2 = Q12 = 40µC; U1 = Q1/C1 = (V) ; U2 = (V) Q34 = C34.U34 = 40 µC = Q3 = Q4 nên U3 = Q3/C3 = 10( V) = U4 Bài 2.3: Trong hình bên: C1 = µF, C2 = 6µF, C1 A C2 C3= C4= 4µF, C5 = µF, U=900V Tìm hiệu điện UAB? C3 C4 B Bài giải: Gọi điểm nối C1 C3 M thì: UAB = UMB – UMA = U3 – U1 Mà ⇒ C₁₂₃₄ = C₁₂ +C₃₄ = 4μ F C₁₂₃₄ nt C₅ ⇒ Q₁₂₃₄ = Q₅ = Q U₁₂₃₄ + U₅ = U = 900 V ⇒ ⇒ Q = 2,4.10⁻³ = Q₁₂₃₄ = 2,4.10⁻3C ⇒ U₁₂₃₄ = 600V ⇒ U₁₂ = U₃₄ = 600 V Ta có U₁₂ = U₁ + U₂ = 600 ⇒ Mà Q₁ = Q₂ ⇒ Q₁ = Q₂ = 1,2.10⁻³ (C) ⇒ U₁ = 400 V Mặt khác U₃₄ = 600 ⇒ U₃ + U₄ = 600 ⇔ Mà Q₃ = Q₄ ⇒ Q₃ = Q₄ = 1,2.10⁻³ (C) ⇒ U₃ = 300 V Vậy: UMN = U₃ – U₁ = 300 – 400 = –100V Bài 2.4: Cho tụ mắc hình vẽ Trong : C1 = C2 = C3 = 6F ; C4 = 2F ; C5 = 4F ; UAB = 31V a) Điện dung tương đương tụ b) Điện tích hiệu điện tụ điện Bài giải: a) Ta có ; C123 = C12 + C3 = 9µF C5 U b) Qb = Cb.Ub = 36µC = Q4 = Q123 = Q5 U4 = = 18V; U5 = = 9V; U123 = U – U4 – U5 = 4V = U12 = U3 Q12 = C12.U12 = 12µC = Q1 = Q2 Q3 = C3.U3 = 24µC Bài 2.5: Một gồm n tụ điện giống nối tiếp với tích điện đến hiệu điện U Khi tụ lắp đầy chất điện mơi lỏng có số điện mơi Sau có k tụ điện điện mơi chảy ngồi.Hiệu điện tụ bị thay đổi sau tích điện cho tụ tụ tách khỏi nguồn điện Bài giải: Gọi C điện dung tụ ban đầu điện môi chưa bị chảy ngoài, điện C C1 = n dung tụ: C Điện tích tụ:Q = n U có k tụ có điện mơi chảy ngoài: - Điện dung tương đương k tụ: C C’ = k - Điện dung tụ cịn ngun điện mơi: Điện dung tụ mới: 1 k n k C2 C ' C " = C C C C” = n k C C2 = n k ( 1) Dù điện môi bị chảy k tụ điện tích tụ khơng đổi, nên hiệu điện tụ lúc này: Q n k ( 1) U C n U2 = = Vậy hiệu điện tụ tăng thêm lượng U = U2 – U1 = U k ( 1) n III DẠNG III: BỘ TỤ ĐƯỢC TẠO BỞI NHIỀU BẢN KIM LOẠI 3.1 PHƯƠNG PHÁP Bước 1: Vẽ sơ đồ mạch tụ Qui tắc vẽ: + Tụ điện tạo hai vật dẫn ngăn cách lớp điện môi + Hai nối với nguồn để + Hai nối với dây dẫn chúng điện nên chập với 10 R2 R3 UMN = I R2 + R3 = 0,8 V Điện tích tụ điện q’ = CUMN = 2.0,8 = 1,6 C Điện lượng chuyển qua điểm M q = q’ – q = -2,4 C Dấu trừ cho biết điện tích dương nối với M giảm, e chạy vào tụ c Khi K1 K2 đóng R2 R3 20 R3 360 38R3 R = R2 R3 20 R3 R = R + R = 20 R3 23 23 20 R3 R23 UMN = E R = 180 19 R3 40 R3 Điện tích tụ điện q’ = CUMN = 180 19 R3 (C) Khi ngắt K1, điện lượng qua R2 R3 q2 q3 800 q2 q3 q' R2 3600 q ' 19 R3 560 R R R R R R R 2 3 q + q = q’ q = = 3600 q3max 19R3 = R3 R3 = 3600 19 13,76 Khi q3max 0,7386 C BÀI 6.8: Cho mạch điện hình vẽ Nguồn điện có suất