Lý thuyết Tụ điện (Chân trời sáng tạo 2023) hay, chi tiết

Lý thuyết Tụ điện (Chân trời sáng tạo 2023) hay, chi tiết | Vật Lí 11

Hoàng Ngân Ngày: 18-12-2023 Lớp 11

1.7 K

Với tóm tắt lý thuyết Vật Lí lớp 11 Bài 14: Tụ điện sách Chân trời sáng tạo hay, chi tiết cùng với bài tập trắc nghiệm chọn lọc có đáp án giúp học sinh nắm vững kiến thức trọng tâm, ôn luyện để học tốt môn Vật Lí 11.

Lý thuyết Vật Lí lớp 11 Bài 14: Tụ điện

A. Lý thuyết Tụ điện

1. Điện môi trong điện trường

Những vật được cấu tạo từ các chất chứa ít hoặc không có hạt mang điện tự do, không cho điện tích chạy qua được gọi là điện môi. Ví dụ: nhựa, cao su, thuỷ tinh, sứ,…

- Khi điện môi được đặt trong một vùng không gian có điện trường, mỗi nguyên tử của điện môi bị phân cực và làm cho cả khối điện môi bị phân cực với hai mặt tích điện trái dấu nhau. Điều này dẫn đến điện trường tổng hợp bên trong khối điện môi có độ lớn nhỏ hơn cường độ điện trường ngoài.

Lý thuyết Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 14: Tụ điện

- Mỗi chất điện môi được đặc trưng bởi hằng số điện môi, kí hiệu là e.

2. Tụ điện

Khái niệm tụ điện

Tụ điện là một hệ gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp cách điện. Mỗi vật dẫn được gọi là một bản của tụ điện.

Lý thuyết Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 14: Tụ điện

- Khi nối hai bản của tụ điện vào hai cực của nguồn điện, hai bản này sẽ tích điện bằng nhau nhưng trái dấu, đây là quá trình nạp điện cho tụ. Khi nối hai bản của tụ với điện trở thì quá trình này là phóng điện.

Lý thuyết Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 14: Tụ điện

Điện dung của tụ điện

Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện, kí hiệu là C và được xác định bởi công thức:

$C = \frac{Q}{U}$

Trong hệ SI, điện dung có đơn vị là fara (F).

Lưu ý: điện dung của tụ điện phẳng được xác định bằng công thức: $C = \frac{ε S}{4 πkd}$ với d là khoảng các giữa hai bản tụ, S là diện tích đối diện của hai bản tụ.

3. Ghép tụ điện

Bộ tụ điện ghép nối tiếp

Lý thuyết Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 14: Tụ điện

$\frac{1}{C_{b}} = \frac{1}{C_{1}} + \frac{1}{C_{2}} + . . . + \frac{1}{C_{n}}$

$U = U_{1} + U_{2} + . . . + U_{n}$

$Q = Q_{1} = Q_{2} = . . . = Q_{n}$

Bộ tụ điện ghép song song

Lý thuyết Vật Lí 11 Chân trời sáng tạo Bài 14: Tụ điện

$U = U_{1} = U_{2} = . . . = U_{n}$

$Q = Q_{1} + Q_{2} + . . . + Q_{n}$

$C_{b} = C_{1} + C_{2} + . . . + C_{n}$

B. Trắc nghiệm Tụ điện

Câu 1. Đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế 5 V thì tụ tích được một điện lượng 10^-5 C. Điện dung của tụ là

A. 2 μF.

B. 2 mF.

C. 2 F.

D. 2 nF.

Hướng dẫn giải

$C = \frac{Q}{U} = \frac{10^{- 5}}{5} = 2.10 - 6 F = 2 μF .$

Đáp án đúng là A.

Câu 2. Trên vỏ một tụ điện có ghi 5µF - 110V. Điện tích lớn nhất mà tụ điện tích được là:

A. 11.10^-4C.

B. 5,5.10^-4C.

C. 5,5 C.

D. 11 C.

Hướng dẫn giải

Hiệu điện thế lớn nhất mà tụ còn chịu được là: U_max= 110V

Điện tích của tụ điện: Q = C.U ⇒ Q_max= C.U_max= 5.10^-6.110= 5,5.10^-4 C

Đáp án đúng là B.

Câu 3. Trên vỏ một tụ điện có ghi 5µF - 220V. Nối hai bản tụ với hiệu điện thế 120 V. Điện tích của tụ điện tích là:

A. 12.10^-4C.

B. 1,2.10^-4C.

C. 6.10^-4C.

D. 0,6 .10^-4C.

Hướng dẫn giải

Trên vỏ một tụ điện có ghi 5μF-220 V $\Rightarrow$ C = 5 μF =5.10^-6 F, U_max = 220V

Khi nối hai bản của tụ điện với hiệu điện thế 120V thì tụ sẽ tích điện là:

Q = C.U = 5.10^-6.120 = 6.10^-4 C

Đáp án đúng là C.

Câu 4. Bộ tụ điện gồm ba tụ điện: C₁ = 10 (μF), C₂ = 15 (μF), C₃ = 20 (μF) mắc song song với nhau. Điện dung của bộ tụ điện là:

A. 5 (μF).

B. 45 (μF).

C. 0,21 (μF).

D. 20 (μF).

Hướng dẫn giải

C_b = C₁ + C₂ + C₃ = 45 μF

Đáp án đúng là B.

