(Sáng kiến kinh nghiệm) phân loại và phương pháp giải một số bài toán về tụ điện

MỤC LỤC Mục Lục……………………………………………………………………………….1 Lời giới thiệu……………………………………………………….……………… 2 Tên sáng kiến………………………………………………………… ……………3 Tác giả sáng kiến: …………………………………………………………………………………… Chủ đầu tư tạo sáng kiến ……………… ……………….………………… ….3 Lĩnh vực áp dụng sáng kiến ………………………………… … ………………… Ngày sáng kiến áp dụng lần đầu áp dụng thử:………………………… Mô tả chất sáng kiến:……………………………………………………… A- Cơ sở lý thuyết………………………… …………………… ………… B – Các dạng tập phương pháp giải… ……………………….…………6 Dạng 1: tập bản… ……………………….………………………6 Dạng 2: Ghép tụ………… …………… …………………………… Dạng 3: Mạch cầu tụ điện…………………… ……………………….15 Dạng 4: Hiệu điện giới hạn…………………… ………………….17 Dạng 5: Năng lượng………………… …………………………… 20 C – Bài tập tự luyện…………….……….…………………… …………… 30 Những thơng tin cần bảo mật (nếu có) 36 Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến 36 10 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 36 11 Danh sách tổ chức/cá nhân tham gia áp dụng thử áp dụng sáng kiến lần đầu 37 Tài liệu tham khảo…………………………………………… ………………… …38 BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Lời giới thiệu Mơn vật lí phận khoa học tự nhiên nghiên cứu tượng vật lí nói chung điện học nói riêng Những thành tựu vật lí ứng dụng vào thực tiễn sản xuất ngược lại thực tiễn sản xuất lại thúc đẩy khoa học vật lí phát triển Vì học vật lí khơng đơn học lí thuyết vật lí mà phải biết vận dụng vật lí vào thực tiễn Do trình giảng dạy người giáo viên phải rèn cho học sinh kĩ vận dụng kiến thức để giải nhiệm vụ học tập vấn đề thực tiễn đặt Theo chương trình đổi Bộ GD – ĐT từ năm 2018, chương trình thi THPT Quốc gia có chương trình lớp 11 Tụ điện quan trọng chương trình Vật lí 11 Những tốn tụ điện thường xuyên xuất đề thi học sinh giỏi cấp, đề thi ĐH - CĐ hàng năm Bộ kể đề thi Giáo viên giỏi cấp tỉnh Tuy nhiên, thực tế giảng dạy thấy học sinh lúng túng gặp toán tụ điện, đặc biệt toán ghép tụ điện có sẵn điện tích tốn có liên quan đến định luật bảo tồn chuyển hóa lượng tụ điện Đối với học sinh trường THPT Quang Hà vùng nông thơn có điểm đầu vào thấp, có tư tốn học chậm, làm để học sinh giải tốt tập vật lý nói chung tập lượng tụ nói riêng để nâng cao điểm kỳ thi học sinh giỏi cấp tỉnh kỳ thi THPT Quốc Gia Đây lí tơi chọn đề tài: Phân loại phương pháp giải số toán tụ điện 2 Tên sáng kiến: Phân loại phương pháp giải số toán tụ điện Tác giả sáng kiến: - Họ tên: Nguyễn thị Nguyệt - Địa tác giả sáng kiến: Trường THPT Quang Hà - Số điện thoại: 0969 132 654 - G_mail: nguyenthinguyet.gvquangha@vinhphuc.edu.vn Chủ đầu tư tạo sáng kiến: Nguyễn Thị Nguyệt Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Kiến thức áp dụng trình ơn thi học sinh giỏi cấp tỉnh ơn thi THPT Quốc gia lớp 11, 12 trường THPT Quang Hà Ngày sáng kiến áp dụng lần đầu áp dụng