Sách bài tập Vật lí 11 Bài 21 (Kết nối tri thức): Tụ điện
Với giải sách bài tập Vật lí 11 Bài 21: Tụ điện sách Kết nối tri thức hay nhất, chi tiết sẽ giúp học sinh dễ dàng làm bài tập trong SBT Vật lí 11 Bài 21.
Giải SBT Vật lí 11 Bài 21: Tụ điện
Câu 21.1 trang 42 SBT Vật Lí 11: Đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện là:
B. điện tích Q
C. khoảng cách d giữa hai bản tụ.
D. cường độ điện trường.
Lời giải:
Đáp án đúng là A
Đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện là điện dung C.
A. chắc chắn phải ghép song song các tự điện.
B. chắc chắn phải ghép nối tiếp các tụ điện.
C. chắc chắn phải kết hợp cả ghép song song và nối tiếp.
D. không thể thiết kế được bộ tự điện như vậy.
Lời giải:
Đáp án đúng là B
Để bộ tụ có điện dung nhỏ hơn thì phải ghép nối tiếp các tụ điện với nhau.
B. .
C. và .
D. .
Lời giải:
Đáp án đúng là B
Điện dung bộ tụ:
Điện tích các tụ điện:
Hình 21.1. Tụ điện của một động cơ
A. điện áp tối thiểu khi mắc tụ điện vào.
B. điện áp mà tụ điện hoạt động tốt nhất.
C. 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.
D. điện áp mà khi mắc tụ điện vào thì điện dung bằng 15F.
Lời giải:
Đáp án đúng là C
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
Hình 21.2. Tụ điện của quạt treo tường
Lời giải:
Đáp án đúng là D
Điện dung của tụ quạt bị hỏng là 2,5 μF nên chọn D là hợp lí.
Lời giải:
Mua hai tụ điện loại C và ghép song song để dùng.
a) Tính điện dung của bộ tụ điện.
Hình 21.3. Bộ tụ điện
Lời giải:
a) Áp dụng công thức ghép tụ điện nối tiếp và song song để giải bài toán.
Ở đoạn mạch phía dưới Hình 21.3 có tụ CA ghép nối tiếp tụ CB nên:
Xét cả bộ tụ ta có mạch dưới và mạch trên mắc song song nên điện dung Cb của bộ tụ điện là
b) Tuy điện dung của bộ tụ điện trong Hình 21.3 phù hợp với điện dung của tụ điện dùng cho quạt điện trong Hình 21.2 nhưng lại không thể thay thế cho tụ điện này được vì điện áp tối đa của tụ A chỉ là 150V kéo theo bộ tụ điện cũng chỉ sử dụng được ở điện áp tối đa 150V, nhỏ hơn điện áp thực tế mà chiếc quạt điện sử dụng là 220V.
Điện tích tối đa mà bộ tụ điện Hình 21.3 có thể tích được trong ngưỡng an toàn là: Q = CU = 2,5.10-6.150 = 375.10-6C.
a) Khi bỏ qua các sai số, hãy xác định hiệu điện thế đo được giữa hai cực của bộ tụ điện.
b) Thay hai tụ điện trong Hình 21.4 bằng hai tụ điện khác nhưng thông số kĩ thuật vẫn giống nhau. Sử dụng nguồn tích điện có hiệu điện thế phù hợp để tích điện cho một tụ rồi lặp lại thí nghiệm như trên. Hiệu điện thế đo được của bộ tụ điện ghép song song sẽ phụ thuộc vào thông số nào?
c) Có thể làm thí nghiệm kiểm tra được không?
Hình 21.4. Tụ điện dùng cho động cơ xe máy
Lời giải:
a) Điện tích của tụ thứ nhất sau khi nạp: Q1 = CU = 25.48 = 1200C
Hai tụ sau khi ghép song song thì điện dung của bộ tụ:
Hiệu điện thế của bộ tụ: .
b) Hiệu điện thế đo được chỉ phụ thuộc vào hiệu điện thế tích điện lúc đầu của tụ điện thứ nhất và luôn bằng một nửa của hiệu điện thế này.
c) HS tiến hành thí nghiệm kiểm tra.
Hình 21.5. Tụ điện dùng cho quạt điện
a) Thực tế, điện tích mà tụ này tích được sẽ có giá trị trong khoảng nào?
b) Xác định sai số tương đối của điện tích mà tụ tích được.
Lời giải:
a) (4,5-4,5.5%).10-6.100Q(4,5+4,5.5%).10-6.100
427,5.10-6CQ472,5.10-6C
b) Do C có sai số 5% nên Q = CU cũng có sai số 5%.