Câu 5. Bộ tụ điện gồm ba tụ điện: C₁ = 10 (μF), C₂ = 15 (μF), C₃ = 20 (μF) mắc nối tiếp với nhau. Điện dung của bộ tụ điện là:

A. 0,21 (μF).

B. 45 (μF).

C. 4,7 (μF).

D. 20 (μF).

Hướng dẫn giải

$\frac{1}{C_{b}} = \frac{1}{C_{1}} + \frac{1}{C_{2}} + \frac{1}{C_{3}} = \frac{1}{10} + \frac{1}{15} + \frac{1}{20} = \frac{13}{60} \Rightarrow C = 4, 62 μF$

Đáp án đúng là C.

Câu 6: Trên vỏ một tụ điện có ghi $1000 μ F - 63 V$ . Điện tích tối đa có thể tích cho tụ có giá trị là

A. 063 C.

B. 0,063 C.

C. 63 C.

D. 63 000 C.

Hướng dẫn giải

Điện tích tối đa Q = CU = 0,063 C

Đáp án đúng là B

Câu 7: Hệ nào sau đây có thể coi tương đương như một tụ điện?

A. Hai bản bằng đồng đặt song song rồi được nhúng vào trong dung dịch muối ăn.

B. Hai quả cầu kim loại đặt gần nhau trong không khí.

C. Hai tấm thuỷ tinh đặt song song rồi được nhúng vào trong nước cất.

D. Hai quả cầu bằng mica đặt gần nhau trong chân không.

Hướng dẫn giải

Tụ điện có cấu tạo gồm 2 vật dẫn đặt gần nhau, cách điện với nhau.

Đáp án đúng là B

Câu 8. Hai tụ điện có điện dung lần lượt $C_{1} = 1 μ F, C_{2} = 3 μ F$ 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:

A. $Q_{1} = 40 \cdot 10^{- 6} C$ và $Q_{2} = 120 \cdot 10^{- 6} C$ .

B. $Q_{1} = Q_{2} = 30 {.10}^{- 6} C$ .

C. $Q_{1} = 7, 5 \cdot 10^{- 6} C$ và $Q_{2} = 22, 5 \cdot 10^{- 6} C$ .

D. $Q_{1} = Q_{2} = 160 \cdot 10^{- 6} C$ .

Hướng dẫn giải

Điện dung bộ tụ: $C = \frac{C_{1} C_{2}}{C_{1} + C_{2}} = \frac{1 .3}{1 + 3} = 0, 75 μF$

Điện tích các tụ điện: $Q_{1} = Q_{2} = Q = CU = 0, 75 .40 = 30 μC$

Đáp án đúng là B

Câu 9. Khi tăng diện tích đối diện giữa hai bản tụ lên bốn lần và khoảng cách giữa hai bản tụ cũng tăng hai lần thì điện dung của tụ điện phẳng sẽ

A. tăng 2 lần.

B. giảm 2 lần.

C. tăng 4 lần.

D. không đổi.

Hướng dẫn giải

Điện dung của tụ phẳng: $C = \frac{εS}{4 kπd}$ . Khi S tăng 4 lần, d tăng 2 lần nên C tăng 2 lần.

Đáp án đúng là A.

Câu 10. Một tụ có điện dung 2 μF. Khi đặt một hiệu điện thế 5 V vào 2 bản của tụ điện thì tụ tích được một điện lượng là

A. 2.10^-6 C.

B. 2.10^-5 C.

C. 10^-6 C.

D. 10^-5 C.

Hướng dẫn giải

Q = CU = 2.10^-6.5 = 10^-5 C

Đáp án đúng là D.

Câu 11. Một tụ điện phẳng có điện dung C, được mắc vào một nguồn điện, sau đó ngắt khỏi nguồn điện. Người ta nhúng hoàn toàn tụ điện vào chất điện môi có hằng số điện môi ε. Khi đó điện tích của tụ điện

A. Không thay đổi.

B. Tăng lên ε lần.

C. Giảm đi ε lần.

D. Tăng lên 2 lần.

Hướng dẫn giải

+ Một tụ điện phẳng có điện dung C, được mắc vào một nguồn điện, sau đó ngắt khỏi nguồn điện. Khi đó tụ điện cô lập về điện nên điện tích của tụ điện không thay đổi.

+ Điện dung của tụ điện được tính theo công thức: $C = \frac{εS}{9 {.10}^{9} . 4 πd}$ nên điện dung của tụ điện tăng lên ε lần.

+ Điện tích tụ điện được tính theo công thức: Q = CU. Khi nhúng hoàn toàn tụ điện vào chất điện môi có hằng số điện môi ε thì điện tích tăng lên ε.

Đáp án đúng là B.

Câu 12. Một tụ điện phẳng có điện dung 5nF được tích điện ở hiệu điện thế 220V thì số electron đã di chuyển đến bản tích điện âm của tụ điện là:

A. 1,1.10¹².

B. 1,1.10²¹.

C. 6,875.10¹².

D. 6,875.10²¹.

Hướng dẫn giải

Điện tích của tụ điện là Q = C.U = 5.10^-9.220 = 1,1.10^-6C.

Khi được tích điện, hai bản của tụ điện phẳng mang điện tích trái dấu cùng độ lớn. Điện tích bản âm của tụ là -Q = -1,1.10^-6C. Số electron đã di chuyển đến bản tích điện âm của tụ điện là: $n = \frac{- Q}{- e} = \frac{- 1, 1 {.10}^{- 6}}{- 1, 6 {.10}^{- 19}} = 6, 875.1012 electron$ .