Giáo án giảng dạy môn Vật lý 11 - Chủ đề 4: Tụ điện

CHƯƠNG I – ĐIỆN TRƯỜNG
Khối 11 nâng cao
Năm học 2009 - 2010
(Thầy NGUYỄN VĂN DÂN biên soạn)
	==================
Chủ đề 4. Tụ điện
 1) Công thức tụ điện 
 Công thức điện dung của tụ điện phẳng
 với k = 9.109 N.m2/C2.
 2) Ghép tụ
 + Ghép song song Ctđ = C1 + C2.
 + Ghép nối tiếp 
 3) Năng lượng tụ điện (Năng lượng điện trường)
Câu 1. Một tụ điện phẳng không khí mỗi bản có diện tích 80 cm2. Khi 2 bản tụ đối diện nhau hoàn toàn, điện dung của tụ bằng 25 pF. Khoảng cách giữa hai bản là?
Câu 2. Nếu tăng phần diện tích đối diện hai bản tụ lên hai lần và giảm khoảng cách giữa chúng hai lần thì điện dung của tụ điện phẳng sẽ tăng, giảm bao nhiêu?
Câu 3. Bốn tụ điện giống nhau có điện dung C được ghép nối tiếp với nhau thành một bộ tụ điện. Điện dung của bộ tụ điện đó là?
Câu 4. Ba tụ điện giống nhau có điện dung C được ghép song song với nhau thành một bộ tụ điện. Điện dung của bộ tụ điện đó là?
Câu 5. Một tụ điện có điện dung 500 (pF) được mắc vào hiệu điện thế 100 (V). Điện tích của tụ điện là?
Câu 6. Một tụ điện phẳng gồm hai bản có dạng hình tròn bán kính 3 (cm), đặt cách nhau 2 (cm) trong không khí. Điện dung của tụ điện đó là?
Câu 7. Một tụ điện phẳng gồm hai bản có dạng hình tròn đặt cách nhau 2 (cm) trong không khí. Điện trường đánh thủng đối với không khí là 3.105(V/m). Điện áp lớn nhất có thể đặt vào hai bản cực của tụ điện là?
Câu 8. Một tụ điện phẳng được mắc vào hai cực của một nguồn điện có hiệu điện thế 50 (V). Ngắt tụ điện ra khỏi nguồn rồi kéo cho khoảng cách giữa hai bản tụ tăng gấp hai lần thì điện áp giữa hai bản tụ có giá trị là?
Câu 9. Giữa hai bản tụ phẳng cách nhau 1 cm có một điện áp 10 V. Cường độ điện trường đều trong lòng tụ là?
Câu 10. Hai tụ điện có điện dung C1 = 0,4 (μF), C2 = 0,6 (μF) ghép song song với nhau. Mắc bộ tụ điện đó vào nguồn điện có điện áp U thì một trong hai tụ điện đó có điện tích bằng 3.10-5 (C). Điện áp của nguồn điện là?
Câu 11. Bộ tụ điện gồm hai tụ điện: C1 = 20 (μF), C2 = 30 (μF) mắc nối tiếp với nhau, rồi mắc vào hai cực của nguồn điện có hiệu điện thế U = 60 (V). Điện tích của bộ tụ điện là?
Câu 12. Bộ tụ điện gồm hai tụ điện: C1 = 20 (μF), C2 = 30 (μF) mắc nối tiếp với nhau, rồi mắc vào hai cực của nguồn điện có điện ápU = 60 (V). Điện áp trên mỗi tụ điện là?
Câu 13. Bộ tụ điện gồm hai tụ điện: C1 = 20 (μF), C2 = 30 (μF) mắc song song với nhau, rồi mắc vào hai cực của nguồn điện có điện áp U = 60 (V). Điện tích của mỗi tụ điện là?
Câu 14. Một tụ có điện dung C1 được tích điện bằng nguồn điện không đổi điện áp 200 V. Ngắt tụ đó khỏi nguồn rồi mắc song song nó với tụ điện thứ hai có điện dung C2 = 4,5 μF chưa được tích điện thì điện áp bộ tụ là 80 V. Hãy tính C1?
Câu 15. Hai tụ điện phẳng không khí có C1 = 0,2 μF và C2 = 0,3 μF mắc song song. Bộ tụ được tích điện đến điện ápU = 250 V rồi ngắt ra khỏi nguồn. Lấp đầy tụ C2 bằng chất điện môi có ε = 2. Điện ápvà điện tích mỗi tụ là? 
Câu 16. Có ba tụ điện phẳng có điện dung C1 = C2 = C và C3 = 2C. Để được bộ tụ điện có điện dung là Cb= C thì ta phải ghép các tụ đó lại thành bộ và ghép thế nào?