điện động E = 12V, điện K E r trở r = , điện trở R1 = R = 10 , R2 = 2R, tụ điện có điện dung M C2 C1 = C2 = 12 F, điện trở dây nối khố K khơng đáng kể A C1 Ban đầu khoá K mở, tụ điện chưa tích điện Sau đóng R1 R2 khố K N a Tính điện lượng chuyển qua dây MN b Tính nhiệt lượng toả điện trở R1 thời gian 10 phút c Tính lượng tụ điện C1 Bài giải: a) * Khi K mở: Mạch hở khơng có dịng điện mạch tụ khơng tích điện nên Q1 = Q2 * Khi K đóng Cường độ dịng điện qua mạch Hiệu điện hai tụ C1 là: Utu1 = U1 = I.R1 = Điện tích tụ C1 là: Q1’ = C1.Utu1 = Bản nối với M tích điện âm Điện lượng dịch chuyển qua M là: b) Nhiệt lượng tỏa R1 là: 25 B QR1 = I2.R1.t = 705,36J c) Năng lượng tụ C1 là: BÀI 6.9: Cho đoạn mạch với R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = , Rx biến trở, nguồn điện có suất điện động 5, 4V , tụ có C= 10 F , vơn kế có điện trở lớn a Cho Rx = vơn kế 3,6V Tính r điện tích tụ? b Xác định Rx để công suất Rx cực đại, tính cơng suất Bài giải: a (((R2 nt R4)//R5) nt Rx)//(R1 nt R3) (R24 = 6; R245 = 2; R245x = 3; R13 = 6) Rtd = 2 Do R1 = R3 mắc nối tiếp nên U1 = U3 = U/2= 1,8V Ix V R1 E, r M A R3 Rx C D R2 N R5 R4 Hình U 1,2A R x R245 Dịng điện Ix qua Rx: Tính điện trở r = U5 = U- RxIx = 2,4V Do R2 = R4 mắc nối tiếp nên U2 = U4 = U5/2= 1,2V UNM = UNA + UAM =-U2 + U1 = 0,6V >0 Vậy VN > UM N tích điện dương Q = CUNM = 6nC R td 6(R x 2) 5,4(R x 8) E I Rx : => R td r 7R x 20 b I13(R1 + R3) = Ix(Rx + R245) 6I13 = Ix(Rx + 2) I I I Ix 5,4(Rx 8) I 32,4 13 x 13 � Ix Rx Rx R x (7Rx 20)(Rx 8) 7R x 20 (32,4)2 Rx (32,4)2 Px R I (7Rx 20)2 (7 R 20 )2 x Rx x x Vậy =>Px lớn Rx 20 Khi Px(max) 1,875W BÀI 6.10: Cho mạch điện hình vẽ , nguồn điện có suất điện động E, điện trở r = R / 2, hai tụ điện có điện dung R C2 2R + - E, r r 26 C1 M N k B C C1 = C2 = C (ban đầu chưa tích điện) hai điện trở R 2R, lúc đầu khóa k mở Bỏ qua điện trở dây nối khố k Đóng k a.Tính điện lượng chuyển qua dây dẫn MN b.Tính nhiệt lượng tỏa điện trở R Bài giải: a +Khi k ngắt q1 = 0; q2 = nên tổng điện tích phía trái tụ điện q = + Khi k đóng q1 CE , q2 CE nên q’= q1 q2 2CE +Điện lượng từ cực dương nguồn đến nút A là: q’= 2CE ' ' ' ' + Gọi điện lượng qua AM q1, qua AN q2 , ta có : q’= q1 q2 = 2CE (1) +Gọi I1, I2 cường độ dòng điện trung bình đoạn AM AN ta có: q1 I1t I1 R 2 q2 I t I R +Từ (1) (2) suy ra: (2) q1 4CE 2CE ; q2 3 qMN q1 q1' 4CE CE CE 3 +Điện lượng dịch chuyển từ M đến N b +Công nguồn điện làm dịch chuyển điện tích q’ mạch : A = q’E = 2CE2 CE CE +Năng lượng hai tụ sau tích điện: W = 2 2R +Điện trở tương đương mạch AM là: RAM = +Tổng nhiệt lượng tỏa điện trở là: QAM + Qr = A - W = CE2 (3) +Trong đoạn mạch mắc nối tiếp nhiệt lượng tỏa tỉ lệ thuận với điện trở: QAM RAM Qr r QAM CE +Từ (3) (4) ta được: +Trong đoạn mạch mắc song song nhiệt lượng tỏa tỉ lệ nghịch với điện trở nên: QR R � QR QAM CE Q2 R R 21 R3 BÀI 6.11: Cho mạch điện hình vẽ E1=3V, E2=3,6V, R1=10Ω, R2=20Ω, R3=40Ω, bỏ qua điện trở hai nguồn Tụ có điện dung C=1μF a) Lúc đầu khóa K mở, tính cường độ dịng điện qua nguồn E1 điện tích tụ nối với M R3 b) Đóng khóa K, tính cường độ dịng điện qua nguồn điện lượng chuyển qua R4 Bài giải: B K E2 R1 R2 B M E2 R2 I2 E1 I A N R1 I1 R4 A N 27 E1 C M a) K mở: dòng qua nguồn E1 là: Điện tích tụ q0 = UMA.C= (E2-I0.R1) C = 2,6μC Và cực dương nối với M b) K đóng, vẽ lại mạch: Áp dụng định luật Ơm ta có: Lại có: I1=I+I2 (4) Thay số giải hệ phương trình ta được: UNB =1,2V, I1= 0,18A, I2= 0,12A, I= 0,06A Hiệu điện tụ: UMA= UMN + UNA = E2-I1.R1 = 1,8V Điện tích tụ: q = UMA.C = 1,8μC.(cực dương nối với M) Điện lượng chuyển qua R4 là: Δq = |q0-q| = 0,8 μC E1,r Bài 6.12: 1, Cho mạch điện gồm: E1 = 9V, r1 = 1,5 ; E2 = 4,5V, r2 = , R1 = , R2 = C1 F F A C1 = 0,6 , C2 = 0,3 Xác định điện tích tụ hiệu điện UMN khi: a, Khóa K mở R1 b, Khóa K đóng E2,r2 P K C2 B M R2 Bài giải: a, Khi K mở:(Hình a) E1, E2 mắc nối tiếp Theo định luật Ơm cho tồn mạch: I E1 E2 4,5 1( A) R1 R2 r1 r2 1,5 (1) Theo định luật Ơm cho đoạn mạch ngồi AB: UAB = I(R1 + R2)= 1(6+3) = 9(V) Ta có C1, C2 mắc nối tiếp � q1 q2 qb Cb U AB U AM C1C2 0, 6.0,3 U AB 106.9 1,8.106 (C ) C1 C2 0, 0,3 q1 1,8.10 6 U1 3(V ) C1 0, 6.10 6 � U MN U MA U AN 3 I R1 3 1.6 3(V ) E1,r 1, E2,r2 P K C1 E1,r 1, C2 A A Hình a C2 B M M R2 R1 K C1 B E2,r2 P R2 R1 N Hình b 28 N b, Khi K đóng :(Hình b) Tương tự câu a, I = 1(A) VM = VP � chập M P 6 6 Ta có U AM U AP E1 I r1 1.1,5 7,5(V ) � q1 C1.U AM 0, 6.10 7,5 4,5.10 (C ) U MB U PB E2 Ir2 4,5 1.3 1,5(V ) � q2 C2 U MB 0,3.106.1,5 0, 45.106 (C ) � U MN U MA U AN 7,5 I R1 7,5 1.6 1,5(V ) A Bài 6.13: Cho mạch điện hình vẽ bên: R1=r, R2 = 2r, R3=3r Lúc đầu K đóng, dịng điện R1 mạch ổn định người ta thấy Vôn kế U v + K E,r R � G = 27(V) V V C a) Tìm suất điện động nguồn điện b) Cho K mở, dòng điện ổn định, xác định số B Vôn kế lúc c) Xác định chiều số lượng Electron qua điện trở R1 sau K mở Biết C = 1000(µF) Bài giải: + a) Khi K đóng: I I1 