2. XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP VLĐC PHẦN ĐIỆN HỌC (THEO
2.3.2. Dự kiến việc sử dụng hệ thống bài tập đã cho
Qua thực tế giảng dạy và điều tra của GV chúng tôi nhận thấy các tiết học nghiên cứu tài liệu mới, vì nội dung các kiến thức mới trong mỗi bài của phần này là tƣơng đối nhiều nên nói chung là không có đủ thời gian trên lớp để giải chi tiết các bài tập đã đƣa ra cho SV. Do đó chúng tôi chỉ chọn giải những bài tổng quát và gần gũi với SV nhất để đƣa vào giải chi tiết
Thông thƣờng ở 1 tiết học chỉ có thể hƣớng dẫn SV giải 2 - 3 bài tập để củng cố kiến thức mới, còn lại sẽ đƣợc ra để cho SV về nhà làm sau mỗi tiết học có nội dung tƣơng ứng, sau đó kết quả đƣợc gửi lại cho GV thông qua nhiều cách nhƣ : gmail, nộp bài tập lớn…
Chúng tôi hƣớng dẫn SV giải các bài tập để giúp SV phát triển tƣ duy, năng lực sáng tạo kĩ thuật trong các giờ thảo luận nhƣ sau (đã đƣợc soạn thành giáo án)
Hệ thống bài tập:
a) Điện - Điện Trƣờng Bài 1:
Theo định luật Culông, thì chỉ các vật tích điện mới hút và đẩy nhau. Thế thì tại sao một thanh nhựa, sau khi cọ xát vào một miếng dạ, lại hút đƣợc các vật nhỏ, nhẹ, mặc dầu các vật này không tĩnh điện?
Ứng dụng: công nghệ sơn tĩnh điện, máy hút bụi….
Bài 2:
Tại sao cái ti vi đã tắt hang vài giờ rồi, và đã rút dây khỏi ổ cắm, vẫn còn có thể gây nguy hiểm cho ngƣời mở máy ra để sửa chữa?
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
42
Ứng dụng : công dụng các bộ tụ ở quạt, thiết bị kĩ thuật : tủ lạnh, tivi, đồng hồ…
Bài 3:
Đang ngồi trong ôtô đi trên đƣờng trống mà chợt gặp mƣa giông, có nguy cơ bị sét đánh không?
Ứng dụng: hộp chống set trên máy bay, cột chống set…
Bài 4:
Khi quần áo bằng len, dạ bị bám bụi, ngƣời ta thƣờng dùng bàn chải, chải cho hết bụi. Nên chải thế nào, mạnh tay hay nhẹ tay?
Ứng dụng : máy hút bụi…….
Bài 5:
Bạn hãy cắt một mẩu giấy học sinh, một mẩu giấy nhôm bọc thuốc lá (cứ để cho dính với tờ giấy trắng, không cần bóc rời ra) và một mẩu dây đồng mảnh, cho trọng lƣợng của ba vật xấp xỉ bằng nhau. Cọ sát một cái bút bi bằng nhựa vào một miếng len, rồi giơ lại gần ba vật ấy, Vật nào bị hút trƣớc?
Ứng dụng: sơn tĩnh điện, mạ vàng, mạ đồng….
Bài 6:
Hai quả cầu A và B bằng kim loại khác nhau, có cùng bán kính, một quả đặc, một quả rỗng. Cho chúng tiếp xúc đồng thời với một quả cầu tích điện C, sau đó tách riêng chúng ra. Trong hai quả cầu A và B, quả nào mang điện tích lớn hơn?
Ứng dụng: các máy tích điện, các sợi xích sắt được nối ở các xe chở xăng với mặt đường
Bài 7:
Điện dung của tụ điện có đúng là không đổi, đối với mỗi tụ hay không?
