Bài giảng chi tiết Vật lí 11

A P   UI t Trong đó: o P: công suất điện W o A: điện năng tiêu thụ công của dòng điện J o t: thời gian dòng điện chạy qua s VD1: Tính điện năng tiêu thụ và công suất điện khi dòng điện[r]

Bài giảng chi tiết Vật lí 11 Phần 1: ĐIỆN HỌC ĐIỆN TỪ HỌC Chương 1: ĐIỆN TÍCH ĐỊNH LUẬT CU – LÔNG Bài 1: ĐIỆN TÍCH ĐỊNH LUẬT CU – LÔNG I – Sự nhiễm điện các vật, điện tích, tương tác điện Sự nhiễm điện các vật - Ta có thể làm cho vật bị nhiễm điện cách cọ xát nó vào vật khác (VD: thủy tinh cọ xát vào lụa) - Khi nhiễm điện vật khả hút các vật nhẹ khác mẩu giấy, bụi vải… Điện tích Điện tích điểm - Vật đã bị nhiễm điện gọi là vật mang điện hay điện tích Đơn vị điện tích là Culông (C) - Điện tích điểm là vật bị nhiễm điện có kích thước nhỏ so với khoảng cách mà ta xét Điện tích điện tích điểm xem tập trung tâm điện tích Tương tác điện Hai loại điện tích - Hai điện tích đặt gần có thể đẩy hút Sự đẩy hay hút đó gọi là tương tác điện - Có hai loại điện tích là điện tích dương (+) và điện tích âm (-) o Hai điện tích cùng loại thì đẩy o Hai điện tích khác loại thì hút - Lực tương tác hai điện tích là hai lực trực đối (cùng phương, ngược chiều, cùng độ lớn khác điểm đặt) II – Định luật Cu-lông Hằng số điện môi Định luật Cu-lông Nội dung: Lực tương tác hai điện tích điểm có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích, có độ lớn tỉ lệ thuận với hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách hai điện tích đó Công thức: F  k q1q2 r2 Trong đó: o k = 9.109: hệ số tỉ lệ (hằng số Cu-lông) (Nm2/C2) o q1, q2: độ lớn hai điện tích (C) o r: khoảng cách hai điện tích Hằng số điện môi a Điện môi Điện môi là môi trường cách điện b Hằng số điện môi Khi đặt hai điện tích điện môi thì lực tương tác chúng yếu  lần so với chân không  gọi là số điện môi - Hằng số điện môi chân không là 1, không khí xem 1, các điện môi khác luôn lớn qq - Công thức ĐL Cu-lông có thể viết lại là F  k 22 r VD1: Hai điện tích điểm giống hệt nhau, đặt cách đoạn 2cm không khí, đẩy lực 10N a Tính độ lớn điện tích b Sau đó đặt hai điện tích trên vào rượu êtylic có số điện môi 2,5 với khoảng cách trên thì lực tĩnh điện là bao nhiêu ? GV: Mai Quang Hưởng (0962519223) Lop11.com Bài giảng chi tiết Vật lí 11 c Vẫn giữ hai điện tích rượu êtylic câu b) tăng khoảng cách chúng lên lần thì lực tương tác bây là bao nhiêu ? ĐS: 6,7.107 C VD2: Hai cầu kim loại nhỏ, mang điện tích q1 và q2 đặt không khí, cách đoạn 1m, đẩy lực 1,8N Điện tích tổng cộng (tổng đại số) chúng là 3.10-5C a Tính q1,q2 b Đặt hai điện tích trên vào môi trường có số điện môi 2,5 Tính lại lực tương tác hai điện tích ĐS: 2.10-5C; 10-5C VD3: Hai điện tích điểm q1=8.10-9C và q2=4.10-9C đặt cố định hai điểm A và B chân không, cách đoạn d=10cm Đặt trung điểm AB điện tích q3=-10-9C a Vẽ lực tương tác q1 và q2 lên q3 b Tính độ lớn lực điện tác dụng lên q3 ĐS: 1,6.10-5N Bài 2: THUYẾT ÊLECTRON ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ĐIỆN TÍCH I – Thuyết êlectron - Cấu tạo nguyên tử (SGK) Điện tích êlectron là qe=-1,6.10-19C Khối lượng êlectrôn là me=9,1.10-31kg Điện tích prôton là qp=+1,6.10-19C Khối lượng êlectrôn là mp=1,67.10-27kg Thuyết êlectron Êlectron có thể dịch chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác Nguyên tử bị êlectron thì nhiễm điện âm, nguyên tử nhận thêm êlectron thì nhiễm điện dương - Sự di chuyển và cư trú êlectron đã tạo nên các tượng điện II – Vận dụng Chất cách điện và chất dẫn điện - Chất dẫn điện là chất có chứa các điện tích tự Chất cách điện là chất không chứa các điện tích tự - Điện tích tự là các điện tích di chuyển tự bên thể tích vật dẫn Trong kim loại, điện tích tự là êlectron tự Sự nhiễm điện tiếp xúc Khi cho vật chưa nhiễm điện tiếp xúc với vật đã nhiễm điện thì vật nhiễm điện cùng dấu với vật đó Đó là nhiễm điện tiếp xúc Sự nhiễm điện hưởng ứng - Khi đưa cầu A nhiễm điện dương lại gần MN chưa nhiễm điện thì đầu M gần cầu nhiễm điện âm còn đầu N xa cầu nhiễm điện dương Đó là nhiễm điện hưởng ứng - Khi đưa MN xa thì MN trở lại trạng thái trung hòa điện ban đầu III – Định luật bào toàn điện tích Trong hệ cô lập điện, tổng đại số các điện tích là không đổi q1  q2  q1  q2 GV: Mai Quang Hưởng (0962519223) Lop11.com Bài giảng chi tiết Vật lí 11 VD1: Hai cầu nhỏ, giống nhau, kim loại Quả cầu A mang điện tích 4,50μC; cầu B mang điện tích – 2,40μC Đăt hai cầu cách 1,56cm không khí a Tính lực tương tác điện hai cầu b Cho chúng tiếp xúc đưa trở lại vị trí