Câu 17. Hai tụ điện giống nhau có điện dung là C, Một nguồn điện có điện áp là U. Khi ghép nối tiếp hai tụ vào nguồn điện thì có năng lượng là Wt, Khi ghép song song hai tụ vào nguồn thì có năng lượng là Ws. So sánh Wt và Ws?
C1
C2
C3
H.1
Câu 18. Cho bộ ba tụ điện như hình H.1: C1 = 2μF, C2 = C3 = 1μF. Mắc bộ tụ đó vào hai cực của nguồn điện U = 4V. Điện tích của các tụ điện là?
C1
C2
C3
H.2
Câu 19. Cho bộ ba tụ điện như hình H.2: C1 = 10μF, C2 = 6 μF và C3 = 4μF. Mắc bộ tụ đó vào hai cực của nguồn điện U = 24V. Điện tích của các tụ điện là?
Câu 20. Tụ điện phẳng gồm hai bản hình vuông cạnh a = 20cm, đặt cách nhau d = 1cm và điện môi giữa hai bản tụ điện là = 6. Điện áp giữa hai bản tụ điện là U = 50 V. Điện tích của tụ điện là ?
Câu 21. Tụ điện phẳng không khí gồm tất cả 19 tấm nhôm có diện tích đối diện là S= 3,14 cm2, Khoảng cách giữa hai tấm liên tiếp là d = 1mm. Diện dung của tụ điện là?
Câu 22. Khi nối hai bản tụ của một tụ điện xoay với điện áp 100V thì điện tích trên tụ là 2.10-7 C. Nếu tăng diện tích của phần đối diện giữa hai bản tụ lên gấp đôi và nối hai bản tụ với điện áp 50V thì điện tích trên tụ là?
Câu 23. Cho bộ ba tụ điện như hình H.3: C1 = 4μF, C2 = 6μF, C3 = 3,6 μF và C4 = 6μF. Điện dung của bộ tụ là?
C3
C1
C2
C4
H.3
Câu 24. Cho bộ ba tụ điện như hình H.3: C1 = 1μF, C2 = 2μF, C3 = 4μF và C4 = 4μF. Điện tích của tụ C1 là Q1 = 2.10-6 C. Điện tích của bộ tụ là?
Câu 25. Hai bản của một tụ điện phẳng là hình tròn, tụ điện được tích điện sao cho điện trường trong tụ điện bằng E = 3.105 (V/m). Khi đó điện tích của tụ điện là Q = 100 (nC). Lớp điện môi bên trong tụ điện là không khí. Bán kính của các bản tụ là?
Câu 26. Có hai tụ điện: tụ điện 1 có điện dung C1 = 3 (μF) tích điện đến điện áp U1 = 300 (V), tụ điện 2 có điện dung C2 = 2 (μF) tích điện đến điện áp U2 = 200 (V). Nối hai bản mang điện tích cùng dấu của hai tụ điện đó với nhau. Điện áp giữa các bản tụ điện là?
Câu 27. Có hai tụ điện: Tụ điện 1 có điện dung C1 = 3 (μF) tích điện với điện áp U1 = 300 (V), tụ điện 2 có điện dung C2 = 2 (μF) tích điện với điện áp U2 = 200 (V). Nối hai bản mang điện tích cùng dấu của hai tụ điện đó với nhau. Nhiệt lượng toả ra sau khi nối là?
Câu 28. Một bộ tụ điện gồm 10 tụ điện giống nhau (C = 8 μF) ghép nối tiếp với nhau. Bộ tụ điện được nối với điện áp không đổi U = 150 (V). Độ biến thiên năng lượng của bộ tụ điện sau khi có một tụ điện bị đánh thủng là?
Câu 29: Mét tô ®iÖn ph¼ng kh«ng khÝ, cã hai b¶n c¸ch nhau d=1mm vµ cã ®iÖn dung Co = 2 pF, ®­îc m¾c vµo hai cùc cña mét nguån ®iÖn cã điện áp U= 500V.
 a.TÝnh ®iÖn tÝch mçi b¶n cña tô ®iÖn vµ tÝnh ®iÖn tÝch cña tô ®iÖn? TÝnh c­êng ®é ®iÖn tr­êng gi÷a c¸c b¶n?
 b. Ng­êi ta ng¾t tô ®iÖn ra khái nguån råi nhóng nã ch×m vµo mét ®iÖn m«i láng cã h»ng sè ®iÖn m«i . TÝnh ®iÖn dung cña tô ®iÖn vµ điện áp cña tô ®iÖn khi ®ã. TÝnh c­êng ®é ®iÖn tr­êng gi÷a c¸c b¶n khi ®ã?
 c.B©y giê ng­êi ta m¾c bé tô ®iÖn, gåm hai tô ®iÖn C1 = 2pF vµ C2 = 3pF vµo nguån ®iÖn nãi trªn. H·y tÝnh ®iÖn dung cña bé tô ®iÖn ®ã, ®iÖn tÝch vµ điện áp cña mçi tô ®iÖn khi C1 vµ C2 m¾c nèi tiÕp, C1 vµ C2 m¾c song song?