Ta có thể viết Q = 450.10-65%C.
A. điện tích mà tụ điện tích được.
B. hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện.
C. thời gian đã thực hiện để tích điện cho tụ điện.
D. điện dung của tụ điện.
Lời giải:
Đáp án đúng là C
. 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
Câu 21.12 trang 45 SBT Vật Lí 11: Năng lượng của tụ điện bằng
A. công để tích điện cho tụ điện.
B. điện thế của các điện tích trên các bản tụ điện.
C. tổng điện thế của các bản tụ điện.
D. khả năng tích điện của tụ điện.
Lời giải:
Đáp án đúng là A
Năng lượng của tụ điện bằng công để tích điện cho tụ điện.
A. năng lượng của tụ điện giảm.
B. năng lượng của tụ điện tăng lên do ta đã cung cấp một công làm tăng thế năng của các điện tích.
C. năng lượng của tụ điện không thay đổi.
D. năng lượng của tụ điện tăng lên rồi mới giảm.
Lời giải:
Đáp án đúng là C
Năng lượng của tụ không phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai bản tụ điện.
Hình 21.6. Một số tụ diện dùng cho quạt điện
A. b, d, a,c.
B. b, c, d,a.
C. c, a, b,d.
D. c, b, a,d.
Lời giải:
Đáp án đúng là C
Năng lượng của tụ lần lượt là:
a.
b.
c.
d.
A. Tích trữ năng lượng và cung cấp năng lượng.
B. Lưu trữ điện tích.
C. Lọc dòng điện một chiều.
D. Cung cấp nhiệt năng ở bàn là, máy sấy,...
Lời giải:
Đáp án đúng là D
Nhiệt lượng toả ra ở tụ điện rất nhỏ.
A. Năng lượng của bộ tụ điện ghép song song lớn hơn của bộ tụ điện ghép nối tiếp.
B. Hai cách ghép đều cho kết quả như nhau.
C. Năng lượng của bộ tụ điện ghép song song nhỏ hơn của bộ tụ điện ghép nối tiếp.
D. Cả ba phương án A, B, C đều có thể xảy ra.
Lời giải:
Đáp án đúng là C
Với cùng hai tụ điện, thì điện dung bộ tụ ghép song song nhỏ hơn điện dung bộ tụ ghép nối tiếp.
a) Hãy vẽ sơ đồ mạch điện ghép nối.
b) Xác định năng lượng của mỗi tụ điện trước và sau khi ghép nối.
Hình 21.7
Lời giải:
a) Vẽ mạch điện như Hình 21.1G
b) Năng lượng tụ điện a và b trước khi ghép nối là:
Sau khi ghép nối ta có ;
Năng lượng các tụ điện sau khi ghép nối là:
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 thì điện tích của bộ tụ điện sau khi ghép nối bằng:
Qsau = |Qa-Qb| = 20.10-6 C
Năng lượng trên bộ tụ điện sau khi ghép bằng:
Năng lượng trên bộ tụ điện sau khi ghép nối bằng: .
Năng lượng đã giải phóng trong quá trình ghép nối là:
Hình 21. 8
a) Hãy xác định hiệu điện thế tối đa có thể mắc vào mạch trên mà không làm hỏng các tụ điện trong mạch.
b) Tính năng lượng tối đa cho phép mà bộ tụ điện trên có thể tích trữ được.
Lời giải:
a) Umax = 262,5 V ;
b)
.
Hình 21.9. Đồ thị biến thiên của các đại lượng theo hiệu điện thế
Lời giải:
Điện dung của tụ điện là đại lượng không đổi và không phụ thuộc hiệu điện thế U nên đồ thị song song với trục hoành. Vì vậy trục tung của Hình 21.9a là điện dung C. Điện tích của tụ điện là hàm bậc nhất do tỉ lệ với hiệu điện thế giữa hai đầu bản tụ điện theo công thức Q = CU có đồ thị là đường thẳng. Vì vậy trục tung của Hình 21.9b điện tích Q.
Năng lượng của tụ điện là hàm bậc hai của hiệu điện thế giữa hai bản tụ theo công thức , có đồ thị là đường cong parabol. Vì vậy trục tung của Hình 21.9c là năng lượng W.
Lời giải:
Hoàn thành báo cáo theo gợi ý như sau:
Lý thuyết Tụ điện
- Tụ điện được dùng trong nhiều thiết bị điện với hình dạng khác nhau
- Tụ điện là một loại linh kiện điện tử gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bởi môi trường cách điện (điện môi).
- Mỗi vật dẫn được gọi là một bản tụ điện.
- Mật độ điện tích tự do trong điện môi rất nhỏ, điện môi không dẫn điện.
