Bài tập vật lý 11 về tụ điện năm 2024
Khi trong phòng thí nghiệm chỉ có một số tụ điện giống nhau với cùng điện dung C, muốn thiết kế một bộ tụ điện có điện dung nhỏ hơn C thì:
Phương pháp : Các kiến thức liên quan đến ghép tụ điện . Lời giải chi tiết : Khi ghép nối tiếp điện dung của bộ tụ : \(\)\(\frac{1}{C} = \frac{1}{{{C_1}}} + \frac{1}{{{C_2}}} + ... + \frac{1}{{{C_n}}}\) và \({C_b} < {C_1};{C_2}...\) Khi trong phòng thí nghiệm chỉ có một số tụ điện giống nhau với cùng điện dung C, muốn thiết kế một bộ tụ điện có điện dung nhỏ hơn C thì chắc chắn phải ghép nối tiếp các tụ điện. Đáp án : B 21.3 Hai tụ điện có điện dung lần lượt \({C_1} = 1\mu F\), \({C_2} = 3\mu F\)ghép nối tiếp. Mắc bộ tụ điện đó vào hai cực của nguồn điện có hiệu điện thế U = 40 V. Điện tích của các tụ điện là
Phương pháp : Các kiến thức liên quan đến ghép tụ điện . Lời giải chi tiết : Khi ghép nối tiếp điện dung của bộ tụ : \(\)\(\frac{1}{C} = \frac{1}{{{C_1}}} + \frac{1}{{{C_2}}} = \frac{1}{{{{1.10}{ - 6}}}} + \frac{1}{{{{3.10}{ - 6}}}} = > C = 0,{75.10^{ - 6}}F\) Hai tụ ghép nối tiếp nên điện tích của các tụ điện \(Q = {Q_1} = {Q_2} = C.U = 0,{75.10^{ - 6}}.40 = {30.10^{ - 6}}C\) Đáp án : B 21.4 Một tụ điện khởi động cho động cơ có các thông số. như Hình 21.1. Đơn vị VAC (hoặc V.ac) là điện áp ứng với dòng điện xoay chiều, còn VDC (hay V.dc) là điện áp ứng với dòng điện một chiều cùng được đọc là vôn. Thông số điện áp 370 VAC được hiểu là
Phương pháp : Các kiến thức liên quan đến tụ điện . Lời giải chi tiết : Thông số điện áp 370 VAC được hiểu là điện áp xoay chiều hiệu dụng cao nhất để đảm bảo cho tụ hoạt động tốt. Đây không phải là thông số điện áp một chiều Đáp án : C 21.5 Quạt treo tường nhà bạn Nam bị hỏng chiếc tụ điện như Hình 21.2 và cần được thay thế. Hãy cho biết bạn Nam có thể chọn được tụ điện loại nào trong các loại dưới đây mà cửa hàng đồ điện có bán. Phương pháp : Các kiến thức liên quan đến tụ điện . Lời giải chi tiết : Tụ điện của Nam có giá trị \(C = 2,5\mu F\) để thay thế tụ này Nam cần tìm một tụ tương đương có giá trị \(C = 2,5\mu F\) Đáp án : D 21.6 Ở Bài 21.5, khi bạn Nam ra tới cửa hàng đồ điện để mua tụ điện thay thế cho tụ điện quạt trong Hình 21.2 thì cửa hàng đã bán hết loại tụ điện mà Nam dự định mua. Biết rằng giá bán các tụ loại A, B, C, D là bằng nhau, hãy giúp bạn Nam lựa chọn phương án thay thế với chỉ phí hợp lí nhất. Phương pháp : Các kiến thức liên quan đến tụ điện . Lời giải chi tiết : Tụ điện của Nam có giá trị \(C = 2,5\mu F\) để thay thế tụ này Nam cần tìm một tụ tương đương có giá trị \(C = 2,5\mu F\)cửa hàng đã bán hết loại tụ điện mà Nam dự định mua nên Nam cần mua 2 tụ điện khác để ghép nối thành bộ tụ phù hợp là phương án thay thế với chỉ phí hợp lí nhất. Ghép song song 2 tụ có điện tích nhỏ hơn \(C = 2,5\mu F\) và có tổng bằng \(C = 2,5\mu F\) thì ta được bộ tụ phù hợp . Ta có \({C_b} = 2,5\mu F = {C_1} + {C_2} = 2C = > C = \frac{{{C_b}}}{2} = 1,25\mu F\) Đáp án : C 21.7 Chọn mua hai chiếc tụ điện loại A và một chiếc tụ điện loại B trong Bài 21.5 về ghép thành bộ như Hình 21.3.