Câu 30: Hai tụ C1= 5.10-10 F, C2 = 15.10-10 F mắc nối tiếp. Khoảng giữa 2 bản mỗi tụ cách nhau 2 mm, điện trường ghới hạn 1800 V. Hỏi bộ tụ chịu được điện áp giới hạn bao nhiêu? 800 (V)
Câu 31: Ba tụ C1= 2.10-9 F, C2 = 4.10-9 F và C2 = 6.10-9 F mắc nối tiếp. Điện áp giới hạn mỗi tụ là 500 V. Hỏi bộ tụ có chịu điện áp 1100 V không? 
Câu 32: Ba tụ C1 = 1 µF, C2 = 2 µF, C3 = 3 µF lần lượt chịu điện áp ghới hạn là U = 1000 V , U2 = 200 V và U3 = 500 V mắc thành bộ. Cách mắc nào có điện áp giới hạn tốt nhất? Tìm điện dung và điện áp ghới hạn lúc này? 
Câu 33: Hai tuï ñieän coù ñieän dung vaø ñieän áp giôùi haïn C1 = 5 µF, U1gh = 500 V, C2 = 10 µF, U2gh = 1000 V. Gheùp 2 tuï ñieän thaønh boä. Tìm ñieän áp giôùi haïn cuûa boä tuï ñieän neáu hai tuï :
Hình 4
 a/Gheùp song song 
 b/ Gheùp moái tieáp.
Hình 5
Câu 34: Cho maïch ñieän nhö hình veõ 4: C1 = 6 µF, C2 = 3 µF, C3 = 18 µF, UAB = 18 V.
Tính Cboä vaø ñieän tích moãi tu.
Hình 6
Câu 35: Cho maïch ñieän hình 5: C1 = 1 µF, C2 = 2 µF, C3 = 3 µF, C4 = 4 µF, UAB = 100V. Tính Cboä vaø ñieän tích moãi tuï.
Câu 36: Cho maïch ñieän hình 6:
C1 = 2 µF, C2 = 3 µF, C3 =4 µF, C4 = 6 µF, U2 = 750 V. Tính : Cbộ và UAB?
Hình 7
Câu 37:Chomạchđiện hình 7:
 C1 = C3 = C5 = 1µF, C2 = 4µF, C4 = 1,2µF, 
U2 = 10 V. Tính Cb và UAB?
Câu 38: Cho bộ tụ điện hình 8:
Hình 8
 C1 = 3µF, C2 = 6µF,
 C3 = C4 = 4µF, C5 = 8µF,
U = 900 V. Tính ñieän áp giữa 2 điểm AB.
Câu 39: Cho bộ tụ điện hình 9: 
Hình 9
 C1 = C4 = C5 = 2µF, C2 = 1µF, C3 = 4µF,UAB = 12 V. Tính 
 aĐiện dung bộ tụ.
 b.Đieän áp và điện tích mỗi tụ.
Hình 10
Câu 40: Cho mạch điện như hình 10: C1 = 10µF, C2 = 5µF, C3 = 4µF, U = 38 V. Tính :
a/Điện dung bộ tụ, điện tích vaøñieän áp treân caùc tuï ñieän.
 b/ Tụ 2 bị “ñaùnh thuûng“, tìm điện tích vaø ñieän áp treân tuï C1. 
