D NG VII: BÀI T P LIÊN QUAN Đ N NĂNG L ẬẾ ƯỢ NG C A T , Ụ

Một phần của tài liệu Hướng dẫn học sinh giải bài tập tụ điện trong một số mạch phức tạp (Trang 29 - 34)

Đ NG NĂNG C A CÁC B N.

7.1.  PHƯƠNG PHÁP

Bước 1:Tính năng lượng c a b  t  lúc đ u.ủ ộ ụ ầ Bước 2:  Tính năng lượng c a b  t  lúc sau.ủ ộ ụ Bước 3:  Áp d ng đ nh lu t b o toàn năng lụ ị ậ ả ượng

N u không n i v i ngu nế ố ớ ồ

 N u t  luôn đế ụ ược m c v i ngu n.ắ ớ ồ

Wbđ + Ang + AC n ầ  = WSau

7.2. BÀI T P ÁP D NG

Bài t p 7.1:  T  ph ng có S = 200cmụ ẳ 2, đi n môi là b n th y tinh dày d = 1nn,   = 5,ệ ả ủ ε   tích đi n dệ ưới hi u đi n th  U = 300V. Rút b n th y tinh kh i t . Tính đ  bi nệ ệ ế ả ủ ỏ ụ ộ ế   thiên năng lượng c a t  và công c n th c hi n. Công này dùng đ  làm gì? Xétủ ụ ầ ự ệ ể   trong các trường h p:ợ

a. T  đụ ược ng t kh i ngu n.ắ ỏ ồ

b. T  v n n i v i ngu n.ụ ẫ ố ớ ồ

Bài gi i

­ Khi không có t m th y tinh: . ấ ủ

­ Khi có t m th y tinh: . ấ ủ

a. Khi ng t t  kh i ngu n: Đi n tích đắ ụ ỏ ồ ệ ược b o toàn nên s  d ng công th c tínhả ử ụ ứ   năng lượng :

­ Năng lượng c a t  khi n i v i ngu n: . V i Q = CU.ủ ụ ố ớ ồ ớ

­ Ng t t  kh i ngu n, đi n tích t  đi n không đ i nên Qắ ụ ỏ ồ ệ ụ ệ ổ 1 = Q. Năng lượng t  đi nụ ệ   sau khi rút t m th y tinh là: .ấ ủ

­ Công c n rút t m th y tinh b ng đ  bi n thiên năng lầ ấ ủ ằ ộ ế ượng c a t :ủ ụ

.

b. Khi t  v n n i v i ngu n, hi u đi n th  không đ i và b ng U. Tính năng lụ ẫ ố ớ ồ ệ ệ ế ổ ằ ượng  theo công th c: .ứ

­ Năng lượng khi t  n i v i ngu n: . Đi n tích c a t  là Q = CU.ụ ố ớ ồ ệ ủ ụ

­ Năng lượng c a t  khi rút t m th y tinh: . ủ ụ ấ ủ

Đi n tích c a t  là Qệ ủ ụ 2 = C0U.

­ Dùng đ nh lu t b o toàn năng lị ậ ả ượng đ  tính công c n th c hi n đ  rút t m đi nể ầ ự ệ ể ấ ệ   môi ra. Trước h t ta ch ng minh r ng trong m ch ế ứ ằ ạ có t  m c v i ngu n đi nụ ắ ớ , công 

c a ngu n đi nủ  luôn l n g p hai ớ ấ đ  bi n thiên năng lộ ế ượng c a tủ ụ trong b t k  quáấ ỳ   trình nào x y ra. N u đi n tích c a t  bi n thiên m t lả ế ệ ủ ụ ế ộ ượng Δq, thì theo công th cứ   tính năng lượng c a t  vi t dủ ụ ế ướ ại d ng , đ  bi n thiên năng lộ ế ượng c a t  b ng: .ủ ụ ằ

­ Khi có đi n lệ ượng Δq đi qua, ngu n đi n th c hi n công b ng: Aồ ệ ự ệ ằ ng = ΔqU (công  c a các l c l  trong ngu n đi n).ủ ự ạ ồ ệ

­ V y Aậ ng = 2ΔW (1)

­ Áp d ng đ nh lu t b o toàn năng lụ ị ậ ả ượng cho quá trình kh o sát trong bài toán taả   có:  (2).

­ T  (1) và (2) ta có: A = ­ΔW ừ

­ Đ  bi n thiên năng lộ ế ượng c a t  là: ủ ụ

.