cũ Tính lại lực tương tác ĐS: 40,8N VD2: Hai cầu kim loại nhỏ tích điện q1 và q2 đặt chân không cách doạn r=10cm, chúng đẩy lực F1=0,045N Cho hai cầu tiếp xúc đưa vị trí cũ thì chúng đẩy lực F2=0,081N Tính điện tích q1 và q2 ban đầu ĐS: (5.10-7C; 10-7C) và (-5.10-7C; -10-7C) Bài 3: ĐIỆN TRƯỜNG VÀ CƯỜNG ĐỘ ĐIỆN TRƯỜNG ĐƯỜNG SỨC ĐIỆN I – Điện trườg Môi trường truyền tương tác điện Hai điện tích không tiếp xúc tương tác với Phải có môi trường nào đó truyền tương tác điện hai điện tích Môi trường đó gọi là điện trường Điện trường Là dạng vật chất tồn xung quanh điện tích và gắn liền với điện tích Điện trường tác dụng lên điện tích khác đặt nó C1: Nhận biết điện trường cách nào ? II – Cường độ điện trường Khái niệm cường độ điện trường Ta thấy đặt điện tích thử q vào điện trường điện tích Q thì lực điện tác dụng lên q càng yếu q càng xa Q Vì cần xây dựng khái niệm đặc trưng cho độ mạnh, yếu điện trường Khái niệm đó gọi là cường độ điện trường Cường độ điện trường Cường độ điện trường điểm đặc trưng cho tác dụng điện trường điểm đó Nó xác định thương số độ lớn lực điện với độ lớn điện tích đặt điểm xét F E q Trong đó E là cường độ điện trường điểm xét Véctơ cường độ điện trường E F q Véctơ CĐĐT có: - Phương và chiều trùng với phương và chiều lực điện tác dụng lên điện tích thử q dương (Suy lực diện tác dụng lên điện tích âm ngược chiều với CĐĐT) - Chiều dài (môđun) biểu diễn độ lớn CĐĐT theo tỉ xích cho trước Đơn vị CĐĐT Đơn vị CĐĐT là vôn trên mét (V/m) CĐĐT gây điện tích điểm CĐĐT gây điện tích điểm Q điểm M có: - Phương trùng với đường nối Q và M - Chiều hướng xa Q Q>0, hướng Q Q<0 - Độ lớn: E  Q F k q r o Q: trí số điện tích (C) GV: Mai Quang Hưởng (0962519223) Lop11.com Bài giảng chi tiết Vật lí 11 o r: khoàng cách từ Q đến M (m) Nguyên lí chồng chất điện trường Nếu điểm không gian có điện trường hai điện tích chồng chất lên đó thì CĐĐT tổng hợp xác định E  E1  E2 Về mặt độ lớn thì E  E12  E22  E1E2 cos  Với α là góc hợp E1 và E2 VD1: Một điện tích +2.10-8C đặt không khí a Hãy tính cường độ điện trường điểm M cách điện tích 5cm b Đưa điện tích vào môi trường có số điện môi 2,5 Hãy tính cường độ điện trường N cách điện tích 2,5cm ĐS: 72000V/m; 115200V/m VD2: Hai điện tích điểm có độ lớn q1=0,2nC và q2=-0,8nC đặt cách đoạn AB=6cm chân không a Tính độ lớn cường độ điện trường điện tích tạo điểm M trung điểm AB b Vẽ véctơ và tính độ lớn cường độ điện trường tổng hợp M ĐS: 2000V/m; 8000V/m; 10000V/m VD3: Hai điện tích điểm q1=5.10-8C và q2=-5.10-8C đặt cố định hai đỉnh A và C tam giác vuông ABC (vuông B) chân không Biết AB=6cm và BC=8cm a Vẽ và tính độ lớn cường độ điện trường B b Cũng với điều kiện trên đặt hai điện tích vào môi trường có số điện môi là thì độ lớn cường độ điện trường B bây là bao nhiêu ? ĐS: 143418V/m; 71709V/m III – Đường sức điện Định nghĩa Là đường mà tiếp tuyến điểm nó là giá véctơ CĐĐT điểm đó Nói cách khác, đường sức điện là đường mà lực điện tác dụng dọc theo đó Các đặc điểm đường sức điện - Qua điểm điện trường có đường sức điện và mà thôi - Hướng đường sức điện điểm là hướng vectơ cường độ điện trường điểm đó - Đường sức điện điện trường tĩnh điện là đường không khép kín Nó từ điện tích dương và kết thúc điện tích âm - Quy ước: Ở chỗ cường độ điện trường lớn thì các đường sức điện mau (gần nhau), còn chỗ cường độ điện trường nhỏ thì các đường sức điện thưa Điện trường Điện trường là điện trường mà vectơ cường độ điện trưởng điểm có cùng phương, chiều và độ lớn và đường sức điện là đường thẳng song song cách Bài 4: CÔNG CỦA LỰC ĐIỆN GV: Mai Quang Hưởng (0962519223) Lop11.com Bài giảng chi tiết Vật lí 11 I – Công lực điện a Xét điện tích q dương dịch chuyển đoạn trên đoạn MN điện trường hình vẽ - Khi q dịch chuyển từ M đến N, MN làm với đường sức điện góc α và MN = s - Ta có công thức tính công lực điện là AMN  Fs  Fs cos  - Trong đó: F  qE và d  M N   s cos  - Suy ra: AMN  qEd o α: là góc hợp lực F và độ dời s o d: là độ dài hình chiếu độ dời s lên đường sức, có giá trị đại số - Biện luận: o Nếu α < 900 thì d > suy AMN > o Nếu α > 900 thì d < suy AMN < o Nếu α = 900 thì d = suy AMN = - Kết trên phù hợp với điện tích q âm b Khi điện tích q dịch chuyển trên đoạn đường MBN ta chứng minh AMN  qEd với d  M N  Kết luận: Công lực điện không phụ thuộc vào hình dạng đường mà phụ thuộc vào vị trí điểm đầu và điểm cuối đường điện trường Lực điện gọi là lực VD1: Một điện tích q=0,5µC dịch chuyển từ điểm M đến N cách 4,5cm điện