thử: 10/2016 Mô tả chất sáng kiến: Về nội dung sáng kiến: A- CƠ SỞ LÝ TUYẾT 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 II - Điện dung tụ điện : - Là đại lượng đặc trưng cho khả tích điện tụ điện C  Q U Trong : C điện dung tụ điện ; đơn vị : fara ; ký hiệu : F Q : độ lớn điện tích tụ điện (C) III - Cơng thức tính điện dung tụ điện phẳng C S 4. kd Trong : S : phần diện tích đối diện hai tụ (m2)  : số điện môi chất điện môi chiếm đầy hai ; d : khoảng cách hai tụ Chú ý + Tụ điện có khả tích điện (nạp điện) phóng điện + Hai tụ tích điện trái dấu độ lớn + Bình thường tụ điện vật cách điện (do chúng điện môi) + Nếu điện trường hai tụ lớn E giới hạn = 3.106 (V/m) : điện mơi bị “đánh thủng” ; tụ điện trở thành vật dẫn điện IV - Ghép tụ điện : Ghép song song Ghép nối tiếp (C1 // C2 // …//Cn) (C1 nt C2 nt…nt Cn) Điện tích Qb  Q1  Q2   Qn Qb  Q1  Q2   Qn Hiệu điện U b  U1  U   U n U b  U1  U  U   U n Điện dung Cb  C1  C2   Cn 1 1     Cb C1 C2 Cn Cách ghép * Ghép song song điện dung tăng lên Chú ý * Nếu tụ điện giống C1  C2   Cn  C * Ghép nối tiếp điện dung giảm * Nếu tụ điện giống C1  C2   Cn  C Cb = n.C Cb  C n V Năng lượng tụ điện (Năng lượng điện trường ) W C.U Q   QU 2C Trong : V = S.d : thể tích khoảng khơng gian hai tụ S : phần diện tích đối diện hai (m2) d : khoảng cách hai tụ B – CÁC DẠNG BÀI TẬP VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI Đối với tập tụ điện thường gặp, chia thành dạng tập Với dạng tập, đưa phương pháp chung số ví dụ minh họa cho phương pháp giải DẠNG 1: BÀI TẬP CƠ BẢN - Phương pháp chung - Vận dụng công thức điện dung tụ điện điện dung tụ phẳng để tính điện dung, hiệu điện điện tích tụ điện - Khi tụ ngắt khỏi nguồn điện tích tụ khơng đổi - Khi tụ nối với nguồn hiệu điện tụ khơng đổi - Bài tập ví dụ Ví dụ 1: Tụ phẳng khơng khí có điện dung C = 500 pF tích điện đến hiệu điện U = 300V a Tính điện tích Q tụ điện ? b Ngắt tụ điện khỏi nguồn Nhúng tụ điện vào chất điện mơi lỏng có số điện mơi Tính điện dung , điện tích, hiệu điện tụ điện lúc ? c Vẫn nối tụ điện với nguồn Nhúng tụ điện vào chất điện mơi lỏng  = Tính điện dung, điện tích, hiệu điện tụ điện lúc ? Giải: a Điện tích tụ: Q = CU = 0,25.10-6 C b Ngắt tụ khỏi nguồn điện tích không đổi Q1= Q = 0,25.10-6 C C1=  C = nF U1  Q1  150V C1 c Vì tụ nối với nguồn nên hiệu điện tụ không đổi U3 = U = 300 V C3 =  C = nF Q3 = C3U3 = 0,3.10-6 C Ví dụ 2: 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 , U1 , Q1 tụ ? c Vẫn nối tụ với nguồn, đưa hai tụ xa để khoảng cách tăng gấp Tính C2 , U , Q2 tụ ? Giải: a Điện tích tụ: Q = CU = 2.600.10-12 = 1,2 nC b Vì ngắt khỏi nguồn nên điện tích khơng đổi C1 d  2 C2 d1 Q1 = Q = 1,2 nC Suy C1 = nF U1  Q1  1200V C1 c Tụ nối với nguồn nên U không đổi U2 = U = 600 V C2 = C1 = pF Q2 = C2U2 = 0,6 nC DẠNG 2: GHÉP TỤ Loại 1: Ghép tụ chưa tích điện Phương pháp