Ứng dụng: thiết kế các bộ tụ với điện dung cho trước của các thiết bị bằng nhiều tụ có điện dung khác nhau…
Bài 8:
Bạn có một cái tụ xoay, mà điện dung cực đại là CM. Đặt vào hai bản cực một hiệu điện thế U, thì tụ có điện tích Q = CM.U và năng lƣợng W =
M C Q2 . 2 1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
43
Bỏ nguồn đi thì điện tích của tụ vẫn giữ giá trị Q. Nhƣng nếu sau đó, bạn xoay tụ điện cho điện dung của nó giảm, thì năng lƣợng của tụ tăng. Vậy tụ lấy năng lƣợng từ đâu?
Ứng dụng: điều chỉnh tần số thu phát ở các máy thu phát tín hiệu..v.v
Bài 9:
Hai tụ điện có điện dung và hiệu điện thế giới hạn C1 = 5µF, U1gh =
500V, C2 = 10µF, U2gh = 1000V. Ghép hai tụ điện thành bộ.
Tìm hiệu điện thế giới hạn của bộ tụ điện, nếu hai tụ: a) Ghép song song.
b) Ghép nối tiếp.
Ứng dụng : lắp đặt các bộ tụ ở các động cơ bằng những tụ có sẵn….
Bài 10:
Tụ C1 = 0,5µF đƣợc tích điện đến hiệu điện thế U1 = 90V rồi ngắt khỏi
nguồn. Sau đó tụ đƣợc mắc song song với tụ C2 = 0,4µF chƣa tích điện.
Tính năng lƣợng của tia lửa điện phát ra khi nối hai tụ với nhau.
Ứng dụng: biết giới hạn bộ tụ để các thiết bị và người sử dụng được an toàn khi sản xuất
Bài 11:
Cho hai điểm A và B cùng ở trên một đƣờng sức của điện trƣờng do điện tích điểm q đặt tại gây ra. Biết độ lớn của cƣờng độ điện trƣờng tại A,B
lần luợt là E1, E2 và ở A gần O hơn B.
Tính độ lớn của cƣờng độ điện trƣờng tại M, trung điểm của đoạn AB.
Bài 12:
Hạt bụi khối lƣợng m = 0,02g mang điện tích q = 5.105C đặt sát bản
dƣơng của một tụ phẳng không khí. Hai bản tụ có khoảng cách d = 5cm và hiệu điện thế U = 500V.
Tìm thời gian hạt bụi chuyển động giữa hai bản và vận tốc của nó khi đến bản tụ âm. Bỏ qua tác dụng của trọng lực.
Bài 13:
Tụ điện phẳng gồm hai bản tụ hình vuông cạnh a = 20cm đặt cách nhau d = 1cm, chất điện môi giữa hai bản là thuỷ tinh có ε = 6. Hiệu điện thế giữa hai bản tụ U = 50V.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
44 a)Tính điện dung của tụ điện.
b)Tính điện tích của tụ điện.
c)Tính năng lƣợng của tụ điện. Tụ điện có dùng làm nguồn điện đƣợc không?
Bài 14:
Cho 2 điện tích q1 = 2.106C, q2 = - 9.107C đặt cách nhau 2cm trong
không khí.
Tính lực tƣơng tác giữa hai điện tích đó.
Bài 15:
Một vòng dây dẫn mảnh, có bán kính R mang điện tích dƣơng q. Xác định cƣờng độ điện trƣờng tại một điểm nằm trên trục vòng dây cách tâm vòng dây một khoảng x.
Tính điện thế gây bởi vòng dây tại điểm đó.
Bài 16:
Một quả cầu kim loại bán kính R mang điện tích q. Áp dụng định lí Ôxtrôgradski-Gaox, hãy tính cƣờng độ điện trƣờng tại một điểm cách tâm quả cầu một khoảng r.
Tính điện thế tại điểm đó.