trường E=2500V/m (như hình vẽ) Hãy tính công lực điện để dịch chuyển q a từ M đến N b từ N đến M ĐS: 3,9.10-5N; -3,9.10-5N VD2: Một điện tích q=10-8C dịch chuyển dọc theo các cạnh tam giác ABC cạnh a=20cm đặt điện trường có cường độ E=300V/m có đường sức song song với cạnh BC và hướng từ B đến C Tính công lực điện qua trình dịch chuyển qua cạnh tam giác ĐS: AAB=ACA=-3.10-7J; ABC=6.10-7J II – Thế điện tích điện trường Khái niệm điện tích điện trường Thế điện tích q đặc trưng cho khả sinh công lực điện đặt q điểm xét điện trường Được xác định công lực điện dịch chuyển q âm WM  AM  qEd M với dM là khoàng cách từ M đến âm GV: Mai Quang Hưởng (0962519223) Lop11.com Bài giảng chi tiết Vật lí 11 Trong điện trường thì ta lấy mốc vô cùng (là nơi là điện trường và lực điện hết tác dụng) WM  AM  Công lực điện và độ giảm điện trường Khi điện tích q di chuyển từ điểm M đến N thì công lực điện độ giảm điện tích q điện trường AMN  WM  WN VD3: (*) Một êlectron thả không vận tốc ban đầu sát âm, điện trường hai kim loại phẳng, tích điện trái dấu Cường độ điện trường hai là 1000V/m Khoảng cách hai là 1cm Cho biết qe=-1,6.10-19C và me=9,1.10-31kg a Tính động êlectron nó đến đập vào dương b Tính vận tốc electron nó đập vào dương Gợi ý: Áp dụng định lí biến thiên động để tính ĐS: 1,6.10-18J; gần 1,9.106 m/s Bài 5: ĐIỆN THẾ HIỆU ĐIỆNTHẾ I – Điện Khái niệm điện Trong công thức WM  qEd M thì tích số Ed M có giá trị không phụ thuộc vào q mà phụ thuộc vào CĐĐT M Ta viết lại WM  qVM VM gọi là số tỉ lệ, ta còn gọi nó là điện M VM  WM q Định nghĩa điện Điện M là đại lượng đặc trưng cho điện trường mặt tạo điện tích q Được xác định thương số công lực điện dịch chuyển điện tích q từ M mốc và trị số q A A VM  M  M  q q Đơn vị điện Đơn vị điện là vôn (V) Đặc điểm điện - Điện là đại lượng đại số (có thể dương, âm 0) - Điện âm (điện trường đều) và vô cùng (điện trường bất kỳ) II – Hiệu điện Hiệu điện hai điểm M và N Hiệu điện hai điểm M và N điện trường: U MN  VM  VN Định nghĩa U MN  VM  VN U MN  AM  AN  AMN  AN   AN    q q q U MN  AMN q Hiệu điện hai điểm M, N điện trường đặc trưng cho khả sinh công điện trường di chuyển điện tích q từ M đến N Nó xác định thương số công lực điện tác dụng lên điện tích q di chuyển từ M đến N và độ lớn q GV: Mai Quang Hưởng (0962519223) Lop11.com Bài giảng chi tiết Vật lí 11 VD1: Tính công mà lực điện tác dụng lên êlectron sinh nó chuyển động từ điểm M đến điểm N Biết hiệu điện UMN = 50V ĐS: -8.10-18J Liên hệ hiệu điện và CĐĐT A qEd U MN  MN  q q U  dE Hay U E d Công thức trên cho ta thấy đơn vị E là V/m Đo hiệu điện điện trường Ta đo hiệu điện tĩnh điện kế VD2: Ba điểm A, B, C tạo thành ba đỉnh tam giác vuông B Biết AB=6cm và BC=8cm, Điện trường E=1500V/m có đường sức song song với cạnh AB và hướng từ A đến B a Tính hiệu điện UAB, UBC và UCA và UAC b Tính công lực điện điện tích q=2,510-10C dịch chuyển từ B đến C và từ C đến A ĐS: UAB=90V, UBC=0; UCA=-90V; UAC=90; 0J; -2,25.10-8J Bài 6: TỤ ĐIỆN I – Tụ điện Tụ điện là gì ? Tụ điện là hai vật dẫn ngăn cách lớp cách điện (điện môi) Tụ điện dùng để tích điện tích Ký hiệu: Cách tích điện cho tụ điện Muốn tích điện cho tụ điện ta nối hai tụ với hai cực nguồn điện chiều hai tụ tích điện cùng độ lớn trái dấu, nối với cực dương nhiễm điện âm và ngược lại Điện tích tụ điện quy ước là điện tích dương tụ II – Điện dung tụ điện Điện dung tụ Mội tụ điện có khả tích điện khác Đại lượng đặc trưng cho khả đó gọi là điện dung tụ điện Điện dung xác định thương số điện tích mà tụ tích với hiệu điện đặt vào hai tụ Q C U Đơn vị điện dung Đơn vị điện dung là Fara (F) 1Fara là lớn nên ta thường gặp: 1µF = 10-6F 1nF = 10-9F 1pF = 10-12F Các loại tụ điện Người ta thường lấy tên đện môi làm tên tụ điện (tụ giấy, tụ không khí, tụ mica…) Người ta còn tạo tụ điện có thể thay đổi điện dung gọi là tụ xoay III – Năng lượng điện trường tụ điện Tụ tích điện tích nghĩa là tích lượng điện trường W  CU 2 GV: Mai Quang Hưởng (0962519223) Lop11.com Bài giảng chi tiết Vật lí 11 IV – Một số ứng dụng tụ điện - Mạch chọn sóng, dò đài - Mạch đèn bảng hiệu chớp tắt - Mạch lọc nhiễu sóng - Mạch khởi động các loại máy điện vv… VD: Trên vỏ tụ điện có ghi 20F–200V Nối hai tụ điện với hiệu điện 120V a Tính điện tích tụ điện b Tính điện tích tối đa mà tụ điện tích c Tính lượng tối đa mà tụ tích ĐS: 24.10 – 4C; 4.10 – 3C; 0,4J _ GV: Mai Quang Hưởng (0962519223) Lop11.com Bài giảng chi tiết Vật lí 11 Chương 2: DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI Bài 7: DÒNG ĐIỆN KHÔNG ĐỔI NGUỒN ĐIỆN I – Dòng điện Những kiến thức đã biết: - Dòng điện là dòng các hạt mang điện (điện tích) dịch chuyển có hướng - Dòng điện kim loại là dòng các êlectron tự dịch chuyển có hướng - Chiều dòng điện quy ước là chiều ngược chiều dịch chuyển hạt mang điện âm - Điều kiện để có dòng điện chạy qua vật dẫn là phải đặt vào hai đầu vật dẫn hiệu điện - Dòng điện có tác dụng nhiệt, hóa học, quang, sinh lý, từ II – Cường độ dòng điện Dòng điện không đổi Cường độ dòng điện Nếu có điện lượng q chạy qua tiết diện thẳng dây dẫn khoảng thời gian t thì cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn là I q I t Dòng điện không đổi Dòng điện không đổi là đòng điện có chiều và cường độ không đổi theo thời gian q I t Đơn vị CĐDĐ Đơn vị CĐDĐ là Ampe (A) Từ biểu thức trên cho thấy 1C = 1A.s VD1: Cho biết vòng giây có 1,5.1018 hạt electron chạy qua tiết diện thẳng dây dẫn a Tính cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn b Tính số electron chạy qua tiết diện thẳng dây trên phút c Tính thời gian cần thiết để điện tích chạy qua tiết diện thẳng dây là 2C ĐS: 0,08A, 6.1019 hạt, 25s III – Nguồn điện Nguồn điện là thiết bị tạo và trì hiệu điện hai cực nguồn điện - Một nguồn điện có hai cực cực dương và cực âm - Bên nguồn điện có lực lạ tách các electron ta khỏi nguyên tử chuyển các electron ion dương các cực tạo cực âm và cực dương - Dòng điện bên nguồn từ âm sang dương tác dụng lực lạ - Dòng điện bên ngoài nguồn từ dương sang âm tác dụng lực điện trường IV – Suất điện động nguồn điện Công nguồn điện Công lực lạ để làm dịch chuyển các điện tích qua nguồn điện gọi là công nguồn Ký hiệu: Ang Suất điện động nguồn Định nghĩa: Suất điện động nguồn điện là đại lượng đặc trưng cho khả thực công nguồn, xác định thương số công nguồn và điện lượng dịch chuyển qua nguồn Ang Công thức: E  (Ang là công lực lạ, q là điện lượng dịch chuyển qua nguồn) q Đơn vị: Từ công thức trên ta thấy suất điện động cùng đơn vị với hiệu điện là vôn (V) VD2: Suất điện động cục pin là 1,5V GV: Mai Quang Hưởng (0962519223) Lop11.com Bài giảng chi tiết Vật lí 11 a Tính công lực điện dịch chuyển điện tích 2C từ cực âm đến cực dương nguồn b Mắc cục pin trên vào hai cực bóng đèn có điện trở 1Ω Bỏ qua điện trở pin Hãy tính số electron chạy qua tiết diện dây tóc bóng đèn phút ĐS: 3J, 5,6.1020 hạt electron V – Pin và acqui (đọc thêm) Bài 8: ĐIỆN NĂNG CÔNG SUẤT ĐIỆN I – Điện tiêu thụ và công suất điện Công dòng điện Điện là lượng dòng điện Được tính công lực điện làm dịch chuyển có hướng các điện tích mạch điện A  qU  UIt Trong đó: o A: công lực điện (cũng là công dòng điện) (J) o q: điện tích dịch chuyển qua mạch (C) o U: hiệu điện hai đầu mạch (V) o t: thời gian dòng điện chạy qua (s) Công dòng điện đo công tơ điện Mỗi số đếm công tơ là 1kWh=3,6.106J Công suất điện Là đại lượng cho biết khả tiêu thụ điện mạch Được tính trị số điện mà đoạn mạch tiêu thụ trên đơn vị thời gian A P   UI t Trong đó: o P: công suất điện (W) o A: điện tiêu thụ (công dòng điện) (J) o t: thời gian dòng điện chạy qua (s) VD1: Tính điện tiêu thụ và công suất điện dòng điện có cường độ 1,5A chạy qua dây dẫn 30 phút, biết hiệu điện hai đầu dây dẫn này là 12V ĐS: 32400J II – Công suất tỏa nhiệt vật dẫn có dòng điện chạy qua Định luật Jun-Lenxơ Nội dung: Nhiệt lượng tỏa trên vật dẫn có dòng điện chạy qua tỉ lệ với điện trở, với bình phương cường độ dòng điện và thời gian dóng điện chạy qua vật dẫn đó Q  I Rt Trong đó: o Q: nhiệt lượng tỏa (J) o I: cường độ dòng điện chạy qua vật dẫn (A) o R: điện trở vật dẫn (Ω) o t: thời gian dòng điện chạy qua (s) Công suất tỏa nhiệt vật dẫn Công suất tỏa nhiệt vật dẫn cho ta biết khả tỏa nhiệt vật dẫn có dòng điện chạy qua Được tính trị số nhiệt lượng tỏa trên vật dẫn đơn vị thời gian Q Pnh   RI Pnh: công suất tỏa nhiệt (J) t U2 R VD2: Dòng điện 2A chạy qua dây tóc bóng đèn có điện trở 90Ω vóng a Tính công suất tiêu thụ điện bóng đèn b Tính điện mà bóng đèn tiêu thụ thơi gian trên c Biết 1kWh điện giá 1500 đồng Tính tiền điện phải trả Ta có thể tính công suất tỏa nhiệt công thức: Pnh  RI  GV: Mai Quang Hưởng (0962519223) 10 Lop11.com Bài giảng chi tiết Vật lí 11 ĐS: 180W; 1,08kWh; 1620 đồng III – Công và công suất nguồn điện Công nguồn điện Là công lực lạ làm dịch chuyển điện tích qua nguồn Ang  qE  EIt Trong đó: o Ang: công nguồn (J) o q: điện tích dịch chuyển qua nguồn (C) o E: suất điện động nguồn (V) o I: CĐDĐ chạy qua nguồn (A) o t: thời gian dòng điện chạy qua (s) Công suất nguồn điện Công suất nguồn điện cho ta biết khả thực công nguồn Được tính trị số công nguồn đơn vị thời gian Đây là công suất tiêu thụ điện toàn mạch A Png  ng  EI Png: công suất nguồn (W) t VD3: Một nguồn điện có suất điện động 12V Khi mắc nguồn điện này với bóng đèn để thành mạch điện kín thì nó cung cấp dòng điện có cường độ 0,8A a Tính công suất nguồn điện đó b Tính công nguồn điện này sản thời gian 15 phút ĐS: 8640J; 9,6W Bài 9: ĐỊNH LUẬT ÔM ĐỐI VỚI TOÀN MẠCH I – Định luật Ôm toàn mạch Toàn mạch là gì ? Toàn mạch là bao gồm mạch (nguồn điện) và mạch ngoài Độ giảm Tích cường độ dòng điện và điện trở (IR) gọi là độ giảm Phát biểu a Phát biểu Suất điện động nguồn điện có giá trị tổng các độ giảm mạch ngoài và mạch E  IRN  Ir Trong đó: o E: suất điện động nguồn (V) o IRN: độ giảm mạch ngoài (V) o Ir: độ giảm mạch (V) b Phát biểu Cường độ dòng điện qua mạch kín tỉ lệ thuận với suất điện động nguồn điện và tỉ lệ nghịch với điện trở toàn phần mạch đó E I RN  r Với RN + r gọi là điện trở toàn phần mạch điện II – Nhận xét GV: Mai Quang Hưởng (0962519223) 11 Lop11.com Bài giảng chi tiết Vật lí 11 Hiện tượng đoản mạch Nguồn điện bị đoản mạch nối hai cực nguồn điện dây dẫn có điện trở nhỏ (RN  0) E I r Chú ý: Do dòng điện qua nguồn có cường độ lớn nên đoản mạch có thể làm hỏng nguồn điện Định luật Ôm toàn mạch và định luật bảo toàn và chuyển hóa lượng Ang  EIt  ( RN  r ) I 2t  A  Q Ta có: Như vậy, định luật Ôm toàn mạch hoàn toàn phù hợp với định luật bảo toàn và chuyển hóa lượng Hiệu suất nguồn điện Hiệu suất cho phép ta đánh giá khả chuyển hóa lượng điện thành lượng có ích thiết bị điện A U RN P H  i 100%  N 100%  100%  N 100% Atp E RN  r Png VD1: Mắc điện trở 14 vào hai cực nguồn điện có điện trở là 1 thì hiệu điện hai cực nguồn là 8,4V a Tính điện trở toàn phần mạch b Tính cường độ điện chạy mạch c Tính suất điện động nguồn điện d Tính công suất mạch ngoài và công suất nguồn điện đó e Tính hiệu suất mạch điện ĐS: 15Ω; 0,6A; 9V; 5,04W; 5,4W; 93,3% VD2: Cho mạch điện hình Cho E=12V; r=0,1 ; đèn Đ (4V-8W); R2=1 ; R2=4; R3=4,4 a Hãy tính và kết luận đèn Đ sáng bình thường hay không b Tính hiệu điện UAC và UCB ĐS: sáng mờ; UAC=1V ; UCB=10,8V Bài 10: GHÉP NGUỒN ĐIỆN THÀNH BỘ I - Ghép các nguồn điện thành Bộ nguồn nối tiếp Bộ nguồn nối tiếp là nguồn gồm các nguồn điện (E1, r1), (E 2, r2), , (E n, rn) ghép nối tiếp với hình vẽ Như vậy, đầu A là cực dương và đầu B là cực âm nguồn E  E1  E2   En - Suất điện động nguồn: b r  r  r   rn - Điện trở rb nguồn: b GV: Mai Quang Hưởng (0962519223) 12 Lop11.com Bài giảng chi tiết Vật lí 11 Trong trường hợp riêng, n nguồn điện giống (cùng suất điện động E và điện trở E  nE r) ghép nối tiếp thì nguồn này có suất điện động và điện trở là b và rb  nr Bộ nguồn song song Bộ nguồn song song là nguồn gồm n nguồn điện giống (E , r) ghép song song với hình vẽ Đầu A là cực dương và đầu B là cực âm nguồn E E - Suất điện động nguồn: b r rb  n - Điện trở r nguồn: b II - Phương pháp bài toán toàn mạch VD: Cho mạch điện hình vẽ Trong đó nguồn gồm acqui, cái có suất điện động e=2V, điện trở r=0,4 mắc thành nhánh, nhánh có acqui mắc nối tiếp; đèn Đ loại 6V-6W; R1=0,2; R2=6; R3=4; R4=4 Tính: a Suất điện động và điện trở nguồn b Điện trở mạch ngoài và điện trở toàn phần c Cường độ dòng điện chạy qua mạch chính d Số electron dịch chuyển qua điện trở R1 10 giây e Công suất nguồn và mạch ngoài f Tính hiệu suất mạch điện g Nhiệt lượng tỏa trên R4 phút ĐS: 8V; 0,8Ω; 7,2Ω; 1A; 3,75.1020 hạt; 8W; 7,2W; 90%; 240J _ GV: Mai Quang Hưởng (0962519223) 13 Lop11.com Bài giảng chi tiết Vật lí 11 Chương 6: DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG Bài 13: DÒNG ĐIỆN TRONG KIM LOẠI I – Bản chất dòng điện kim loại Trong kim loại: Các nguyên tử liên kết với cách trật tự tạo thành mạng tinh thể Chuyển động nhiệt mạng tinh thể càng mạnh thì mạng tinh thể càng trở nên trật tự Các êlectrong hóa trị tách khỏi nguyên tử trở thành êlectron tự với mật độ không đổi (n=hs), chúng choán hết toàn thể tích KL không tạo dòng điện Khi điện trường nguồn điện sinh đẩy các êlectron tự dịch chuyển theo hướng định ta có dòng điện Do mật độ êlectron tự KL cao nên KL dẫn điện tốt Sự trật tự mạng tinh thể (do nhiều nguyên nhân) gây điện trở KL Vậy: Dòng điện KL là dòng chuyển dời có hướng các êlectron tự tác dụng điện trường II – Sự phụ thuộc điện trở suất vào nhiệt độ KL Điện trở suất Điện trở suất KL là