­ V y:ậ

Bài t p 7.2:  Hai t  đi n ph ng không khí gi ng nhau có đi n dung C m c songụ ệ ẳ ố ệ ắ   song và được tích đ n hi u đi n th  U r i ng t kh i ngu n. Hai b n c a m t tế ệ ệ ế ồ ắ ỏ ồ ả ủ ộ ụ  c  đ nh, còn hai b n c a t  kia có th  chuy n đ ng t  do.Tìm v n t c c a các b nố ị ả ủ ụ ể ể ộ ự ậ ố ủ ả  

t  do t i th i đi m mà kho ng cách gi a chúng gi m đi m t n a. Bi t kh i lự ạ ờ ể ả ữ ả ộ ử ế ố ượng  c a m i b n t  là M, b  qua tác d ng c a tr ng l c.ủ ỗ ả ụ ỏ ụ ủ ọ ự

Bài gi i

­ Năng lượng c a h  hai t  trủ ệ ụ ước khi các b n ch a di chuy n:ả ư ể

      W1=2. C.U2= C.U2.       Đi n tích h  Q = 2C.Uệ ệ

­ Khi hai b n c a m t t  đã di chuy n đ n kho ng cách b ng m t n a lúc đ u,ả ủ ộ ụ ể ế ả ằ ộ ử ầ   đ ên dung c a t  này là 2C.ị ủ ụ

­ G i Wọ 2  là năng lượng c a h , Uủ ệ 1 là hi u đi n th  trên m i t  lúc này:ệ ệ ế ỗ ụ

     Q = Q1+ Q2 => 2C.U = (C + 2C)U1 = 3CU1 => U1 =U     W2 = C.U+2C.U=C.U+ C.U = C.= 

­ Đ  bi n thiên năng lộ ế ượng c a h  b ng đ ng năng mà hai b n t  thu đủ ệ ằ ộ ả ụ ược.      2Wđ = W1 ­ W2 

     2Mv2 =       => 

Bài t p 7.3:  M t t  đi n ph ng không khí (t  1) g m hai b n c c tròn có độ ụ ệ ẳ ụ ồ ả ự ường  kính D đ t song song cách nhau kho ng m t d. Tích đi n cho t  đ n hi u đi n thặ ả ộ ệ ụ ế ệ ệ ế  U r i ng t kh i ngu n.ồ ắ ỏ ồ

a, Tính năng lượng c a t . Áp d ng b ng s : D = 10cm, d = 0,5cm, U = 100V.ủ ụ ụ ằ ố

b, Dùng t  th  hai có các b n nh  t  1, nh ng kho ng cách gi a hai b n là 2d,ụ ứ ả ư ụ ư ả ữ ả   cũng được tích đi n đ n hi u đi n th  U r i ng t kh i ngu n. Sau đó đ a t  1 vàoệ ế ệ ệ ế ồ ắ ỏ ồ ư ụ   lòng t  2 đ  các b n song song nhau và hoàn toàn đ i di n nhau. So sánh năngụ ể ả ố ệ   lượng c a h  t  sau và trủ ệ ụ ước khi đ a t  1 vào lòng t  2.ư ụ ụ

Bài gi i

a, Đi n dung ;   ệ

Năng lượng c a t : W = = 6,94.10ủ ụ ­8 J

b, Do kho ng cách gi a 2 b n t  2 g p đôi t  1 nên C = 2C’ ; qả ữ ả ụ ấ ụ 1 = 2q2. Năng lượng t  1: ;  t  2: ụ ụ

T ng năng lổ ượng ban đ u c a h : Wầ ủ ệ 0 = W1 + W2 =   *Trường h p 1: Đ a 2 b n cùng d u g n nhau ợ ư ả ấ ầ

=> do hi n tệ ượng hưởng  ng, h  g m 3 t .ứ ệ ồ ụ

+ T  1 có đi n tích qụ ệ 2 => 

+ T  2 có đi n tích 3qụ ệ 2 => C2 = C  + T  3 có đi n tích qụ ệ 2 => 

+ N.lượng: ; ;      