- Điện trường ngoài đặt vào điện môi lớn hơn một giới hạn nhất định, điện môi trở thành dẫn điện (điện môi bị đánh thủng).
- Tụ điện được kí hiệu như Hình 21.2.
- Tụ điện có nhiệm vụ tích điện và phóng điện.
- Quá trình tích điện và phóng điện như sau: nối hai bản cực của tụ với hai cực của nguồn điện một chiều để tích điện, sau đó bỏ nguồn và nối hai bản tụ với một điện trở hoặc bóng đèn để phóng điện.
- Lúc này dòng điện chạy qua điện trở và điện tích trên tụ điện giảm nhanh. Ta gọi đó là sự phóng điện của tụ điện.
II. Điện dung của tụ điện
- Tích điện cho các tụ điện khác nhau với hiệu điện thế U sẽ cho kết quả điện tích khác nhau, cho thấy khả năng tích điện của chúng khác nhau.
- Độ lớn điện tích Q tụ điện tích được tỉ lệ thuận với hiệu điện thế đặt vào hai bản của nó: Q=CU.
- Điện dung C là hằng số đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện và được tính bằng tỉ số giữa điện tích Q và hiệu điện thế U đặt vào hai bản tụ điện.
- Đơn vị của điện dung C là fara (kí hiệu là F), là điện dung của một tụ điện mà nếu đặt hiệu điện thế 1 V vào hai bản tụ điện thì điện tích của tụ điện là 1C.
- Tụ điện thực tế thường có điện dung từ 10-12 F đến 10-6 F, được đo bằng các đơn vị:
+ 1 micrôfara (kí hiệu là uF) = 10-6 F.
+ 1 nanôfara (kí hiệu là nF) = 10-9 F.
+ 1 picôfara (kí hiệu là pF) = 10-12 F.
- Trên vỏ tụ điện thường ghi hai thông số kĩ thuật quan trọng là điện dung của tụ điện và hiệu điện thế tối đa được sử dụng.
- Các thông số khác của từng loại tụ điện có thể bao gồm tần số dòng điện, khoảng nhiệt độ mà tụ điện hoạt động bình thường...
- Trong thực tế muốn có tụ điện với điện dung thích hợp hay hiệu điện thế cần thiết người ta phải ghép các tụ điện thành bộ tụ điện.
a) Ghép nối tiếp
- Ghép nối tiếp n tụ điện chưa tích điện có điện dung C1, C2, ..., Cn với nhau và mắc vào nguồn điện có hiệu điện thế U (Hình 21.7).
- Hiệu điện thế, điện tích và điện dung của bộ tụ phụ thuộc vào các đại lượng tương ứng của mỗi tụ theo các công thức sau:
+ U = U₁ + U₂+ ... + Un
+ Q = Q1=Q₂ =…= Qn
+ 1/C = 1/C1 +1/C2 +…+ 1/Cn
b) Ghép song song
- Ghép n tụ điện chưa tích điện có điện dung C1, C2, ..., Cn song song với nhau và mắc vào nguồn điện có hiệu điện thế U (Hình 21.8).
- Hiệu điện thế, điện tích và điện dung của bộ tụ phụ thuộc vào các đại lượng tương ứng của mỗi tụ theo các công thức sau:
+ U = U₁ = U₂ = ... = Un
+ Q = Q1 + Q₂ + … +Qn
+ C=C₁ + C2 + … +Cn
- Khi sử dụng nguồn điện để tích điện cho tụ, công A của nguồn điện dịch chuyển các electron từ bản cực dương sang bản cực âm của tụ, tạo ra năng lượng W = A.
- Ứng dụng quan trọng nhất của tụ điện là tích trữ và cung cấp năng lượng.
- Quá trình tích điện cho tụ điện diễn ra trong khoảng thời gian, hiệu điện thế tăng tỉ lệ thuận với lượng điện tích tích được trên tụ.
- Ta tích điện cho tụ điện đến điện tích q1 = q bởi hiệu điện thế U1 = (1/C).q, và tiếp tục tích điện thêm q2 = q1 + Δq bởi hiệu điện thế U2 = (q+Δq)/C.
- Công của nguồn điện dịch chuyển một điện tích nhỏ Aq từ bản cực này tới bản cực kia bằng ΔA = Δq.U.
- Khi điện tích Δq rất nhỏ, ΔA = ((U1+U2)/2).Δq chính bằng điện tích hình thang ABGD.
- Công để tích điện cho tụ điện đến điện tích Q bằng tổng các công nhỏ ΔA hay tổng các diện tích hình thang tương ứng. Công A mà nguồn điện thực hiện bằng diện tích hình tam giác OQM: A = QU/2.
- Năng lượng của tụ điện tích điện được tính bằng công thức W = Q²/2C = CU²/2, với Q là điện tích, U là hiệu điện thế, C là điện dung.
- Năng lượng của tụ điện cũng chính là năng lượng điện trường trong tụ điện.
IV. Ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống
- Tích trữ năng lượng là chức năng quan trọng nhất của tụ điện và được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện như động cơ xe máy, máy hàn dùng công nghệ phóng điện của tụ (Hình 21.10), mạch khuếch đại...
- Tụ điện còn có nhiều chức năng khác như lưu trữ điện tích, lọc dòng điện một chiều,..
Sơ đồ tư duy về “Tụ điện”
Xem thêm các lời giải SBT Vật lí 11 bộ sách Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:
Bài tập cuối chương 3 trang 47
Xem thêm các chương trình khác:
- Soạn văn lớp 11 Kết nối tri thức - hay nhất
- Văn mẫu lớp 11 - Kết nối tri thức
- Tóm tắt tác phẩm Ngữ văn 11 – Kết nối tri thức
- Tác giả tác phẩm Ngữ văn 11 - Kết nối tri thức
- Giải SBT Ngữ văn 11 – Kết nối tri thức
- Bố cục tác phẩm Ngữ văn 11 – Kết nối tri thức
- Giải Chuyên đề học tập Ngữ văn 11 – Kết nối tri thức
- Nội dung chính tác phẩm Ngữ văn lớp 11 – Kết nối tri thức
- Soạn văn 11 Kết nối tri thức (ngắn nhất)
- Giải sgk Toán 11 – Kết nối tri thức
- Giải Chuyên đề học tập Toán 11 – Kết nối tri thức
- Lý thuyết Toán 11 - Kết nối tri thức
- Giải sbt Toán 11 – Kết nối tri thức
- Bài tập Tiếng Anh 11 Global success theo Unit có đáp án
- Giải sgk Tiếng Anh 11 – Global success
- Giải sbt Tiếng Anh 11 - Global Success
- Trọn bộ Từ vựng Tiếng Anh 11 Global success đầy đủ nhất
- Ngữ pháp Tiếng Anh 11 Global success
- Giải sgk Hóa học 11 – Kết nối tri thức
- Giải Chuyên đề học tập Hóa học 11 – Kết nối tri thức
- Lý thuyết Hóa 11 - Kết nối tri thức
- Giải sbt Hóa học 11 – Kết nối tri thức
- Chuyên đề dạy thêm Hóa 11 cả 3 sách (2024 có đáp án)
- Giải sgk Sinh học 11 – Kết nối tri thức
- Lý thuyết Sinh học 11 – Kết nối tri thức
- Giải Chuyên đề học tập Sinh học 11 – Kết nối tri thức
- Giải sbt Sinh học 11 – Kết nối tri thức
- Giải sgk Giáo dục Kinh tế và Pháp luật 11 – Kết nối tri thức
- Giải Chuyên đề học tập Kinh tế pháp luật 11 – Kết nối tri thức
- Lý thuyết Kinh tế pháp luật 11 – Kết nối tri thức
- Giải sbt Kinh tế pháp luật 11 – Kết nối tri thức
- Giải sgk Lịch sử 11 – Kết nối tri thức
- Giải Chuyên đề học tập Lịch sử 11 – Kết nối tri thức
- Lý thuyết Lịch sử 11 - Kết nối tri thức
- Giải sbt Lịch sử 11 – Kết nối tri thức
- Giải sgk Địa lí 11 – Kết nối tri thức
- Giải Chuyên đề học tập Địa lí 11 – Kết nối tri thức
- Lý thuyết Địa lí 11 - Kết nối tri thức
- Giải sbt Địa lí 11 – Kết nối tri thức
- Giải sgk Công nghệ 11 – Kết nối tri thức
- Lý thuyết Công nghệ 11 - Kết nối tri thức
- Giải sbt Công nghệ 11 – Kết nối tri thức
- Giải sgk Tin học 11 – Kết nối tri thức
- Giải Chuyên đề học tập Tin học 11 – Kết nối tri thức
- Lý thuyết Tin học 11 - Kết nối tri thức
- Giải sbt Tin học 11 – Kết nối tri thức
- Giải sgk Giáo dục quốc phòng an ninh 11 – Kết nối tri thức
- Lý thuyết Giáo dục quốc phòng 11 – Kết nối tri thức
- Giải sbt Giáo dục quốc phòng 11 – Kết nối tri thức
- Giải sgk Hoạt động trải nghiệm 11 – Kết nối tri thức