chung: + Phân tích mạch tụ + Áp dụng cơng thức tính điện dung tụ, cơng thức mối quan hệ điện tích hiệu điện đoạn mạch mắc song song nối tiếp để giải tập + Khi đưa điện môi vào bên tụ điện phẳng tụ phẳng tụ đối diện với mặt chất điện môi mặt chất điện mơi tạo thành tụ điện Toàn tạo thành mạch tụ mà ta dễ dàng tính điện dung Điện dung mạch điện dung tụ thay đổi điện mơi + Trong tụ điện xoay có thay đổi điện dung thay đổi diện tích đối diện Nếu có n có (n-1) tụ phẳng mắc song song Bài tập minh họa Ví dụ 1: Cho tụ gồm tụ mắc hình vẽ C2 C1 C1 = F, C2 = F, C3 = 12 F, C4 = F C3 UAB = 40 V C4 Tính điện dung tụ, điện tích hiệu điện tụ a K mở b K đóng Giải: a) k mở : (C1 nt C2 ) // ( C3 nt C4 ) C12  C1C2 2.6   1,5 F C1  C2  C34  C3C4  4,8 F C3  C4 Cbộ = C12 + C34 = 6,3  F Điện tích tụ Q1 = Q2 = C12UAB = 60.10-6 C Q3 = Q4 = C34UAB = 192.10-6 C Hiệu điện tụ U1  Q1  30V C1 U2  Q2  10V C2 U3  Q3  16V C3 U4  Q4  24V C4 b) k đóng: ( C1 // C3 ) nt (C2 // C4) C13 = C1 + C3 = 14.10-6 F; Cbô  C24 = C2 + C4 = 14.10-6 F C13C24  7 F C13  C24 Điện tích: Q13 = Q24 = CbộUAB = 280  F Hiệu điện tụ U1  U  U  U  U13  Q13  20V C13 Điện tích tụ Q1  C1U1  40C Q2  C2U  120  C Q3  C3U  240 C Q4  C4U  160  C Ví dụ 2: Một tụ điện phẳng có điện dung C0 Tìm điện dung tụ điện đưa vào bên tụ điện mơi có số điện mơi  , có diện tích đối diện diện tích tấm, có chiều dày phần ba khoảng cách hai tụ, có bề rộng bề rộng tụ, hai trường hợp sau: Giải: Hình a: Sẽ có ba tụ điện Ba tụ mắc theo sơ đồ: (C1 nt C2) // C3 Tụ điện C1 điện mơi  , có diện tích đối diện S/2 có khoảng cách d/3 có điện dung : C1 =  S 3. C0  2.k 4 d Tụ điện C2 tụ khơng khí có diện tích đối diện S/2, khoảng cách 2d/3 có điện dung: C2 = 3.S 3.C  2.k 4 2d Tụ điện C3 tụ khơng khí có diện tích đối diện S/2, khoảng cách d có điện dung: C3 = Điện dung tụ : S C  2.k 4 d Cbộ = C0 5.  4  Hình b : Có tụ mắc theo sơ đồ: C3// (C2 nt C1 nt C4) // C5 Tụ C3 tụ khơng khí có diện tích đối diện S3 , khoảng cách d3 = d, điện dung C3= C0 S3 S Tụ C4 tụ điện khơng khí có diện tích đối diện S 4, khoảng cách d4, điện dung C4= d C0 2d Tụ C1 tụ điện mơi có diện tích đối diện S khoảng cách d 1, d  C0 điện dung C2 = 2.dL3 Tụ C2 tụ điện khơng khí có diện tích đối diện S 2, khoảng cách d2, điện dung C2= d C0 2.d Tụ C5 tụ khơng khí có diện tích đối diện S 5, khoảng cách d, có điện dung C5 = S5 C0 S 5.  Trong S1 = S2 =S4 Từ ta dễ dàng tính C = C0 4.  Nhận xét: Với vị trí điện mơi tụ điện điện đung tụ khơng thay đổi Ví dụ 3: B Ba kim loại phẳng giống đặt song song với hình vẽ: A Diện tích S= 100cm , Khoảng cách hai liên tiếp d= 0,5cm Nối A B với nguồn U= 100V 10 Gọi I1 , I2 cường độ dịng điện trung bình chạy qua điện trở R 2R q1 I1 R   2 q2 I R (2) 4 � q1  q  CE � � 3 Từ (1), (2), suy ra: � 2 � q2  q  CE � 3 Vậy điện lượng chuyển qua dây MN là: qMN = q1 – q1 = CE/3 b - Khi dịch