Phương pháp : Các kiến thức liên quan đến tụ điện . Lời giải chi tiết :
Tụ A // với tụ AB nên ta có điện dung của bộ tụ \({C_b} = {C_A} + {C_{AB}} = 1,5\mu F + 1\mu F = 2,5\mu F\)
21.8 Tính điện tích tối đa mà bộ tụ điện Hình 21.3 có thể tích được trong ngưỡng điện áp theo thông số điện áp ghi trên tụ điện. Phương pháp : Các kiến thức liên quan đến tụ điện .\(C = \frac{Q}{U}\) Lời giải chi tiết : Điện tích tối đa mà bộ tụ điện Hình 21.3 có thể tích được trong ngưỡng điện áp theo thông số điện áp ghi trên tụ điện : \({Q_{\max }} = C.{U_{\max }} = 2,{5.10^{ - 6}}.150 = {375.10^{ - 6}}C\) 21.9 Có hai chiếc tụ điện giống nhau như Hình 21.4. Tụ điện thứ nhất được tích điện với hiệu điện thế U =48V rồi bỏ ra khỏi nguồn. Sau đó ghép song song tụ điện thứ nhất với tụ thứ hai chưa được tích điện.
Phương pháp : Các kiến thức liên quan đến tụ điện .\(C = \frac{Q}{U}\) Lời giải chi tiết :
\({U_B} = {U_1} = {U_2} = 48V\)
21.10 Tích điện cho tụ điện như trong Hình 21.5 bằng nguồn điện một chiều để có hiệu điện thế U = 100 V. Giả sử sai số 5% là chính xác.
trị trong khoảng nào?
Phương pháp : Các kiến thức liên quan đến tụ điện .\(C = \frac{Q}{U}\) Lời giải chi tiết :
Sai số tương đối 5% nên ta có sai số tuyệt đối : \(\Delta c = \frac{{{\delta _C}.C}}{{100}} = \frac{{5.4,{{5.10}^{ - 6}}}}{{100}} = 0,225\mu F\) điện tích mà tụ này tích được sẽ có giá trị trong khoảng : \({C_1}.U \le Q \le {C_2}.U = > \left( {4,{{5.10}{ - 6}} - 0,{{225.10}{ - 6}}} \right).100 \le Q \le \left( {4,{{5.10}{ - 6}} + 0,{{225.10}{ - 6}}} \right).100\) \=> \(427,5\mu C \le Q \le 472,5\mu C\)
Sai số tuyệt đối : \(\Delta Q = 472,5\mu - 450\mu = 22,5\mu C\) \=> sai số tương đối của điện tích mà tụ tích được. :\(\delta Q = \frac{{\Delta Q}}{Q}.100 = \frac{{22,5\mu }}{{450\mu }}.100 = 5\% \) 21.11 Năng lượng của điện trường trong một tụ điện đã tích được điện tích q không phụ thuộc vào
Phương pháp : Công thức tính năng lượng của tụ Lời giải chi tiết : Ta có năng lượng của tụ : \(W = \frac{{Q.U}}{2} = \frac{{{Q^2}}}{{2C}} = \frac{{C.{U^2}}}{2}\)=> Năng lượng của điện trường trong một tụ điện đã tích được điện tích q không phụ thuộc vào thời gian đã thực hiện để tích điện cho tụ điện Đáp án :C 21.12 Năng lượng của tụ điện bằng
Phương pháp : Công thức tính năng lượng của tụ Lời giải chi tiết : Ta có năng lượng của tụ : \(W = \frac{{Q.U}}{2} = A\) => Năng lượng của tụ điện bằng công để tích điện cho tụ điện. Đáp án : A 21.13 Một tụ điện có điện tích bằng Q và ngắt khỏi nguồn, nếu tăng khoảng cách giữa hai bản tụ điện thì
năng của các điện tích.