Bài 17:
Một quả cầu kim loại bán kính R mang điện tích q1 đƣợc đặt đồng tâm
bên trong một vỏ cầu bằng kim loại, mỏng có bán kính R2.
a) Truyền cho vỏ cầu điện tích q2. Tính điện thế gây bởi hệ tại điểm
cách tâm chung của hệ một khoảng r.
b) Nếu vỏ cầu không tích điện thì điện thế quả cầu thay đổi ra sao nếu nó đƣợc nối với vỏ cầu bằng một dây dẫn. Điện thế quả cầu bằng bao nhiêu nếu vỏ cầu đƣợc nối với đất.
Bài 18:
Một chùm êlectrôn rộng, mỏng, bay ra từ một khe hẹp có bề dày d, với
vận tốc v = 105m/s. Mật độ êlectrôn trong chùm là n = 1010
hạt/m3. Hỏi ở cách
khe một khoảng l bằng bao nhiêu thì bề dày chùm tia tăng lên gấp đôi.
b) Bài tập 2 : ĐIỆN MÔI
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
45
Tại sao ta có thể dùng “tầu ngầm” để đun nƣớc mặc dù hai lá kim loại đặt cách xa nhau?
Bài 20:
Tại sao không nên uống, pha trà, với đun nƣớc sôi bằng “tàu ngầm”?
Bài 21:
Nhúng hai thanh than (lấy từ các pin hỏng) vào một cốc nƣớc muối (NaCl), rồi nối chúng với hai cực của một bộ acquy, khi thấy bọt khí thoát ra ở một cực. Khí đó là chất gì?
Bài 22:
Muối NaCl đun nóng chảy có thể điện phân đƣợc không?
Bài 23:
Muối điện phân nƣớc để điều chế hiđro và ôxi, có thể dùng nguồn điện có suất điện động bất kì đƣợc không?
Bài 24:
Acquy của ôtô, xe máy (trừ acquy, khô), thỉng thoảng lại phải đổ thêm nƣớc, đù đã đƣợc đậy nắp khá kín, tại sao vậy?
Bài 25
Giữa sự phóng tia lửa điện và sự phóng hồ quang, có những điểm khác nhau cơ bản gì?
Bài 26:
Năng lƣợng của một tia sét giá chừng bao nhiêu?
Bài 27
Trong đèn thủy ngân cao áp dùng để chiếu sáng các đƣờng phố, sự phóng điện có dạng gì, tia lửa điện hay hồ quang?
Bài 28:
Đèn đƣờng màu vàng có gì khác với đèn thủy ngân?
Bài 29:
Khi đèn ống huỳnh quang hoạt động, hai dây tóc ở hai đầu đèn có bị nung nóng không?
Bài 30:
Tại sao đèn ống chỉ cần một hiệu điện thế 220V, còn trong đèn hình của tivi, êlêctron đƣợc gia tốc với hiệu điện thế hàng vạn vôn mà khả năng phát sáng của hai đèn hầu nhƣ chỉ bằng nhau?
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
46
Tại sao đèn hình của tivi lại cần một hiệu điện thế lớn hàng vạn vôn nhƣ vậy?
Bài 32:
Lắp pin vào máy rađiô - catxet chạy pin, nếu mắc nhầm cực, thì máy có bị hỏng không?
Bài 33:
Có thật là các đèn dùng chùm điện tử trong chân không đã hết thời rồi không?
Bài 34:
Chứng tỏ rằng mật độ êlêctrôn tự do của một kim loại có biểu thức:
No =
A nD No
Na: số Avôgađrô
Với : n : hóa trị của kim loại
D: khối lƣợng riêng của kim loại. A: nguyên tử lƣợng của kim loại.
Bài 35:
Một dây dẫn bằng đồng, đƣờng kính tiết diện là d = 1mm, có dòng
điện cƣờng độ I = 2A chạy qua. Cho biết mật độ êlêctrôn tự do là no =
8,45.1028 êlêctrôn/ m3, hãy tính vận tốc trung bình của các êlêctrôn trong
chuyển động có hƣớng của chúng.