chuyển điện tích q qua nguồn nguồn sinh cơng Ang = qE = 2CE2 - Năng lượng điện trường tụ 2 W = W  CE  CE - Gọi nhiệt lượng tỏa điện trở r, R, 2R Q r, QR, Q2R Cường độ dịng điện trung bình chạy qua nguồn I = I1 + I2 kết hợp với (2) Suy ra: I2 = I1/2; I = 3I1/2 � QR  I12 Rt � � Mà �Q2 R  I 2 Rt � R � Qr  I t � Ta có, cơng mà nguồn sinh ra: � QR  suy Qr  QR ;Q R  QR Ang = W + Qr + QR + Q2R = W + 8 ( A  W)  CE 21 21 21 QR Ví dụ 3: 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 24 c Công cần thiết độ biến thiên lượng tụ biến thành dạng lượng nào? Giải a Xét khoảng cách tăng Δx > độ biến thiên lượng tụ W  SU 1 SU (  ) � x  2.4k x1  x x1 2.4kx Vậy lượng tụ giảm khoảng cách tăng b Gọi A công cần để tách xa Công nguồn dịch chuyển là: Ang = 2W Độ biến thiên lượng tụ Ang + A = W Suy ra: A = -W Vậy công suất cần để tách P A SU  v t 2.4kx c Cơng học lượng giải phóng khỏi tụ điện công thực để đưa điện tích nguồn, tồn phần lượng biến thành hóa nhiệt Ví dụ 4: Tụ phẳng khơng khí có chữ nhật có chiều cao h, chiều rộng l đặt thẳng đứng, cách đoạn d (d = l, h) Mép chạm vào mặt điện mơi lỏng có số điện môi ε khối lượng riêng D a Nối tụ với nguồn U, điện môi dâng lên đoạn H hai Bỏ qua tượng mao dẫn Hãy giải thích tượng tính H b Tụ ngắt khỏi nguồn trước cho tụ chạm vào mặt điện mơi tượng có khác trước Tính độ cao cột điện môi hai Giải: Khi tụ điện tích điện đặt chạm vào khối điện mơi lỏng điện trường tụ điện làm chất điện mơi bị phân cực, tụ có xu hướng hút chất điện môi 25 vào hai tụ Công lực điện trường kéo điện môi lỏng vào tụ điện biến thành trọng trường cột chất lỏng a Trường hợp tụ nối với nguồn Độ biến thiên lượng điện trường tụ W = U2 (C2  C1 ) Với C1 C2 điện dung tụ điện trước sau có cột điện mơi với chiều cao H Ta có C1  lh 4 kd C2 điện dung đương tương tụ điện mắc song song, tụ điện khơng khí có chiều cao h-H, tụ điện môi với chiều cao H C2  l (h  H )  lH (  1)lH   C1  4 kd 4 kd 4 kd W  Suy U (  1)lH 2.4 kd - Thế trọng trường cột điện môi Wt  mg H  DgldH Với l chiều dài 2 - Định luật bảo tồn chuyển hóa lượng Ang = Wt + W, với Ang = 2W => Wt = W => (  1)U H 4 kDgd b Trường hợp tụ ngắt khỏi nguồn Hiện tượng tương tự trên, hiệu điện hai thay đổi điện mơi dâng lên, cịn điện tích khơng đổi Q = C1U - Độ giảm lượng tụ W  Q2 Q2  , 2C1 2C2 với C2 C1 có giá trị phần a Thế trọng trường cột điện môi độ giảm lượng tụ Wt = W 26 � Q2 Q2 DgldH '2   2C1 2C2 Suy độ cao H’ cột điện môi là: H'  kD h 2d  (  1)DghU 2Dgd(  1) k  h 2(  1) Ví dụ Hai tụ phẳng khơng khí có điện dung C, mắc song song tích điện đến hiệu điện U ngắt nguồn Các tụ chuyển động tự đến (một tụ nguyên, tụ thay đổi khoảng cách).Tìm vận tốc tụ thời điểm mà khoảng cách chúng giảm nửa Biết khối lượng tụ M, bỏ qua tác dụng trọng lực Giải: +) Ta có: C1 = C2 = C +) Khi tụ điện (tụ thứ 2) chưa dịch chuyển, điện tích tụ: Q1 = Q2 = CU 2 +) Năng lượng tụ: W = W1 + W2 = .CU = C.U2 +) Khi khoảng cách tụ điện thứ giảm nửa, điện dung tụ: C2’ = 2.C2 = 2C +) Hiệu điện hai đầu tụ lúc này: U1 = U2 = U’ +) Theo định luật bảo tồn điện tích, Q1’ + Q2’ = 2C.U � 2CU = (C1 + C2’).U’ = 3C.U’ � U’ = U +) Tổng lượng tụ: W’ = W1’ + W2’ = 3C  C1  C2 ' U '2 = U  CU 2 +) Độ biến thiên lượng điện trường chuyển hóa thành động tụ: 1 1 CU �  W  W '   M v � CU  Mv � v  2 3M Ví dụ 27 Kẹp hai tụ điện phẳng, chiều dài l =20 cm, chiều rộng a=10cm thủy tinh dày d=0,1 cm có số điện mơi Người ta kéo từ từ thủy tinh khỏi tụ điện với vận tốc khơng đổi Hãy tính độ biến thiên lượng tụ điện công học cần thiết để kéo thủy tinh khỏi tụ điện hai trường hợp a) Tụ nối với nguồn có hiệu điện U=600V b) Sau tích điện đến hiệu điện U=600 V ta ngắt khỏi nguồn kéo thủy tinh Bỏ qua ma sát Giải: Điện dung tụ điện thủy tinh: C = Điện tích tụ: Q = C.U = S , 4 kd S U 4 kd Khi rút điện môi thủy tinh: C0 = S 4 kd Với S=al a) Tụ nối với nguồn: Nhận xét: Hiệu điện tụ không đổi - Độ biến thiên lượng tụ: 2 2 ΔW1 = W’ – W = C0 U  C.U = S U (1 – ε) = -1,27.10-4 (J) 2.4 kd - Công nguồn: Ang = 2W1 - Áp dụng định luật bảo toàn chuyển hóa lượng cho q trình A+ Ang = ΔW1 � A = -ΔW1 = 1,27.10-4 (J) b) Ngắt tụ khỏi nguồn kéo điện môi ra: Nhận xét: Điện tích bảo tồn nên sử dụng cơng thức tính lượng Q2 W 2C Điện tích tụ không đổi: Q = S U 4 kd Công cần rút thủy tinh độ biến thiên lượng tụ: 28 Q Q C �Q � (  1)S A  W '' W    (  1) � � U  6,36.10 4 J 2C 2C �C � 2.4kd Ví dụ Tụ C1 = 0,5µF tích điện đến hiệu điện U1 = 90V ngắt khỏi nguồn Sau tụ C1 mắc song song với tụ C2 = 0,4µF chưa tích điện Tính lượng tia lửa điện phát nối hai tụ với nhau? Giải Gọi U’ hiệu điện tụ sau nối với nhau: Q1’, Q2’ điện tích tụ sau nối với Theo định luật bảo tồn điện tích Q1'  Q2'  Q1 � C1U '  C2U '  C1U1 Suy ra: U’ = 50V Năng lượng điện trường tụ trước nối với nhau: Năng lượng điện trường tụ sau nối với nhau: W  C1U12 1 W '  C1U '2  C2U '2 2 Năng lượng tia lủa điện nối tụ với W = W – W’ = 900µJ Ví dụ 8: 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 lòng tụ để song song hoàn toàn đối diện So sánh lượng hệ tụ sau trước đưa tụ vào lòng tụ Giải a Điện dung C   S ; 4 k d 29 Năng lượng tụ: W =  S  D 2U CU  U2  = 6,94.10-8 J 8 k d 32.k d b Do khoảng cách tụ gấp đôi tụ nên C = 2C’ ; q1 = 2q2 Năng lượng tụ 1: q12 q 22 q12 W1  ; tụ 2: W2   2C C 4C 3q12 Tổng lượng ban đầu hệ: W0 = W1 + W2 = 4C *Trường hợp 1: Đưa dấu gần => tượng hưởng ứng, hệ gồm tụ + Tụ có điện tích q2 => C1   S d  C 4 k x x +- + - +- + Tụ có điện tích 3q2 => C2 = C  S d  C + Tụ có điện tích q2 => C  4 k ( d  x) d  x Năng lượng hệ lúc này: W  W1  W2  W3  x q2 -q2 3q2 -3q2 q2 -q2 5q 22 5q12  W   W0 C 4C Vậy lượng hệ tăng +- - + +- * Trường hợp 2: Đưa trái dấu lại gần => Cũng có hệ tụ điện tích q2 Tổng lượng hệ lúc này: x q2 -q2 -q2 +q2 +q2 -q2 W' q12   Năng lượng hệ giảm W  => W0 4C ' C – BÀI TẬP TỰ LUYỆN Bài 1: Hai tụ điện C = 2µF, C2 = 0,5 µF, có nối đất, hiêu điện phía tụ đất U = 100V, U2 = -50V Tính nhiệt lượng tỏa nối cịn lại (bản khơng nối dất) hai tụ dây dẫn Đs: Q = 4,5.10-3J U1 M U2 N C2 C1 O O 30 Bài 2: Một tụ điện phẳng khơng khí tích điện nguồn điện có hiệu điện U Hỏi lượng tụ điện thay đổi giảm khoảng cách d hai tụ điện đến giá trị d’ = d/3 Xét hai trường hợp: a Tụ nối với nguồn b Tụ ngắt khỏi nguồn bắt đầu thay đổi khoảng cách hai Đs: a lượng tụ tăng lần b lượng tụ giảm lần Bài 3: Hai tụ C1 = 600pF, C2 = 1000pF mắc nối tiếp vào nguồn có hiệu điện U = 20kV ngắt khỏi nguồn Nối dấu hai tụ với Tính lượng tia lửa điện xảy ĐS: 4,7.10-3 J Bài 4: Một tụ phẳng khơng khí có C = 10-10 F tích điện đến hiệu điện U = 100V ngắt khỏi nguồn Tính công nguồn để tăng khoảng cách hai tụ lên gấp đôi ĐS: 5.10-7 J Bài 5: Tụ phẳng khơng khí có điện dung C = 6µF tích điện đến hiệu điện U = 600V ngắt khỏi nguồn a Nhúng tụ vào điện mơi lỏng có  =4 cho ngập 2/3 diện tích Tính hiệu điện tụ b Tính cơng cần thiết để nhấc tụ điện khỏi điện môi Bỏ qua trọng lượng tụ Đs: a) 200V; b)0,72J Bài 6: Hai tụ C1 = µF, C2 = 0,5 µF tích điện đến hiệu điện U = 100V, U2 = 50V ngắt khỏi nguồn Nối khác dấu hai tụ với Tính lượng tia lửa điện phát ĐS: 4,5.10-3J Bài 7: Tụ phẳng khơng khí có tụ hình chữ nhật cách khoảng d Mép chạm vào mặt điện mơi lỏng có số điện môi  khối lượng riêng D Nối tụ với nguồn có hiệu điện U, điện môi dâng lên đoạn H hai tụ Bỏ qua tượng mao dẫn, tính H? 31 Bài 8: Bồn kim loại phẳng, mỏng giống hình chữ nhật, diện tích S, chiều dài l, đặt song song với Khoảng cách hai liên tiếp d Giữa hai A B có lớp điện mơi, lấp đầy khơng gian hai tấm, số điện môi  Tấm A D nối với hai cực nguồn điện, có hiệu điện U Tấm B G nối với dây dẫn a Tính lượng hệ tụ hiệu điện hai liên tiếp l A d r b Kéo lớp điện môi với vận tốc v khỏi tụ Bỏ qua ma sát Tính cơng suất cần thực để kéo lớp điện môi khỏi tụ U B C D Bài 9: Một có số điện mơi   nằm hai tụ điện phẳng, choán hết thể tích tụ điện Tụ điện mắc vào nguồn có suất điện động U = 100V qua điện trở Sau đẩy khỏi tụ thật nhanh, đến mức điện tích tụ chưa kịp biến thiên Hỏi phần lượng tỏa mạch sau dạng nhiệt Biết điện dung tụ điện chưa có điện mơi C0 = 100µF Bài 10: Cho mạch điện có sơ đồ hính vẽ Các tụ điện có kích thước Khoảng khơng gian hai tụ C lấp đầy thủy tinh có hắng số điện mơi  cịn khoảng khơng gian hai tụ C khơng khí Nguồn điện có suất điện động không đổi E, điện trở không đáng kể, R điện trở thuần, C = C Hệ ổn định, rút nhanh thủy tinh khỏi tụ C 1, bỏ qua tác dụng trọng lực ma sát thủy tinh với tụ điện C a Tính cơng ngoại lực thực C b Khi hệ ổn định, điện lượng chuyển qua nguồn Nguồn nhận cơng hay thực cơng, Tính giá trị công mà nguồn thực hay nhận E R c Tính nhiệt lượng trung bình