I , U AD I1R1 I 2R hay U AD I1r I2 2r Xét cho toàn mạch: E I.r U AB I.r I1.r I.3r U U I DB Vv 3r 3r r Giải E = 42(V) Mà b) Khi K mở: Khi dòng ổn định E I1 0;I' R R3 r r , R1 M E, r F R2 R2 D R3 N R5 K P C D R3 Q R4 Hình U C U AB I ' (R R ) 35(V) Trước K mở điện tích tụ là: Q1 = C.U = 27.10-3C ' 3 Sau K mở, điện tích tụ điện Q C.U 35.10 (C) Lượng điện tích qua R Electron từ G qua R1 sang A Q Q1 ne 5.1016 e Số lượng electron qua R1 là: VII DẠNG VII: BÀI TẬP LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG CỦA TỤ , ĐỘNG NĂNG CỦA CÁC BẢN 7.1 PHƯƠNG PHÁP Bước 1:Tính lượng tụ lúc đầu Bước 2: Tính lượng tụ lúc sau Bước 3: Áp dụng định luật bảo toàn lượng Nếu không nối với nguồn 29 Nếu tụ mắc với nguồn Wbđ + Ang + ACần = WSau Ang = U.(Q2 – Q1) Công thực nguồn 7.2 BÀI TẬP ÁP DỤNG Bài tập 7.1: Tụ phẳng có S = 200cm2, điện mơi thủy tinh dày d = 1nn, ε = 5, tích điện hiệu điện U = 300V Rút thủy tinh khỏi tụ Tính độ biến thiên lượng tụ công cần thực Công dùng để làm gì? Xét trường hợp: a Tụ ngắt khỏi nguồn b Tụ nối với nguồn Bài giải - Khi khơng có thủy tinh: C C0 S 4kd S C 4kd - Khi có thủy tinh: a Khi ngắt tụ khỏi nguồn: Điện tích bảo tồn nên sử dụng cơng thức tính Q2 W 2C : lượng W Q2 2C Với Q = CU - Năng lượng tụ nối với nguồn: - Ngắt tụ khỏi nguồn, điện tích tụ điện khơng đổi nên Q = Q Năng lượng tụ điện W1 Q12 Q Q 2C0 C 2C sau rút thủy tinh là: - Công cần rút thủy tinh độ biến thiên lượng tụ: Q Q C �Q � ( 1)S A W1 W ( 1) � � U 1590.107 J 2C 2C �C � 2.4kd b Khi tụ nối với nguồn, hiệu điện khơng đổi U Tính lượng theo công thức: W CU 2 CU W Điện tích tụ Q = CU - Năng lượng tụ nối với nguồn: C U2 W2 - Năng lượng tụ rút thủy tinh: Điện tích tụ Q2 = C0U - Dùng định luật bảo toàn lượng để tính cơng cần thực để rút điện môi Trước hết ta chứng minh mạch có tụ mắc với nguồn điện, cơng nguồn điện lớn gấp hai độ biến thiên lượng tụ trình xảy Nếu điện tích tụ biến thiên lượng Δq, theo cơng thức 30 tính lượng tụ viết dạng W W qU qU , độ biến thiên lượng tụ bằng: - Khi có điện lượng Δq qua, nguồn điện thực công bằng: A ng = ΔqU (công lực lạ nguồn điện) - Vậy Ang = 2ΔW (1) - Áp dụng định luật bảo toàn lượng cho q trình khảo sát tốn ta có: A A ng W (2) - Từ (1) (2) ta có: A = -ΔW - Độ biến thiên lượng tụ là: 1 1 C0 U CU (C0 C)U (C C0 )U 2 2 ( 1)S A W (C C0 )U U 318.107 J 2.4kd - Vậy: W W2 W Bài tập 7.2: Hai tụ điện phẳng khơng khí giống có điện dung C mắc song song tích đến hiệu điện U ngắt khỏi nguồn Hai