ĐÁP SỐ: 
Câu 1: . 2,83 mm; Câu 2: tăng lên 4 lần: Câu 3: Cb = C/4; Câu 4: Cb = 3C; Câu 5: 5.10-2 (μC); Câu 6: 1,25 (pF); Câu 7: 6000 (V); Câu 8: 100 (V); Câu 9: 1 kV/m; Câu 10: 30 (V); Câu 11: 7,2.10-4 (C); Câu 12: U1 = 36 (V) và U2 = 24 (V); Câu 13: Q1 = 1,2.10-3 (C) và Q2 = 1,8.10-3 (C); Câu 14: . 3 μF; Câu 15: U1’ = U2’ = 156,25 V; Q1’ = 31,25 μC; Q2’ = 93,75 μC; Câu 16: ( C1 ss C2 ) nt C3; Câu 17: Wt = 0,25.Ws; Câu 18: Q1 = 4.10-6C; Q2 = 2.10-6C; Q3 = 2.10-6C; Câu 19: Q1 = 12.10-5C; Q2 = 7,2.10-5C; Q3 = 4,8.10-5C; Câu 20: 10,6.10 - 9C; Câu 21: 0,15 pF; Câu 22: 2.10-7C; Câu 23: 4,65μ F; Câu 24: 8.10-6C; Câu 25: 11 (cm); Câu 26: 260 (V); Câu 27: 6 (mJ); Câu 28: 1 (mJ); Câu 29: a) 10-9 C; 5.105 V/m; b) 4 pF; 250 V và 2,5.105 V/m; c) Mắc nối tiếp: 1,2 pF; 300 V và 200 V; Mắc song song: 5 pF và 500 V; Câu 30: 800 V; Câu 31: Không; Câu 32: C2//C3) nt C1; C = 5/6 µF và U = 1200 V; Câu 33: 500 V và 750 V; Câu 34: 20𝛍F; Q3 = 3,24.10-4 (C); Q1 = Q2 = 0,36.10-4 (C) Câu 35: 2,4 𝛍F; Q4 = 2,4.10-4 (C); Q1 = 4.10-5 (C); Q2 = 8.10-5 (C); Q3 = 12.10-5 (C); Câu 36:60/56 (𝛍F); 1400 V; Câu 37: 5/3 (𝛍F); 140 V; Câu 38: -100 V; Câu 39: 2 µF; Câu 40: a) 90/19 (μF); 18.10-5 (C) và 18(V); b) 38 V và 38.10-5 (C); Câu 41: 
CHƯƠNG I – ĐIỆN TRƯỜNG
Khối 11 nâng cao
Năm học 2009 - 2010
(Thầy NGUYỄN VĂN DÂN biên soạn)
BÀI TẬP BỔ SUNG TỤ ĐIỆN
Bài 1: Cho bộ tụ mắc như hình vẽ. C1=1μF, C2=3μF, C3=6μF, C4=4μF. UAB=20V. Tính điện dung bộ tụ, điện tích và điện áp mỗi tụ, nếu:
 a. K mở. b. K đóng. 
Bài 2: Cho một số tụ điện có điện dung Co=3μF. Nêu cách mắc dùng ít tụ nhất để có điện dung 5μF. Vẽ sơ đồ cách mắc này?
Bài 3: Cho bộ tụ như hình vẽ: 
C1=2μF, C2=3μF, C3= 6μF, C4= 12μF, U= 800V.
 Tính điện áp giữa hai điểm A và B.
-
+
Bài 4: Cho bộ tụ như hình vẽ. Biết C1= 2μF, C2= 4μF, C3= 3μF, C4= 1μF, C5= 9μF, C6= 6μF, UAB= 120V. 
 a) Tìm điện dung của bộ tụ?
 b) Tìm điện tích của từng tụ điện và điện áp?
Bài 5: Cho bộ tụ như hình vẽ. Trong đó các tụ điện có điện dung bằng nhau. Biết UAB = 6V. Tìm UMN.
Bài 6: Một tụ điện phẳng không khí, hai bản hình tròn bán kính R=30cm, cách nhau d=5mm.
 a) Nối hai bản với điện áp U=500V. Tính điện tích của tụ điện. 
 b) Sau đó cắt tụ khỏi nguồn điện và đưa vào khoảng giữa hai bản một tấm kim loại phẳng bề dày d1=1mm theo phương song song với các bản. Tìm C’ và điện áp giữa các bản khi đó.
 c) Thay tấm kim loại trên bằng một tấm điện môi dày d2=3mm và có hằng số điện môi ε=6. Tìm C’’ và điện áp mới giữa hai bản.
Bài 7: Cho mạch điện như hình vẽ. Các tụ điện có điện dung giống nhau, nguồn U=9V. Ban đầu K2 mở, K1 đóng. Sau đó mở K1 và đóng K2. Tìm điện áp mỗi tụ. 
Bài 8: Chứng minh rằng bộ tụ như hình dưới nếu có C1C4 = C2C3 thì dù K mở hay K đóng, điện dung của bộ tụ luôn không đổi?
Bài 9: Tụ phẳng không khí C = 10-10 được tích điện đến điện áp 100 (V) rồi ngắt khỏi nguồn. Tính công cần thiết giúp tăng khoảng cách hai bản lên gấp đôi?
ĐS: 
 Bài 1: 3,15μF; 3,5μF; Bài 2: Bài 3: UAB = 53 (V); Bài 4: 4𝛍F; q1 = 240 𝛍C; q2 = 480 𝛍C; q3 = 720 𝛍C; q4 = 360 𝛍C; q5 = 3240𝛍C; q6 = 4320 𝛍C và 1080 (V) ; Bài 5: 0,55 (V); Bài 6: 500 pF; 250 nC; 625 pF; 400 (V); 600 pF và 416,7 (V); Bài 7: U1= U3= 3V; U2= U4= 1,5V; Bài 9: 5.10-7 (J).