điện trở đoạn KL hình trụ và làm chất đó có tiết diện 1m2, có chiều dài 1m Điện trở suất cho ta biết độ dẫn điện loại KL Sự phụ thuộc điện trở suất vào nhiệt độ Thí nghiệm đã chứng tỏ điện trở suất KL tăng theo nhiệt độ với hàm bậc   0 (1   (t  t0 )) Trong đó: o  : điện trở suất nhiệt độ t (Ωm) o  : điện trở suất nhiệt độ t0 (Ωm) o α: hệ số nhiệt điện trở (K-1) o thường lấy t0=200C Từ đó cho phép cho ta suy điện trở vật dẫn: R  R0 (1   (t  t0 )) Hiện tượng siêu dẫn - Khi nhiệt độ giảm, điện trở suất kim loại giảm liên tục - Một số kim loại, hợp kim và gốm oxit kim loại nhiệt độ thấp nhiệt độ tới hạn Tc thì điện trở suất đột ngột giảm xuống Ta nói các vật liệu đã chuyển sang trạng thái siêu dẫn - Dòng điện chạy vật dẫn trạng thái siêu dẫn thì không tỏa nhiệt VD1: Dây kim loại đồng có điện trở suất 200C là 1,7.10-7m, dây dẫn dài 200m, đường kính tiết diện là 2mm , cho hệ số nhiệt điện trở là 0,004K-1 a Tính điện trở dây kim loại 200C b Khi nhiệt độ tăng lên thêm 2200C thì điện trở dây kim loại là bao nhiêu ? ĐS: 10,8; 20,3 III – Hiện tượng nhiệt điện Cặp nhiệt điện - Cặp nhiệt điện là dụng cụ gồm hai dây dẫn khác chất và hai đầu ghép chặt với - Khi nhiệt độ hai mối ghép khác mạch có suất điện động E gọi là suất nhiệt điện động Suất nhiệt điện động Suất nhiệt điện động cặp nhiệt điện phụ thuộc vào hiệu nhiệt độ hai mối ghép và chất hai vật dẫn ET  T 1   T1  T2   Trong đó: GV: Mai Quang Hưởng (0962519223) 14 Lop11.com Bài giảng chi tiết Vật lí 11 o αT: hệ số nhiệt điện động (V.K-1) o T1-T2: hiệu số nhiệt độ hai mối ghép Ứng dụng: Pin nhiệt điện, nhiệt kế nhiệt điện tử VD2: Một mối hàn cặp nhiệt điện có hệ số nhiệt điện động T=65V/K đặt không khí 200C, còn mối hàn nung nóng đến nhiệt độ 3200C Tính suất điện động nhiệt điện cặp nhiệt điện đó ĐS: 0,0195V Bài 14: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN I – Bản chất dòng điện chất điện phân - Chất điện phân: Các dung dịch axít, muối, bazơ gọi là dung dịch điện li (chất điện phân) - Hạt tải điện chất điện phân là ion dương và ion âm, số cặp ion phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ dung dịch - Chất điện phân không dẫn điện tốt kim loại - Dòng điện chất điện phân tải vật chất theo Khi đến điện cực có êlectron là tiếp còn lượng chất đọng lại điện cực gây tượng điện phân Vậy: Dòng điện chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng các ion dương và ion âm theo hai chiều ngược điện trường II – Hiện tượng dương cực tan Bình điện phân - Bình điện phân có hai điện cực: Cực nối với cực dương nguồn điện gọi là anôt và cực nối với cực âm gọi là catốt - Ion dương chạy phía catôt nên gọi là cation Ion âm chạy phía anôt nên gọi là anion - Tại anôt iôn âm nhường electron trung hoà điện - Tại catôt iôn dương nhận electron trung hoà điện Hiện tượng dương cực tan Hiện tượng dương cực tan là tượng cực dương (anôt) bị tan dần quá trình điện phân điện phân dung dịch muối Kl mà cực dương làm chính kim loại muối Khi có dòng điện: - Kim loại bám vào catôt - Chất sinh anôt tác dụng với kim loại làm anôt và kim loại tan vào dung dịch - Khi có tượng dương cực tan dòng điện tải kim loại từ anôt chạy sang bám vào catôt - Khi có tượng dương cực tan lượng dòng điện chuyển hóa thành nhiệt nên bình điện phân xem điện trở Rb nên I=U/R III – Các định luật Faraday Định luật I: Khối lượng m chất giải phóng các điện cực bình điện phân tỉ lệ với điện lượng q chạy qua bình m  kq Trong đó: o m: khối lượng chất tan (kg) o q: điện lượng chạy qua bình điện phân (C) o k: đương lượng điện hóa GV: Mai Quang Hưởng (0962519223) 15 Lop11.com Bài giảng chi tiết Vật lí 11 Định luật II: Đương lượng điện hóa k nguyên tố tỉ lệ với đương lượng gam nguyên tố đó Hệ số tỉ lệ là k A n , đó F gọi là số Fa-ra-đây F A với số Faraday F = 96500 C/mol Fn Trong đó: o A: khối lượng nguyên tử chất tan o n: số hóa trị chất tan o F = 96500 C/mol Công thức tính khối lượng chất tan A m It F n Trong đó: o I: CĐDĐ chạy qua bình điện phân (A) o t: thời gian dòng điện chạy qua (s) VD: Cho mạch điện hình Bộ nguồn có suất điện động E=15V và điện trở r=1Ω Điện trở R=5Ω Bình điện phân có dương cực làm đồng, dung dịch điện phân là CuSO4 và có điện trở Rp=5Ω Dây dẫn có điện trở không đáng kể (Đề thi HKI, Ngôi Sao 2013) a Khi K hở Tính công suất mạch ngoài và công suất nguồn điện b Khi K đóng Tính lượng đồng bám vào cực âm bình điện phân thời gian Cho biết khối lượng mol đồng là A=64 và số hóa trị đồng là n=2 ĐS: 32,25W; 37,5W; 2,55g IV - Ứng dụng tượng điện phân - Luyện nhôm - Mạ điện - Điều chế hóa chất Bài 15: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT KHÍ I – Chất khí là điện môi Trong điều kiện thường chất khí không dẫn điện II – Sự dẫn điện chất khí điều kiện thường Khi bị đốt nóng hay bị chiếu xạ tử ngoại thì chất khí trở nên dẫn điện III – Bản chất dòng điện chất khí Sự ion hóa chất khí và tác nhân ion hóa Nguồn nhiệt (đèn cồn, gas, đèn thủy ngân, đèn natri…), tia tử ngoại gọi là tác nhân ion hóa chất khí Khi bị inon hóa, phân tử khí bị tách thành ion dương và êlectron tự Electron tự lại kết hợp với các phân tử khí trung hòa khác tạo thành ion âm Ion dương, ion âm và êlectron tự là hạt tải điện chất khí Vậy: Dòng điện chất khí là dòng các ion dương theo chiều điện trường, ion âm và êlectron tự ngươc chiều điện trường GV: Mai Quang Hưởng (0962519223) 16 Lop11.com Bài giảng chi tiết Vật lí 11 Quá trình dẫn điện không tự lực chất khí Quá trình dẫn điện phải nhờ đến tác nhân ion hóa trên gọi là quá trình dẫn điện không tự lực chất khí Nhìn vào đồ thị biểu diễn phụ thuộc CĐDĐ vào HĐT thấy có đoạn rõ rệt: - Đoạn Oa: I tăng theo U - Đoạn ab: U tăng I đạt giá trị bảo hòa Chứng tỏ hạt tải điện không sinh thêm - Đoạn bc: I tăng theo U nhanh Chứng tỏ U quá lớn làm đẩy mạnh quá trình ion hóa sinh thêm hạt tải điện, điện trở chất khí giảm IV – Quá trình dẫn điện tự lực chất khí Điều kiện xảy dẫn điện tự lực Quá trình dẫn điện không phải nhờ đến tác nhân ion hóa mà có thể tự trì gọi là quá trình dẫn điện tự lực chất khí Có cách để tạo quá trình dẫn điện tự lực: Dòng điện chất khí làm cho nhiệt độ tăng cao khiến các phân tử khí ion hóa liên tục Điện trường lớn (3.106V/m trở lên) làm chất khí bị ion hóa nhiệt độ thấp Catốt bị nung nóng đỏ có khả các êlectron làm hạt tải điện Hiện tượng này gọi là phát xạ nhiệt điện tử hay phóng hồ quang Catốt không bị nung nóng nhờ các ion dương lương cao đập vào làm bật các êlectron làm hạt tải điện Sự phóng điện tự lực còn gọi là phóng điện Tùy chế mà ta có kiểu phóng điện khác V – Tia lửa điện Điều kiện tạo tia lửa điện Tia lửa điện là quá trình dẫn điện tự lực chất khí ta đặt giửa hai cực (Anốt và Catốt) điện trường đủ mạnh để làm cho các phân tử khí bị ion hóa Điều kiện có tia lửa điện: Điện trường hai cực lớn (3.106V/m trở lên) Ứng dụng: Bugi máy nổ VI – Hồ quang điện Điều kiện tạo hồ quang điện Hồ quang điện là quá trình dẫn điện tự lực chất điện trường không lớn và hai điện cực (Anốt và Catốt) bị nung đỏ làm các êlectron tự Điều kiện có hồ quang điện: phải làm cho hai điện cực bị nung đỏ Ứng dụng: Hồ quang điện kèm theo phát nhiệt mạnh, có thể lên tới 35000C Ứng dụng để hàn điện, đèn chiếu sáng, nung chảy và cắt vật liệu… Bài 16: DÒNG ĐIỆN TRONG CHẤT BÁN DẪN I – Chất bán dẫn và tính chất Có vật liệu có điện trở suất nằm trung gian điện môi và kim loại Những chất đó gọi là chất bán dẫn Ví dụ: Si, Ge, Se số oxit kim loại Chất bán dẫn có các tính chất sau: Điện trở suất nằm trung gian điện môi và KL Điện trở suất chất bán dẫn có thể thay đổi tạp chất Điện trở suất chất bán dẫn có thể thay đổi ta chiếu sáng tác dụng các tác nhân ion hóa khác II – Hạt tải điện chất bán dẫn a Êlectron và lỗ trống Xét mạng tinh thể silic, nguyên tử silic có bốn êlectron hóa trị nên vừa đủ để tạo bốn liên kết với bốn nguyên tử lân cận Khi êlectron bị rứt khỏi mối liên kết, nó trở nên tự gọi là GV: Mai Quang Hưởng (0962519223) 17 Lop11.com Bài giảng chi tiết Vật lí 11 êlectron dẫn và chỗ liên kết đứt thiếu 1êlectron nên mang điện dương xem là hạt tải điện và gọi là lỗ trống b Bản chất dòng điện bán dẫn Hạt tải điện bán dẫn là êlectron dẫn và lỗ trống Dòng điện bán dẫn là dòng các êlectron dẫn chuyển động ngược chiều điện trường và dòng các lỗ trống chuyển động cùng chiều điện trường c Bán dẫn loại n và bán dẫn loại p a Bán dẫn loại n: Khi pha tạp P, As, là nguyên tố có năm êlectron hóa trị vào tinh thể silic, nguyên tử tạp chất này cho tinh thể êlectron dẫn Ta gọi P, As, là tạp chất cho hay đôno Trong bán dẫn bây có hạt tải điện chủ yếu là êlectron và số lượng nhỏ lỗ trống chuyển động nhiệt tạo Ta gọi là bán dẫn loại n b Bán dẫn loại p: Khi pha tạp B, Al, là nguyên tố có ba êlectron hóa trị vào tinh thể silic, nguyên tử tạp chất này cho tinh thể lỗ trống Ta gọi B, Al, là tạp chất nhận hay axepto Trong bán dẫn bây có hạt tải điện chủ yếu là lỗ trống và số lượng nhỏ êlectron chuyển động nhiệt tạo Ta gọi là bán dẫn loại p III - Lớp Chuyển Tiểp p–n Lớp