Bài 36:
Một dây nhôm có nguyên tử khối là 27 và khối lƣợng riêng 2,7g/cm3,
điện trở suất 3,44.10-8
Ωm. Biết nhôm có hóa trị 3 và thừa nhận mỗi nguyên tử nhôm giải phóng 3 êlêctrôn tự do, hãy tính mật độ êlêctrôn tự do của nhôm.
ĐS: No - 1,8. 1027êlêctrôn/m3
Bài 37:
Độ lƣu động của các êlêctrôn tự do trong một kim lọai đƣợc định nghĩa nhƣ sau:
v = E.
(v: vận tốc trung bình của các êlêctrôn tự do;
E: độ lớn cƣờng độ điện trƣờng trong kim loại) Hãy thiết lập biểu thức của theo các đại lƣợng sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
47
no: mật độ của êlêctrôn tự do
e: điện tích nguyên tố
l: chiều dài của dây dẫn kim loại S: Diện tích của tiết diện dây kim loại R: điện trở của dây.
ĐS: =
neSR l
Bài 38:
Đồng có nguyên tử khối 63,5, khối lƣợng riêng 8,9g/cm3
và điện trở
suất 1,6.10-8Ωm. Hãy tính:
a) Mật độ êlêctrôn tự do của đồng (coi mỗi nguyên tử đồng giải phóng 1 êlêctrôn tự do).
b) Độ lƣu động của êlêctrôn tự do bên trong kim loại đồng.
ĐS: a) 8,45.1028
êlêctrôn/m3 b) 4,6.10-3 (SI)
Bài 39:
Khảo sát chất bán dẫn. Công dụng của điôt bán dẫn và trandito.
- Thực hiện tính toán các đại lƣợng (mật độ, vận tốc trung bình, điện trở
suất…) tƣơng tự nhƣ với các kim loại. - Để ý:
+ Đối với bán dẫn tinh khiết: có hai loại hạt mang điện mật độ bằng nhau.
+ Đối với bán dẫn có tạp chất: mật độ hạt mang điện ban đầu không đáng kể so với mật độ hạt mang điện do tạp chất.
- Đi ốt bán dẫn có tác dụng chỉnh lƣu (chiều p - n); trandito có tác dụng khuếch đại.
Bài 40:
Trong chất bán dẫn tinh khiết, độ lƣu động µn, µp của êlêctrôn tự do và
lỗ trống đƣợc xác định bởi:
n
v = µn.E; vp = µp.E
(E: độ lớn của cƣờng độ điện trƣờng đặt vào chất bán dẫn)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
48
Bài 41:
Một điôt bán dẫn có lớp tiếp xúc p - n dày 10-4cm. Khi không có điện trƣờng
ngoài. Giữa hai mặt của lớp tiếp xúc, ngƣời ta đo đƣợc hiệu điện thế 0,4V. a) Giải thích hiện tƣợng.
b) Tính độ lớn của cƣờng độ điện trƣờng tạo ra bên trong lớp tiếp xúc này.
Bài 42:
Hãy khảo sát lý thuyết sự biến thiên điện trở suất của một chất bán dẫn
có tạp chất. Xét hai trƣờng hợp: a) Tạp chất loại n
b) Tạpchất loại p
Bài 43:
Hãy giải thích các nguyên tắc xác định loại bán dẫn (p hay n) bằng cách dựa vào hiệu ứng Hôn (Hall)
a) Giải thích ý nghĩa vật lý của mỗi đoạn đặc tuyến.
b) Hiệu điện thế đặt vào điôt thay đổi đột ngột từ -220V thành + 1,5V. Tìm cƣờng độ dòng điện trƣớc và sau.
ĐS: b) -1mA; + 1,5A.