Năng lượng c a h  lúc này: Năng lủ ệ ượng c a h  tăng.ủ ệ

* Trường h p 2: Đ a 2 b n trái d u l i g n nhauợ ư ả ấ ạ ầ

 => Cũng có h  3 t  cùng đ.tích qệ ụ 2

T ng năng lổ ượng c a h  lúc này:ủ ệ

 =>Năng lượng c a h  gi m đi.ủ ệ ả

Bài t p 7.4:   M t t  ph ng dộ ụ ẳ ược c u t o b i 2 t m kim lo i có d ng hình vuông,ấ ạ ở ấ ạ ạ   di n tích m i b n là 1mệ ỗ ả 2, kho ng cách gi a hai b n là 5mm. T  đả ữ ả ụ ược m c vào 2ắ  

c c c a ngu n có hi u đi n th  2000V. Ngự ủ ồ ệ ệ ế ười ta nhúng chìm h  th ng này trongệ ố   d u v i v n t c v = 10cm/s (nh  hình v  h1). ầ ớ ậ ố ư ẽ

Bi t h ng s  đi n môi c a d u là ế ằ ố ệ ủ ầ  = 2.

a. Ch n m c th i gian là lúc b t đ u nhúng t  vào d u, hãy v  đ  th  bi u di n sọ ố ờ ắ ầ ụ ầ ẽ ồ ị ể ễ ự  thay đ i c a đi n tích c a t .ổ ủ ệ ủ ụ

b. Sau khi đã nhúng chìm h n, ngẳ ười ta ng t ngu n ra kh i t  và đ t vào gi a haiắ ồ ỏ ụ ặ ữ   b n t  m t t m kim lo i có chi u dày 1mm, có di n tích l n h n các b n (hìnhả ụ ộ ấ ạ ề ệ ớ ơ ả   h2). Tính:

+ Hi u đi n th  g a hai b n t  sau khi đã đ t t m kim lo i vào gi a 2 b n t .ệ ệ ế ữ ả ụ ặ ấ ạ ữ ả ụ

+ Công c n th c hi n đ  đ a t m kim lo i vào gi a 2 b n t .ầ ự ệ ể ư ấ ạ ữ ả ụ Bài gi i

 a. T i th i đi m t ( t ≤  = 10s ),ạ ờ ể

 t  đụ ược xem nh  2 t  m c song song Cư ụ ắ 1 và C2.       V i  Cớ 1 =   ;  C2 =       

 C = C1 + C2=  +  =         Đi n tích c a t    th i đi m t: ệ ủ ụ ở ờ ể

 q = CU =    = 3,54. + 3,54.t   v i  0 ≤ t ≤ 10s . ớ

Sau 10s, đi n dung c a t  là C =  = 3,54.(F)     ệ ủ ụ

 q  = CU = 7,08.(C) không đ i      ổ

        Đ  th :ồ ị

b. T  đụ ược xem nh  hai t  ghép nói ti p  và      ư ụ ế

v i    =    và   =   (b là b  d y c a t m kim lo i)   ớ ề ầ ủ ấ ạ

 đi n dung c a t : C’ =   =  = 4,425.(F)    ệ ủ ụ

 U’ =  =  = 1600(V)       

Năng lượng c a t  trủ ụ ước khi đ a t m kim lo i vào:  W = qU = 7,08.10ư ấ ạ  – 3 (J)       Năng lượng c a t  sau khi đ a t m kim lo i vào:  W’ = qU’ = 5,664.10ủ ụ ư ấ ạ  – 3 (J)        Công c n th c hi n đ  đ a t m kim lo i vào b ng đ  gi m năng lầ ự ệ ể ư ấ ạ ằ ộ ả ượng c a t : ủ ụ

      A = W – W’ = 1,416.10 – 3 (J).

Bài t p 7.5:

       T  ph ng không khí có di n tích đ i di n gi a hai b n là S, kho ng ụ ẳ ệ ố ệ ữ ả ả

cách 2 b n là x, n i v i ngu n có hi u đi n th  U không đ i.ả ố ớ ồ ệ ệ ế ổ

b. Bi t v n t c các b n tách xa nhau là v. Tính công su t c n đ  tách các b n theoế ậ ố ả ấ ầ ể ả   x.

c. Công c n thi t và đ  bi n thiên năng lầ ế ộ ế ượng c a t  đã bi n thành d ng năngủ ụ ế ạ   lượng nào?