chuyển tiếp p–n là chỗ tiếp xúc miền mang tính dẫn p và miền mang tính dẫn n tạo trên tinh thể bán dẫn Lớp nghèo Ở lớp chuyển tiếp p–n, hình thành lớp không có hạt tải điện gọi là lớp nghèo Điện trở lớp nghèo lớn Dòng điện chạy qua lớp nghèo Lớp nghèo cho dòng điện qua theo chiều từ p sang n, ta gọi là chiều thuận và chiều từ n sang p dòng điện truyền kém gọi là chiều ngược IV - Điôt bán dẫn - Điôt bán dẫn là linh kiện bán dẫn có lớp chuyển tiếp p–n - Điôt bán dẫn cho dòng điện chủ yếu chạy theo chiều từ p đến n - Điôt bán dẫn có tính chỉnh lưu Nó dùng để chỉnh lưu, biến điện xoay chiều thành chiều V - Tranzito - Tranzito là linh kiện bán dẫn có ba cực, đó có hai lớp chuyển tiếp p-n - Ứng dụng phổ biến tranzito là lắp mạch khuếch đại và khóa điện tử _ GV: Mai Quang Hưởng (0962519223) 18 Lop11.com Bài giảng chi tiết Vật lí 11 Chương 4: TỪ TRƯỜNG Bài 19: TỪ TRƯỜNG I – Nam châm - Nam châm là các vật có khả hút sắt Vật liệu dùng để làm nam châm thường là sắt, niken, côban, mangan… - Mỗi nam châm có hai cực gọi là cực Nam (S) và cực Bắc (N) - Hai cực hai nam châm đặt gần đẩy chúng cùng tên và hút chúng khác tên - Lực tương tác hai nam châm với gọi là lực từ, các nam châm gọi là vật có từ tính II – Từ tính dây dẫn có dòng điện - Thực nghiêm cho thấy dây dẫn có dòng điện có từ tính nam châm o Hai dây dẫn có dòng điện cùng chiều thì hút o Hai dây dẫn có dòng điện ngược chiều thì hút o Nam châm và dây dẫn có dòng điện hút - Kết luận: Lực từ là lực tương tác nam châm với nam châm, dòng điện với dòng điện và nam châm và dòng điện Dòng điện và nam châm có từ tính III – Từ trường Đặt vấn đề: Dây dẫn có dòng điện và nam châm có thể tương tác với mà không cân tiếp xúc trực tiếp Vậy phải có môi trường truyền tương tác Đó chính là từ trường Định nghĩa: Từ trường là dạng vật chất tồn xung quanh nam châm và dòng điện Biểu từ trường là tác dụng lực từ lên NC dòng điện khác đặt nó Để phát từ trường ta có thể dùng cách nào ? Để phát tồn từ trường điểm, người ta sử dụng kim nam châm nhỏ, đặt điểm đó Hướng từ trường điểm là hướng Nam – Bắc kim nam châm nằm cân đó IV – Đướng sức từ Để biểu diễn mặt hình học từ trường không gian người ta đưa khái niệm đường sức từ Định nghĩa Đường sức từ là đường vẽ lên không gian xung quanh vật có từ tính mà tiếp tuyến điểm có hường trùng với ĐST điểm đó Hình dạng đường sức từ quan sát phương pháp từ phổ Các ví dụ đường sức từ a Đặc điểm ĐST nam châm thẳng - Bên ngoài NC các ĐST là đường cong từ cực Bắc và vào từ cực Nam NC - Ờ xa NC thì ĐST thưa, càng gần thì ĐST càng dày (hình vẽ) b Đặc điểm ĐST nam châm hình chữ U GV: Mai Quang Hưởng (0962519223) 19 Lop11.com Bài giảng chi tiết Vật lí 11 Bên ngoài NC các ĐST là đường cong từ cực Bắc và vào từ cực Nam NC - Ờ xa NC thì ĐST thưa, càng gần thì ĐST càng dày (hình vẽ) - Ở khoảng hai cực NC ĐST là đường thẳng, song song và cách c Đặc điểm ĐST dây dẫn thẳng dài có dòng điện - ĐST là đường tròn nằm mặt phẳng vuông góc với dây dẫn và có tâm nằm trên dây - Chiều ĐST xác định quy tắc nắm bàn tay phải: Đặt bàn tay cho ngón cái dọc theo dây dẫn và theo dòng điện, đó các ngón nắm lại chiều ĐST d Đặc điểm ĐST dây dẫn tròn có dòng điện - ĐST là đường tròn có chiều vào mặt và mặt dòng điện tròn - ĐST tâm dòng điện là đường thẳng vuông góc với mặt phẳng dòng điện tròn Quy ước: mặt ĐST là mặt Bắc còn mặt ĐST vào là mặt Nam Mặt Nam là mặt là nhìn vào ta thấy dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ còn mặt Nam là mặt ngược lại Tính chất ĐST - Các ĐST không cắt - Các đường sức từ là đường cong khép kín vô hạn hai đầu - Chiều các đường sức từ tuân theo quy tắc xác định (quy tắc nắm tay phải, quy tắc vào Nam Bắc) - Những chổ từ trường mạnh thì ĐST dày, chỗ từ trườn yếu thì ĐST thưa Bài 20: CẢM ỨNG TỪ LỰC TỪ I – Cảm ứng từ Cảm ứng từ Xét đoạn dây dẫn có chiều dài l đặt vuông góc với đường sức từ, dòng điện qua dây dẫn là I, lực từ tác dụng lên dây dẫn là F Tiến hành thí nghiệm cho I và l thay đổi thì ta thấy thương F số không thay đổi Il Vậy thương số trên đặc trưng cho tác dụng lực từ trường lên dây dẫn có dòng điện, gọi là cảm ứng từ B F B Il Trong đó: o F: độ lớn lực từ (N) o I: CĐDĐ (A) o L: chiều dài dây dẫn (m) Đơn vị cảm ứng từ B là Tesla (T) Véctơ cảm ứng từ F Vì lực từ là đại lượng véctơ nên cảm ứng từ là đại lượng véctơ Véctơ B  có: Il - Điểm đặt vị trí xét - Phương trùng với hướng từ trường điểm đó F - Độ lớn B  (T) Il II – Lực từ - GV: Mai Quang Hưởng (0962519223) 20 Lop11.com