Phương pháp : Công thức tính năng lượng của tụ Lời giải chi tiết : Ta có năng lượng của tụ : \(W = \frac{{{Q^2}}}{{2C}}\) Điện dung tụ điện \(C = \frac{{\varepsilon S}}{{4\pi kd}}\) ( d là khoảng cách hai bản tụ ) \=> tăng khoảng cách giữa hai bản tụ điện thì điện dung C giảm đi => Năng lượng của tụ điện tăng lên . Đáp án : B 21.14 Có bốn chiếc tụ điện như Hình 21.6, hãy sắp xếp theo thứ tự tăng dần về năng lượng khi chúng được tích điện tới mức tối đa cho phép. A.b, d, a, c. B.b, c, d, a. C.c, a, b, d. D.c, b, a ,d . Phương pháp : Công thức tính năng lượng của tụ Lời giải chi tiết : Ta có năng lượng của tụ : \(W = \frac{{{Q^2}}}{{2C}}\) \=> Năng lượng giảm khi điện dung C tăng => thứ tự năng lượng tăng dần là thứ tự tụ điện C giảm dần => a , d , c , b . Đáp án : B 21.15 Công dụng nào sau đây của một thiết bị không liên quan tới tụ điện?
Phương pháp : Công dung của tụ điện. Lời giải chi tiết : Tác dụng của tụ điện được biết đến nhiều nhất là khả năng lưu trữ năng lượng điện, lưu trữ điện tích hiệu quả . Ngoài ra, công dụng tụ điện còn cho phép điện áp xoay chiều đi qua, giúp tụ điện có thể dẫn điện như một điện trở đa năng => Công dụng nào sau đây của một thiết bị không liên quan tới tụ điện : Cung cấp nhiệt năng ở bàn là, máy sấy. Đáp án : D 21.16 Khi sử dụng một tụ điện loại b và một tụ điện loại c trong Hình 21.6 để ghép thành bộ tụ điện. Hãy so sánh năng lượng bộ tụ điện ghép song song và bộ tụ điện ghép nối tiếp khi chúng được tích điện đến mức tối đa cho phép.
nối tiếp.
nối tiếp.
Phương pháp : Các kiến thức liên quan đến ghép tụ điện và năng lượng của tụ điện. Lời giải chi tiết : Ta có : ghép nối tiếp hai tụ ta được điện dung của bộ : \(\frac{1}{{{C_b}}} = \frac{1}{{{C_1}}} + \frac{1}{{{C_2}}}\) và \({C_{{b_1}}} < {C_1};{C_2}\)(1) Khi ghép nối song song hai tụ ta có điện dung của bộ: \({C_b} = {C_1} + {C_2}\)và \({C_{{b_2}}} > {C_1};{C_2}\)(2) Từ (1) và (2) ta có : \({C_{{b_2}}} > {C_{{b_1}}}\) Ta có năng lượng của tụ : \(W = \frac{{{Q^2}}}{{2C}}\) \=> Năng lượng giảm khi điện dung C tăng => Năng lượng của bộ tụ ghép nối tiếp lớn hơn năng lượng của bộ tụ ghép song song. Đáp án : C 21.17 Hai tụ điện a và b (Hình 21.7) đã được tích điện lần lượt tới hiệu điện thế \({U_a} = 100\)V và \({U_b} = 120\)V. Sau đó đem ghép nối hai tụ điện bằng cách nối hai dây dương (màu đỏ) với nhau và nối hai dây âm (màu trắng) với nhau.
Phương pháp : Các kiến thức liên quan đến ghép tụ điện và năng lượng của tụ điện. Lời giải chi tiết :
\({W_a} = \frac{{C.{U^2}}}{2} = \frac{{{{2.10}^{ - 6}}{{.100}^2}}}{2} = 0,01J\) \({W_b} = \frac{{C.{U^2}}}{2} = \frac{{1,{{5.10}^{ - 6}}{{.120}^2}}}{2} = 0,0108J\) Điện tích của tụ a là : \({Q_a} = {C_a}.{U_a} = {2.10^{ - 6}}.100 = {2.10^{ - 4}}C\) Điện tích của tụ b là : \({Q_b} = {C_b}.{U_b} = 1,{5.10^{ - 6}}.120 = 1,{8.10^{ - 4}}C\) Điện tích của tụ ghép song song là :\({Q_B} = {Q_a} + {Q_b} = 3,{8.10^{ - 4}}C\) \=> Năng lượng của bộ tụ sau khi ghép nối : \({W_B} = \frac{{{Q_B}2}}{{2{C_B}}} = \frac{{{{(3,{{8.10}{ - 4}})}^2}}}{{2\left( {2\mu + 1,5\mu } \right)}} = 0,021J\) 21.18 Tính năng lượng được giải phóng (hay công phóng điện) khi ta ghép nối hai tụ điện trong Bài 21.17 theo cách nối dây dương của tụ điện này với dây âm của tụ điện kia. Phương pháp : Các kiến thức liên quan đến ghép tụ điện và năng lượng của tụ điện. Lời giải chi tiết : Nối dây dương của tụ điện này với dây âm của tụ điện kia => Ghép nối nối tiếp hai tụ điện . Điện dung của bộ tụ sau khi ghép nối : \(\frac{1}{{{C_B}}} = \frac{1}{{{C_1}}} + \frac{1}{{{C_2}}} = > {C_B} = {85.10^{ - 8}}F\) Hiệu điện thế của bộ tụ sau khi ghép nối : \({U_B} = {U_a} + {U_b} = 220V\) Năng lượng được giải phóng (hay công phóng điện) khi ta ghép nối hai tụ điện : \({W_B} = \frac{{{C_B}.{U_B}2}}{2} = \frac{{{{85.10}{ - 8}}{{.220}^2}}}{2} = 0,02057J\) 21.19 Sử dụng bốn tụ a, b, c, d trong Hình 21.6 để ghép nối thành mạch như Hình 21.8. Nếu hiểu thông số điện áp ghi trên tụ điện là điện áp tối đa nđược mắc vào tụ điện đề hoạt động tốt.