tỏa R E Bài 11: Cho mạch điện hình vẽ Hai tụ điện lúc k đầu chưa tích điện, khóa k vị trí C Người ta chuyển k sang vị trí 2, sau chuyển k sang vị C R trí lại chuyển sang vị trí Hãy tìm tỉ số nhiệt tỏa điện trở R k chuyển sang vị trí lần thứ lần thức Biết k vị trí đủ lâu C = C2 = C Nguồn điện có suất điện động E điện trở không đáng kể Bài 12: Tụ điện phẳng gồm hai tụ có diện tích 0,05 m2 đặt cách 0,5 mm, điện dung tụ nF Tính số điện mơi lớp điện mơi hai tụ 32 Đ s: 3,4 Bài 13: Một tụ điện khơng khí tích điện lượng 5,2 10 -9 C điện trường hai tụ 20000 V/m Tính diện tích tụ Đ s: 0,03 m2 Bài 14: Một tụ điện phẳng điện dung 12 pF, điện mơi khơng khí Khoảng cách hai tụ 0,5 cm Tích điện cho tụ điện hiệu điện 20 V Tính: a điện tích tụ điện b Cường độ điện trường tụ Đ s: 24 10-11C, 4000 V/m Bài 15: Một tụ điện phẳng khơng khí, điện dung 40 pF, tích điện cho tụ điện hiệu điện 120V a Tính điện tích tụ b Sau tháo bỏ nguồn điện tăng khoảng cách hai tụ lên gấp đơi Tính hiệu điện hai tụ Biết điện dung tụ điện phẳng tỉ lệ nghịch với khoảng cách hai Đ s: 48 10-10C, 240 V Bài 16: Tụ điện phẳng có tụ hình trịn bán kính 10 cm Khoảng cách hiệu điện hai 1cm, 108 V Giữa hai không khí Tìm điện tích tụ điện ? Đ s: 10-9 C Bài 18: Tụ điện phẳng gồm hai tụ hình vng cạch a = 20 cm đặt cách cm Chất điện môi hai thủy tinh có  = Hiệu điện hai U = 50 V a Tính điện dung tụ điện b Tính điện tích tụ điện c Tính lượng tụ điện, tụ điện có dùng đề làm nguồn điện khơng ? Đ s: 212,4 pF ; 10,6 nC ; 266 nJ Bài 19: Tụ C1 = µF tích điện đến hiệu điện 60V, sau ngắt khỏi nguồn điện nối song song với tụ C2 chưa tích điện Hiệu điện tụ sau 40V Tính C2 điện tích tụ 33 Đs: Q1' = 8.10-5 C, Q2'= 4.10-5 C C2 = µF Bài 20: Cho tụ C1 = µ F, C2 = µF, C3 = µF nguồn có U = 110V mắc hình vẽ a) Ban đầu K vị trí 1, tìm Q1 b) Đảo K sang vị trí 2, tìm Q U tụ Đs: a Q1 = 1,1.10-4C b Q1 = 5.10-5C; Q2'=Q3'=6.10-5C; U2'=30V; U3'=20V Bài 21: Cho mạch hình vẽ Các tụ có điện dung C giống nhau, nguồn có hiệu điện U Tìm điện tích tụ khóa K chuyển từ a sang b Đs: Q1 = Q3 = CU/3; Q = Q4 = Q5 = Q6 = CU/6 Bài 22: Cho mạch điện hình vẽ Các tụ có điện dung giống nhau, nguồn U = 9V Ban đầu K2 mở, K1 đóng Sau mở K1 đóng K2 Tìm hiệu điện tụ Đs: U1' = U2' = 3V, U2' = U4' = 1,5V Bài 23: Trong hình bên: C1 = µF, C2 = µF, C3 = µF, UAB = 120V Tính U tụ khóa K chuyển từ vị trí sang vị trí Đs: U1' = U2' = 15V, U3' = 30V Bài 24: Trong hình bên: C1 = µF, C2 = µF, C3 = µF, UAB = 120V Tính U tụ khóa K chuyển từ vị trí sang vị trí Đs: U1' = 90V, U2' = 54V, U3' = 66V Bài 25: Trong hình bên: C1 = µF, C2 = µF, nguồn U = 9V Tính U tụ nếu: a) Ban đầu K vị trí sau chuyển sang vị trí b) Ban đầu K vị trí sau chuyển sang vị trí lại chuyển sang vị trí Đs: a U1' = 9V; U2' = 0V b U1'' = 7V; U2'' = 2V Bài 26: Hai tụ C1 , C2 mắc hình vẽ Ban đầu K1 mở K2 đóng Sau mở K2 đóng K1 Tính