Bài 45:
Hãy vẽ sơ đồ mạch khuếch đại đơn giản dùng trandito. Giải thích tác dụng khuếch đại.
c) Bài tập: CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ
Bài 46:
Khi một thanh kim loại chuyển động cắt ngang các đƣờng sức của một từ trƣờng thì giữa hai đầu thanh có một hiệu điện thế. Vậy khi một máy bay bay theo phƣơng nằm ngang và cắt các đƣờng sức của từ trƣờng Trái Đất, thì giữa hai đầu cánh máy bay có xuất hiện một hiệu điện thế không?
Bài 47:
Cái đinamô xe - đạp có phải là máy phát điện một chiều không?
Bài 48:
Tại sao các cuộn dây dùng làm điện trở trong các hộp điện trở lại đƣợc quấn bằng dây chập đôi.
Bài 49:
Tại sao các ngắt điện, cầu dao điện đều phải có lò xo?
Bài 50:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
49
Bài 51:
Động cơ của xe máy nào cũng có một cái vô lăng từ, để làm gì?
Bài 52:
Hai dây dẫn thẳng dài vô hạn D1, D2 đặt song song trong không khí cách
nhau khoảng d = 10cm, có dòng điện cùng chiều I1 = I2 = I = 2,4A đi qua.
Tính cảm ứng từ tại:
a) M cách D1 và D2 khoảng R = 5cm.
b) N cách D1: R1=20cm, cách D2: R2=10cm
c) P cách D1: R1=8cm, cách D2: R2=6cm
Bài 53:
Hai dây dẫn thẳng dài đặt song song, cách nhau khoảng 2a trong không
khí, có các dòng điện I1 = I2 = I cùng chiều đi qua. Mặt phẳng P vuông góc
với hai dây và cắt hai dây tại A1, A2. O là trung điểm A1A2. Trục tọa độ Ox
nằm trong mặt phẳng P và vuông góc với A1A2.
a) Xác định vecto cảm ứng từ tổng hợp tại O.
b) Xác định vecto cảm ứng từ tổng hợp tại M trên Ox với OM = x.
c) Xác định vị trí điểm M trên Ox có cảm ứng từ cực đại. Tính giá trị cực đại này.
d) Đặt một dây dẫn thứ ba có dòng I3 đi qua, song song với hai dây trên
và đi qua O. Xác định chiều và độ lớn I3 để cảm ứng từ tổng hợp tại M1 trên
Ox bằng không, M1 là điểm có tọa độ OM1 = a.
Bài 54:
Chứng minh rằng độ tự cảm của xolenoit không lõi là L = l S N l S N . . 10 . 4 . . 2 7 2 0
Trong đó N là số vòng dây, S là diện tích tiết diện của ống dây, l là chiều dài ống dây.
Áp dụng: Tính L với l = 31,4cm, N = 1000 vòng, S = 20cm3
Bài 55:
Giữa hai cực của một nam châm có một từ trƣờng đều. Vecto cảm ứng từ
B thẳng đứng; B = 0,5T. Ngƣời ta treo một dây dẫn thẳng chiều dài l = 5cm,
khối lƣợng m = 5g nằm ngang trong từ trƣờng bằng hai dây dẫn mảnh nhẹ. Tìm
góc lệch của dây treo (so với phƣơng thẳng đứng) khi cho dòng điện I = 2A đi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
50
ĐA: = 450
Bài 56:
Thanh kim loại CD chiều dài l = 20cm khối lƣợng m = 100g đặt vuông góc với hai thanh ray song song nằm ngang và nối với nguồn điện nhƣ hình vẽ.
Hệ thống đặt trong từ trƣờng đều B hƣớng thẳng đứng từ trên xuống; B = 0,2T.
Hệ số ma sát giữa CD và ray k = 0,1. Bỏ qua điện trở các thanh ray, điện trở tại nơi tiếp xúc và dòng điện cảm ứng trong mạch.
a) Biết thanh CD trƣợt sang trái với gia tốc a = 3 m/s2. Xác định chiều
và độ lớn dòng điện I qua CD.