Phương pháp : Các kiến thức liên quan đến ghép tụ điện và năng lượng của tụ điện. Lời giải chi tiết :
Tụ c nối tiếp tụ d => \(\)\({U_{gh(cd)}} = {U_{gh(c)}} + {U_{gh(d)}} = 150 + 400 = 550V = > {U_{cd}} \le 550V\)(2) Theo hình vẽ suy ra ta có hiệu điện thế tối đa có thể mắc vào mạch trên mà không làm hỏng các tụ điện trong mạch : \({U_B} = {U_{ab}} = Ucd\)(3) Từ (1) ,(2) , và (3) ta được : \({U_B} \le 550V = > {U_{B(gh)}} = 550V\)
Tụ c nối tiếp tụ d => điện dung \(\frac{1}{{{C_{cd}}}} = \frac{1}{{{C_c}}} + \frac{1}{{{C_d}}} = \frac{1}{{1.5\mu }} + \frac{1}{{2\mu }} = > {C_{cd}} = 0,85\mu F\) Theo hình vẽ suy ra ta có điện dung của bộ tụ : \({C_B} = {C_{ab}} + {C_{cd}} = 0,8\mu + 0,85\mu = 1,65\mu F\) Năng lượng tối đa cho phép mà bộ tụ điện trên có thể tích trữ được : \({W_{\max }} = \frac{{C.U_{gh}^2}}{2} = \frac{{1,65\mu .{{(550)}^2}}}{2} = 0,25J\) 21.20 Hình 21.9 bị xoá tên đại lượng trên trục tung. Ba đồ thị mô tả sự biến thiên của ba đại lượng: năng lượng, điện dung, điện tích, khi hiệu điện thế U thay đổi từ 0 đến 40 V. Hãy xác định tên trên trục tung của các đồ thị đó và giải thích . Phương pháp : Mối liên hệ giữa năng lượng, điện dung, điện tích với hiệu điện thế U Lời giải chi tiết : Ta có công thức tính điện dung của tụ : \(C = \frac{Q}{U} = > \) đồ thị của C theo U là đường thẳng không đi qua gốc tọa độ \(\left( {U \ne 0} \right)\)=> đồ thị a Từ công thức tính tụ điện \(C = \frac{Q}{U} = > Q = C.U = > \)đồ thị của Q theo U là đường thẳng với hiệu điện thế U thay đổi từ 0 đến 40 V => đi qua gốc tọa độ => đồ thị b Ta có công thức tính năng lượng của tụ điện : \(W = \frac{{C.{U^2}}}{2} = > \)đồ thị của W theo U là 1 nhánh của parabol => đồ thị c 21.21 Hãy tìm hiểu, sưu tầm thông tin, hình ảnh một số tụ điện rồi lựa chọn và sử dụng thông tin để hoàn thành báo cáo tìm hiểu một số ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống. Phương pháp : Ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống. Lời giải chi tiết : Loại tụ Cấu tạo Ứng dụng Tụ điện bạc Mica Tụ được tạo ra bằng cách lắng một lớp bạc mỏng lên bề mặt của vùng điện môi làm từ chất liệu Mica và dùng ổn định với thời gian |