hiệu điện tụ 34 / Đs: U1  C2U1 C2U  C1 (U1  U ) / U  C1  C2 C1  C2 Bài 27: Cho tụ C1 = 1µF, C2 = 3µF, C3 = 6µF tích điện đến hiệu điện U = 90V Sau tụ ngắt khỏi nguồn nối thành mạch kín hình vẽ Tính hiệu điện hai tụ Đs: UBA' = 90V, UBD' = 30V UDA' = 60V 35 - Về khả áp dụng sáng kiến: Sau hướng dẫn học sinh phương pháp giải tập cụ thể thấy học sinh giải tốt tập tụ điện nâng cao kết thi HSG cấp tỉnh năm học 2016 – 2017; năm học 2017 – 2018 Chun đề giúp em có nhìn tổng quan phương pháp giải tập Vật lý nói chung tập Tụ điện nói riêng Tạo hứng thú say mê học tập mơn Vật lý Từ phát huy khả tự giác, tích cực học sinh, giúp em tự tin vào thân gặp toán mang tính tổng qt Đó mục đích mà tơi đặt Những thông tin cần bảo mật (nếu có): khơng có Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến: 10 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 10.1 Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến theo ý kiến tác giả: - Đã xây dựng lựa chọn hệ thống tập vật lí tụ điện mức độ ơn thi THPT Quốc Gia ôn thi học sinh giỏi cấp tỉnh - Bước đầu nghiên cứu sử dụng hệ thống tập theo hướng tích cực thể qua thích thú say mê mơn Học sinh cảm thấy nhẹ nhàng thiết thực chứa khơng lí thuyết sách - Giáo viên có thêm tài liệu để phục vụ cho việc giảng dạy phần tụ điện - Giúp học sinh có phương pháp để giải tập tụ điện cách hiệu 10.2 Đánh giá lợi ích thu dự kiến thu áp dụng sáng kiến theo ý kiến tổ chức, cá nhân: Học sinh thấy tự tin gặp toán tụ điện 36 11 Danh sách tổ chức/cá nhân tham gia áp dụng thử áp dụng sáng kiến lần đầu Số Tên tổ chức/cáĐịa Phạm vi/Lĩnh vực TT nhân Đỗ Thị Hoài áp dụng sáng kiến Giáo viên Trường Quang Hà Nguyễn thị BíchGiáo Hạnh Nguyễn Nguyệt viên tỉnh ôn th THPT Quốc Gia Trường Quang Hà ThịGiáo viên THPT Q trình ơn thi học sinh giỏi cấp THPT Q trình ơn thi học sinh giỏi cấp tỉnh ôn th THPT Quốc Gia Trường Quang Hà THPT Q trình ơn thi học sinh giỏi cấp tỉnh ơn th THPT Quốc Gia Bình Xun, ngày tháng năm 2019 Bình Xuyên, ngày 18 tháng 02 năm 2019 PHÓ HIỆU TRƯỞNG TÁC GIẢ SÁNG KIẾN Nguyễn Viết Ngọc Nguyễn Thị Nguyệt TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 - Bộ SGK SBT Bộ GD – ĐT - Bộ SGK SBT nâng cao Bộ GD – ĐT - Sách giải toán vật lý Bùi Quang Hân - Trang violet.vn 38 ... điện dung , điện tích, hiệu điện tụ điện lúc ? c Vẫn nối tụ điện với nguồn Nhúng tụ điện vào chất điện mơi lỏng  = Tính điện dung, điện tích, hiệu điện tụ điện lúc ? Giải: a Điện tích tụ: Q = CU... thức điện dung tụ điện điện dung tụ phẳng để tính điện dung, hiệu điện điện tích tụ điện - Khi tụ ngắt khỏi nguồn điện tích tụ khơng đổi - Khi tụ nối với nguồn hiệu điện tụ khơng đổi - Bài tập... 1: Tụ phẳng khơng khí có điện dung C = 500 pF tích điện đến hiệu điện U = 300V a Tính điện tích Q tụ điện ? b Ngắt tụ điện khỏi nguồn Nhúng tụ điện vào chất điện mơi lỏng có số điện mơi Tính điện