Bài 22: Dòng điện trong chất khí - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao
Bài 22: Dòng điện trong chất khí
Câu c1 (trang 107 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Khảo sát chi tiết cho thấy đặc tuyến vôn – ampe trên hình 22.3 có dạng đoạn thẳng ở gần gốc tọa độ (tức là với các trị số U rất nhỏ). Từ đó có thể rút ra kết luận gì?
Hướng dẫn giải:
Đặc tuyến Vôn – Ampe trên hình 22.3 có dạng đoạn thẳng ở gần gốc tọa độ (ứng với các giá trị U nhỏ) cho ta kết luận rằng khi U nhỏ, dòng điện trong chất khí vẫn tuân theo định luật Ôm.
Câu c2 (trang 107 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Giải thích rõ hơn “ tại sao khi Ub≤ U≤ Uc” cường độ dòng điện giữ nguyên giá trị bằng Ib
Hướng dẫn giải:Khi Ub≤ U≤ Uc công của lực điện trường đủ lớn để có thể đưa được tất cả các electron tự do trong chất khí đó về được anot, nhưng chưa đủ lớn để ion hóa chất khí. Vì vậy dù tăng U sao cho Ub≤ U≤ Uc thì số lượng electron tham gia vào dòng điện không tăng lên nữa ⇒ cường độ dòng điện giữ nguyên giá trị bằng Ib.
Câu c3 (trang 108 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Tại sao lúc có sét, mặt đất lại tích điện để có thể xảy ra sự phóng điện giữa đám mây tích điện và mặt đất?
Hướng dẫn giải:Khi mưa dông, có sự luân chuyển dữ dội giữa các lớp không khí sát mặt đất khiến cho mặt đất bị tích điện, thường là tích điện dương (có thể coi là nhiễm điện do cọ sát). Tương tự vậy các đám mây mưa cũng bị tích điện thường là tích điện âm. Giữa đám mây và mặt đất có hiệu điện thế rất lớn. Những chỗ nhô cao trên mặt đất như gò cao hay ngọn cây là nơi có điện trường rất mạnh, dễ xảy ra phóng tia lửa điện giữa đám mây và những chỗ đó gọi là sét.
Câu c4 (trang 108 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Giải thích rõ hơn tác dụng của cột chống sét?
Hướng dẫn giải:Các cột chống sét thường là những cột nhọn bằng kim loại, được đặt ở những chỗ cao của nhà, hoặc các công trình xây dựng, … và được nối cẩn thận bằng dây dẫn với một thanh kim loại chôn sâu xuống đất. khi có cơn dông, điện tích từ các đám mây sẽ qua cột chống sét xuống đất một cách từ từ, không gây ra hiện tượng sét.
Câu c5 (trang 109 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Theo bạn, muốn tạo ra hồ quang điện tại sao ban đầu cần phải cho hai đầu thanh than chạm nhau?
Hướng dẫn giải:Muốn tạo ra hồ quang điện, ban đầu phải cho hai đầu thanh than chạm vào nhau vì khi đó mạch điện bị nối tắt, dòng điện trong mạch rất lớn làm cho chỗ chạm nhau của hai thanh than nóng đỏ, không khí xung quanh hai đầu thanh than bị đốt nóng. Khi tách hai đầu thanh than ra một khoảng ngắn, trong không khí lúc này xảy ra sự phóng điện giữa hai đầu thanh, đó là nguyên nhân gây ra hồ quang điện.
Câu c6 (trang 111 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Nếu áp suất của khí trong ống bằng áp suất khí quyển thì có dòng điện chạy qua ống không? Tại sao?
Hướng dẫn giải:Nếu áp suất của khí trong ống bằng áp suất khí quyển thì không có dòng điện chạy qua ống, vì khi đó các ion dương trong quá trình chuyển động tới catot bị va chạm với các phân tử khí trong ống nên mất năng lượng cực nhanh, do đó không đạt được động năng đủ lớn. Vì vậy khi đập vào catot thì không bứt được electron khỏi catot.
Câu 1 (trang 111 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy nêu bản chất dòng điện trong chất khí. Mô tả sự phụ thuộc của dòng điện vào hiệu điện thế?
Hướng dẫn giải:- Bản chất:
Dòng điện trong chất khí là dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, electron ngược chiều điện trường
- Sự phụ thuộc của dòng điện vào hiệu điện thế: đặc tuyến vôn – ampe của chất khí trên hình 22.3
+ Dòng điện trong chất khí không tuân theo định luật Ôm
+ Khi 0< U< Ub: U tăng ⇒ I tăng theo ⇒ sự phóng điện không tự lực
+ Khi Ub< U< Uc: U tăng ⇒ I = Ibh ⇒ dòng điện đạt bão hòa
+ Khi U> Uc: U tăng ⇒ I tăng đột ngột ⇒ sự phóng điện tự lực
Câu 2 (trang 111 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy nêu cách tạo tia lửa điện và nguyên nhân hình thành tia lửa điện.