Bài gi i

a. Xét đ  bi n thiên kho ng cách Δx > 0 thì  ộ ế ả

Năng lượng t  gi m.ụ ả

b. 

c. Công c  h c và năng lơ ọ ượng được gi i phóng kh i t  đi n b ng công th c hi nả ỏ ụ ệ ằ ự ệ   đ  đ a các đi n tích v  ngu n, toàn b  ph n năng lể ư ệ ề ồ ộ ầ ượng này bi n thành hóa năngế   và nhi t.ệ

Bài t p 7.6:  T  ph ng không khí có các b n ch  nh t có chi u cao H, cách nhauụ ẳ ả ữ ậ ề   đo n d. Mép dạ ưới các b n ch m vào m t đi n môi l ng   có kh i lả ạ ặ ệ ỏ ε ố ượng riêng D.  N i t  v i ngu n U, đi n môi dâng lên đo n h gi a hai b n. B  qua hi n tố ụ ớ ồ ệ ạ ữ ả ỏ ệ ượng  mao d n. Tính h n u:ẫ ế

a. T  v n n i v i ngu n.ụ ẫ ố ớ ồ

b. T  ng t kh i ngu n trụ ắ ỏ ồ ước khi cho 2 b n t  ch m vào m t đi n môi.ả ụ ạ ặ ệ Bài gi i

a. Khi t  tích đi n, đi n môi b  hút vào. Công c a l c đi n kéo đi n môi l ng vàoụ ệ ệ ị ủ ự ệ ệ ỏ   bi n thành th  năng tr ng trế ế ọ ường c a c t đi n môi: ủ ộ ệ

A = . V i l là chi u dài c a b n.ớ ề ủ ả

­ Ban đ u khi đi n môi ch a dâng lên: .ầ ệ ư

­ Khi có c t đi n môi dâng lên, coi h  t  g m 2 t  ghép song song: ộ ệ ệ ụ ồ ụ

. V i H là chi u cao c a b n t .ớ ề ủ ả ụ

­ Công A = ΔW = . ­ T  đó: ừ

b. Hi n tệ ượng v n nh  trên, trong đó công A tính b ng: . V i Cẫ ư ằ ớ 1 và C2 nh  trên.ư

. V i ớ

Bài t p 7.7:  Hai t  đi n ph ng không khí gi ng nhau, đi n tích m i b n t  là S =ụ ệ ẳ ố ệ ỗ ả ụ   400cm2 và kho ng cách gi a các b n là dả ữ ả 1 = 0,6mm, được tích đi n b ng ngu nệ ằ ồ   đi n có hi u đi n th  Uệ ệ ệ ế 0 = 500V, sau đó được n i v i nhau b ng hai đi n tr  R =ố ớ ằ ệ ở   12,5k  (hình v ). Các b n c a m i t  đi n đΩ ẽ ả ủ ỗ ụ ệ ược đ a ra cách nhau dư 2 = 1,8mm  trong th i gian t = 3s, theo hai cách: Đ ng th i tách xa các b n c a c  hai t  ho cờ ồ ờ ả ủ ả ụ ặ   l n lầ ượt tách các b n c a m i t . H i cách nào t n nhi u công h n và bao nhiêu?ả ủ ỗ ụ ỏ ố ề ơ

 Bài gi i

­ Tính đi n dung Cệ 0 và C c a t  trủ ụ ước và sau khi tách. Tính đi n tích ban đ u Qệ ầ 0 

a. Tách đ ng th i: Hi u đi n th  c a hai t  luôn b ng nhau nên không có s  d chồ ờ ệ ệ ế ủ ụ ằ ự ị   chuy n đi n tích qua m i đi n tr , đi n tích các t  gi  nguyên Qể ệ ỗ ệ ở ệ ụ ữ 0. Công c n thi tầ ế   là: 

b. Tách l n lầ ượt: Gi  s  tách t  trái trả ử ụ ước.

­ Áp d ng đ nh lu t b o toàn đi n tích và m i liên h  v  hi u đi n th  tính đụ ị ậ ả ệ ố ệ ề ệ ệ ế ược  Q1, Q2 c a m i t , t  đó tính ΔQ.ủ ỗ ụ ừ

­ Có s  d ch chuy n đi n tích qua R nên có s  t a nhi t. Công c n thi t là:ự ị ể ệ ự ỏ ệ ầ ế

A1 = QR + ΔW1 + ΔW2.

­ Tương t  sau đó tách t  ph i.ự ụ ả

­ Công c n thi t là: A = ầ ế

Một phần của tài liệu Hướng dẫn học sinh giải bài tập tụ điện trong một số mạch phức tạp (Trang 29 - 34)