tụ cố định, cịn hai tụ chuyển động tự do.Tìm vận tốc tự thời điểm mà khoảng cách chúng giảm nửa Biết khối lượng tụ M, bỏ qua tác dụng trọng lực Bài giải - Năng lượng hệ hai tụ trước chưa di chuyển: W1=2 C.U2= C.U2 Điện tích hệ Q = 2C.U - Khi hai tụ di chuyển đến khoảng cách nửa lúc đầu, địên dung tụ 2C - Gọi W2 lượng hệ, U1 hiệu điện tụ lúc này: Q = Q1+ Q2 => 2C.U = (C + 2C)U1 = 3CU1 => U1 = U 2 1 U CU 2 2 2 2 1 1 W2 = C.U + 2C.U = C.U + C.U = C = - Độ biến thiên lượng hệ động mà hai tụ thu 2Wđ = W1 - W2 CU CU CU 3 2 Mv2 = vU C 3M => Bài tập 7.3: Một tụ điện phẳng khơng khí (tụ 1) gồm hai cực trịn có đường kính D đặt song song cách khoảng d Tích điện cho tụ đến hiệu điện U ngắt khỏi nguồn a, Tính lượng tụ Áp dụng số: D = 10cm, d = 0,5cm, U = 100V b, Dùng tụ thứ hai có tụ 1, khoảng cách hai 2d, tích điện đến hiệu điện U ngắt khỏi nguồn Sau đưa tụ vào lịng tụ 31 +- + x q2 -q2 3q2 để song song hoàn toàn đối diện So sánh lượng hệ tụ sau trước đưa tụ vào lòng tụ Bài giải a, Điện dung ; Năng lượng tụ: W = = 6,94.10-8 J b, Do khoảng cách tụ gấp đôi tụ nên C = 2C’ ; q1 = 2q2 Năng lượng tụ 1: ; tụ 2: Tổng lượng ban đầu hệ: W0 = W1 + W2 = *Trường hợp 1: Đưa dấu gần => tượng hưởng ứng, hệ gồm tụ + Tụ có điện tích q2 => + Tụ có điện tích 3q2 => C2 = C + Tụ có điện tích q2 => + N.lượng: ; ; Năng lượng hệ lúc này: Năng lượng hệ tăng * Trường hợp 2: Đưa trái dấu lại gần => Cũng có hệ tụ đ.tích q2 Tổng lượng hệ lúc này: =>Năng lượng hệ giảm Bài tập 7.4: Một tụ phẳng dược cấu tạo kim loại có dạng hình vng, diện tích 1m2, khoảng cách hai 5mm Tụ mắc vào cực nguồn có hiệu điện 2000V Người ta nhúng chìm hệ thống dầu với vận tốc v = 10cm/s (như hình vẽ h1) Biết số điện môi dầu = a Chọn mốc thời gian lúc bắt đầu nhúng tụ vào dầu, vẽ đồ thị biểu diễn thay đổi điện tích tụ b Sau nhúng chìm hẳn, người ta ngắt nguồn khỏi tụ đặt vào hai tụ kim loại có chiều dày 1mm, có diện tích lớn (hình h2) Tính: + Hiệu điện gữa hai tụ sau đặt kim loại vào tụ + Công cần thực để đưa kim loại vào tụ Bài giải - +- +- - x q2 -q2 -q2 -3q2 q2 -q2 -q2 + +- +q2 +q2 a a Tại thời điểm t ( t ≤ v = 10s ), tụ xem tụ mắc song song C1 C2 0 (a x)S 0 xS ad Với C1 = ; C2 = ad 0 (a x)S 0 xS 0S S( 1) v.t ad ad C = C1 + C2= + ad = d d Điện tích tụ thời điểm t: 0SU S( 1)U v.t ad q = CU = d a = 3,54.10 6 32 7 + 3,54.10 t x M với ≤ t ≤ 10s 0S 9 Sau 10s, điện dung tụ C = d = 3,54.10 (F) 6 q = CU = 7,08 10 (C) không đổi q(C) Đồ thị: 7,0 3,5 ' b Tụ xem hai tụ ghép nói tiếp C C 0S với C = y 10 ' t(s ) 0S C = d (y b) (b bề dầy kim loại) 0S C1' C'2 ' ' 9 điện dung tụ: C’ = C1 C = d b = 4,425.10 (F) ' ' 7, 08.10 6 q 9 U’ = C ' = 4, 425.10 = 1600(V) Năng lượng tụ trước đưa kim loại vào: W = qU = 7,08.10 – (J) Năng lượng tụ sau đưa kim loại vào: W’ = qU’ = 5,664.10 – (J) Công cần thực để đưa kim loại vào độ giảm lượng tụ: A = W – W’ = 1,416.10 – (J) Bài tập 7.5: Tụ phẳng khơng khí có diện tích đối diện hai S, khoảng cách x, nối với nguồn có hiệu điện U không đổi a Năng lượng tụ thay đổi x tăng b Biết vận tốc tách xa v Tính cơng suất cần để tách theo x c Công cần thiết độ biến thiên lượng tụ biến thành dạng lượng nào? Bài giải a Xét độ biến thiên khoảng cách Δx > Năng lượng tụ giảm P A 0SU v t 2x W 0SU 1 SU ( ) � x x x1 2x b c Công học lượng giải phóng khỏi tụ điện cơng thực để đưa điện tích nguồn, tồn phần lượng biến thành hóa nhiệt 33 Bài tập 7.6: Tụ phẳng khơng khí có chữ nhật có chiều cao H, cách đoạn d Mép chạm vào mặt điện môi lỏng ε có khối lượng riêng D Nối tụ với nguồn U, điện môi dâng lên đoạn h hai Bỏ qua tượng mao dẫn Tính h nếu: a Tụ nối với nguồn b Tụ ngắt khỏi nguồn trước cho tụ chạm vào mặt điện mơi Bài giải a Khi tụ tích điện, điện môi bị hút vào Công lực điện kéo điện môi lỏng vào biến thành trọng trường cột điện môi: h (Ddlh)gh 2 A= Với l chiều dài lh C1 d - Ban đầu điện mơi chưa dâng lên: Wt mg - Khi có cột điện môi dâng lên, coi hệ tụ gồm tụ ghép song song: 0 l(H h) lh ( 1)0lh C1 d d d Với H chiều cao tụ ( 1)0 lU h U (C2 C1 ) 2d - Công A = ΔW = C2 - Từ đó: h ( 1)0 U 2Dgd b Hiện tượng trên, cơng A tính bằng: h' kD H d ( 1)DgHU 2Dgd( 1) k A Q2 Q2 2C2 2C Với C C h 2( 1) Với 4k Bài tập 7.7: Hai tụ điện phẳng không khí giống nhau, điện tích tụ S = 400cm2 khoảng cách d = 0,6mm, tích điện nguồn điện có hiệu điện U0 = 500V, sau nối với hai điện trở R = 12,5kΩ (hình vẽ) Các tụ điện đưa cách d = 1,8mm thời gian t = 3s, theo hai cách: Đồng thời tách xa hai tụ tách tụ Hỏi cách tốn nhiều công bao nhiêu? Bài giải C R C - Tính điện dung C0 C tụ trước sau tách Tính R điện tích ban đầu Q0 tụ a Tách đồng thời: Hiệu điện hai tụ ln nên khơng có dịch chuyển điện tích qua điện trở, điện tích tụ giữ nguyên Q Công cần thiết A C0 C Q0 C0C là: b Tách lần lượt: Giả sử tách tụ trái trước - Áp dụng định luật bảo tồn điện tích mối liên hệ hiệu điện tính Q 1, Q2 tụ, từ tính ΔQ 34 - Có dịch chuyển điện tích qua R nên có tỏa nhiệt Công cần thiết là: A1 = QR + ΔW1 + ΔW2 - Tương tự sau tách tụ phải - Công cần thiết là: A = �Q (C C) � C0 C 10R � 0 � Q0 C0 C �t(C0 C) � C THỰC NGHIỆM- ĐÁNH GIÁ I Bảng điểm kiểm tra lớp thực nghiệm 11A1 Số TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Họ tên học sinh Vũ Xuân An Dương Vân Anh Lưu Thị Ánh Nguyễn Thị Hải Băng Nguyễn Ngọc Triều Châu Dương Văn Dân Nguyễn Chí Dũng Nguyễn Mạnh Dũng Đinh Khương Duy Nguyễn Quang Duy Trần Huy Duy Đường Trường Dương Nguyễn Xuân Hải Đăng Trần Ngọc Đăng Ngô Văn Đức Kiều Minh Giang Trần Thành Giang Nguyễn Thị Thu Hà Nguyễn Thị Thu Hằng Phan Thị Thu Hiền Nguyễn Hoàng Hiếu Nguyễn Cẩm Hoài Nguyễn Văn Hoàn Lương Quang Huy Trần Quang Huy Kim Thị Huyền Nguyễn Thị Ngọc Huyền Hứa Ngọc Khánh Tạ Đoàn Khuê 35 Điểm 10 8 8 9 10 7 9 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 II Nguyễn Thị Lan Dương Văn Lợi Nguyễn Thị Cẩm Ly Trịnh Huy Mạnh Trần Văn Minh Nguyễn Hải Nam Trần Ánh Ngọc Đinh Thị Oanh Nguyễn Văn Phương Lý Diễm Quỳnh Trần Thị Như Quỳnh Trịnh Tấn Sang Nguyễn Thị Kiều Trang Nguyễn Nam Trường Vũ Xuân Trường Nguyễn Thanh Tùng 7 8 8 7 8 Bảng điểm kiểm tra lớp thực nghiệm 11A2 Số TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Họ tên học sinh Bùi Việt Anh Nguyễn Hồng Anh Nguyễn Ngọc Anh Lê Thị Hồng Ánh Trần Mạnh Cường Nguyễn Thị Duyên Nguyễn Công Dương Trần Đăng Dương Dương Văn Đại Nguyễn Minh Hải Nguyễn Thành Hải Nguyễn Thị Hồng Hạnh Nguyễn Thị Hằng Nguyễn Thị Hậu Hà Thị Thanh Hoa Nguyễn Thị Hồng Trần Thị Thúy Hồng Trần Khang Nguyễn Quốc Khánh Hoàng Văn Lâm Nguyễn Thị Linh 36 Điểm 9 8 9 10 9 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 III TT Trần Ngọc Linh Trần Nhật Linh Nguyễn Thị Hồng Loan Nguyễn Văn Lượng Nguyễn Thị Sao Mai Nguyễn Thị Nga Nguyễn Thúy Nga Dương Thị Hồng Nhung Nguyễn Thị Hồng Nhung Nguyễn Thị Phương Nguyễn Loan Phượng Lương Văn Sang Nguyễn Văn Sang Bùi Thị Phương Thanh Đặng Thị Anh Thư Dương Anh Tiến Nguyễn Thị Thùy Trang Nguyễn Thu Trang Nguyễn Kim Tuấn Nguyễn Minh Tuấn Trần Nguyễn Minh Tùng Đặng Hoàng Việt Trần Quốc Việt Nguyễn Hải Yến 8 7 8 7 9 8 9 Kết thi học sinh giỏi vượt cấp lớp 12 năm học 2018 – 2019 Họ tên Lớp Thành tích Nguyễn Thị Hằng 11A2 giải ba Nguyễn Thị Thu Hằng 11A1 giải ba Nguyễn Thị Hải Băng 11A1 Khuyến khích Ngơ Văn Đức 11A1 Khuyến Khích - Từ kết tổng hợp cho thấy 100% học sinh lớp thực nghiệm đạt yêu cầu tỉ lệ giỏi tương đối cao Trong kì thi học sinh giỏi vượt cấp 100% học sinh đạt giải Như học sinh vận dụng tốt kĩ giải toán tụ thi, lần khẳng định sang kiến có khả áp dụng vào thực tế giảng dạy lớp đầu cao bồi dưỡng học sinh giỏi 37 - Về khả áp dụng sáng kiến: Từ kết giảng dạy kết kì thi học sinh giỏi tơi thấy học sinh thích làm tốn tụ điện Khi gặp dạng toán phức tạp em tư cách làm Có tập khó dài em làm tốt khơng cịn nhầm lẫn Kết thu cao Sáng kiến áp dụng để giảng dạy ôn thi trung học phổ thông quốc gia cho lớp đầu cao công tác bồi dưỡng học sinh giỏi Những thông tin cần bảo mật (nếu có): Khơng Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến: Sáng kiến áp dụng cho học sinh lớp đấu cao bồi dưỡng học sinh giỏi Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến theo ý kiến tác giả theo ý kiến tổ chức, cá nhân tham gia áp dụng sáng kiến lần đầu, kể áp dụng thử (nếu có) theo nội dung sau: Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến theo ý kiến tác giả: Áp dụng cho bồi dưỡng học sinh giỏi, Giảng dạy ôn thi THPT quốc gia Học sinh có tư tốt tập tụ điện Có nhìn sâu hơn, rõ dạng mạch tụ Học sinh có hứng thú với tập tụ điện 10 Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến theo ý kiến tổ chức, cá nhân: Học sinh có tư tốt tập tụ điện Có nhìn sâu hơn, rõ dạng mạch tụ Học sinh có hứng thú với tập tụ điện 38 11 Danh sách tổ chức/cá nhân tham gia áp dụng thử áp dụng sáng kiến lần đầu (nếu có): Số Tên tổ TT chức/cá nhân 11A1 Địa Phạm vi/Lĩnh vực áp dụng sáng kiến Trường THPT Bình Xuyên Bồi dưỡng học sinh giỏi phần tụ điện Giảng dạy ôn thi THPT quốc gia 11A2 Trường THPT Bình Xuyên Bồi dưỡng học sinh giỏi phần tụ điện Giảng dạy ôn thi THPT quốc gia Đội tuyển HSG Trường THPT Bình Xuyên ngày tháng năm Hiệu trưởng (Ký tên, đóng dấu) Bồi dưỡng học sinh giỏi phần tụ điện Bình xuyên, ngày.21.tháng năm 2019 Tác giả sáng kiến (Ký, ghi rõ họ tên) Trần Thị Hoàn 39 ... phần tụ giúp học sinh học làm dễ dàng Tên sáng kiến: HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP TỤ ĐIỆN TRONG MỘT SỐ MẠCH PHỨC TẠP Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Giảng dạy ôn thi THPT Quốc gia, ôn thi học sinh. .. tích điện cho tụ tụ tách khỏi nguồn điện Bài giải: Gọi C điện dung tụ ban đầu điện môi chưa bị chảy ngoài, điện C C1 = n dung tụ: C Điện tích tụ: Q = n U có k tụ có điện mơi chảy ngồi: - Điện. .. C3.U3 = 24µC Bài 2.5: Một gồm n tụ điện giống nối tiếp với tích điện đến hiệu điện U Khi tụ lắp đầy chất điện mơi lỏng có số điện mơi Sau có k tụ điện điện mơi chảy ngoài.Hiệu điện tụ bị thay