Hướng dẫn giải:- Tia lửa điện (tia điện) là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí khi có tác dụng của điện trường đủ mạnh
- Trong không khí, tia lửa điện có thể hình thành khi có điện trường rất mạnh. Tia lử điện không có dạng nhất định, thường là một chùm tia ngoằn ngèo, có nhiều nhánh, thường kèm theo tiếng nổ, sinh ra ozon có mùi khét
Câu 3 (trang 111 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy mô tả cách tạo hồ quang điện, nêu các đặc điểm chính và ứng dụng của hồ quang?
Hướng dẫn giải:• Cách tạo:
Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn.
• Đặc điểm chính:
- Dòng điện trong hồ quang điện chủ yếu là dòng electron chạy từ catot đến anot
- Hồ quang điện có thể kèm theo tỏa nhiệt và tỏa sáng rất mạnh
• Ứng dụng: hàn điện, đèn hải đăng, máy chiếu phim, nấu chảy kim loại, điều chế hợp kim, xúc tác cho nhiều phản ứng hóa học…
Câu 4 (trang 111 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy mô tả quá trình phóng điện trong chất khí ở áp suất thấp.
Hướng dẫn giải:Quá trình phóng điện trong chất khí ở áp suất thấp (còn gọi là khí kém)
• Chùm electron phát ra từ catot là nhờ các phân tử khí trong khí kém bị ion hóa thành các ion dương. Các ion này được gia tốc bởi hiệu điện thế giữa anot và catot nên có động năng đủ lớn tới đập vào catot làm phát ra các electron (phát xạ lạnh điện tử, khác với phát xạ nhiệt điện tử trong điot chân không). Các electron này chuyển động tự catot về anot tạo thành chùm tia catot
• Khi áp suất khoảng 1 mmHg đến 0,01 mmHg: có miền tối catot và cột sáng anot
• Khi áp suất khoảng 0,01 mmHg đến 0,001 mmHg: có miền tối catot choán đầy ống và cột sáng anot biến mât.
Bài 1 (trang 111 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Chọn câu đúng
A. Dòng điện trong chất khí là dòng các ion
B. Dòng điện trong chất khí tuân theo định luật Ôm
C. Dòng điện trong chất khí là dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, electron ngược chiều điện trường.
D. Cường độ dòng điện trong chất khí ở áp suất bình thường tăng lên khi hiệu điện thế tăng
Hướng dẫn giải:Dòng điện trong chất khí là dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm, electrong ngược chiều điện trường
Đáp án: C
Bài 2 (trang 112 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Chọn phát biểu đúng
Bản chất dòng điện trong kim loại khác với bản chất dòng điện trong chân không và trong chất khí như thế nào?
A. Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron. Còn dòng điện trong chân không và trong chất khí đều là dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương và ion âm.
B. Dòng điện trong kim loại và trong chân không đều là dòng dịch chuyển có hướng của các electron. Còn dòng điện trong chất khí là dòng dịch chuyển có hướng của các electron, của các ion dương và ion âm
C. Dòng điện trong kim loại là dòng dịch chuyển có hướng của các electron. Dòng điện trong chân không là dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương và ion âm. Còn dòng điện trong chất khí là dòng dịch chuyển có hướng của các electron, của các ion dương và ion âm.
D. Dòng điện trong kim loại cũng như trong chân không và trong chất khí đều là dòng dịch chuyển có hướng của các electron
Hướng dẫn giải:Đáp án đúng là: B.
Dòng điện trong kim loại và trong chân không đều là dòng dịch chuyển có hướng của các electron. Còn dòng điện trong chất khí là dòng dịch chuyển có hướng của các electron, của các ion dương và ion âm.
Bài 3 (trang 112 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Dòng dịch chuyển có hướng của các ion là bản chất của dòng điện trong môi trường:
A. Kim loại
B. Chất điện phân
C. Chất khí
D. Chân không
Hướng dẫn giải:Đáp án đúng là: B
Dòng dịch chuyển có hướng của các ion là bản chất của dòng điện trong môi trường chất điện phân
Bài trước: Bài 21: Dòng điện trong chân không - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao Bài tiếp: Bài 23: Dòng điện trong chất bán dẫn - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao