Bài 7: Tụ điện - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao
Câu c1 (trang 33 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một bạn nói:
Từ công thức (7.1) 
có thể nói điện dung của tụ điện phụ thuộc điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện. Câu nói đó đúng hay sai?
Đối với một tụ điện xác định, thương số Q/U là một hằng số đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện cho nên câu nói đó là sai.
Câu C2 (trang 33 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một bạn nói:
Từ công thức (4.5) 
Trong tụ C và d là hằng số.
Vậy: Cường độ điện trường tỉ lệ với điện tích của tụ. Do vậy phát biểu trên là đúng.
Câu c3 (trang 35 sgk Vật Lý 11 nâng cao): So sánh điện dung của bộ tụ điện ghép song song với điện dung của mỗi tụ điện trong bộ
Hướng dẫn giải:Điện dung tương đương của bộ gồm n tụ điện ghép song song với nhau là:
C = C1 + C2 +... + Cn = Σ Ci
→ C > Ci
Do vậy điện dung của bộ tụ sẽ lớn hơn điện dung của mỗi tụ điện trong bộ.
Câu c4 (trang 35 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Vì sao khi ghép nối tiếp thì điện tích của các tụ điện lại bằng nhau?
Hướng dẫn giải:Khi ghép nối tiếp bộ tụ gồm n tụ, thì bản thứ hai của tụ thứ (i – 1) sẽ nối với bản thứ nhất của tụ thứ i.
Khi chưa đặt bộ tụ một hiệu điện thế thì các bản tụ trung hòa điện, tức là không có điện tích.
Khi đặt vào hai đầu tụ một hiệu điện thế U thì các bản tụ sẽ tích điện là do: nếu các electron ở bản thứ nhất của tụ thứ i dồn về phía bản thứ hai của tụ thứ (i - 1) thì bản thứ nhất của tụ thứ n tích điện dương và bản thứ hai của tụ thứ (i – 1) sẽ tích điện âm sao cho tổng điện tích của chúng bằng không.
Trong đó Qi = điện tích của tụ thứ i
⇒ Khi ghép nối tiếp thì điện tích của các tụ điện bằng nhau
Câu c5 (trang 35 sgk Vật Lý 11 nâng cao): So sánh điện dung của bộ tụ điện ghép nối tiếp với điện dung của mỗi tụ điện trong bộ
Hướng dẫn giải:Điện dung tương đương của bộ gồm n tụ điện ghép nối tiếp:
Do vậy điện dung của bộ tụ sẽ nhỏ hơn điện dung của mỗi tụ điện trong bộ
Câu 1 (trang 36 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Tụ điện phẳng có cấu tạo như thế nào?
Hướng dẫn giải:Tụ điện phẳng gồm hai bản kim loại đặt đối diện và song song với nhau và ngăn cách với nhau bằng chất điện môi.
Câu 2 (trang 36 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy nêu ý nghĩa điện dung của tụ điện
Hướng dẫn giải:Thương số 
đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện và gọi là điện dung của tụ điện.
Câu 3 (trang 36 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Điện dung của tụ phụ thuộc vào những yếu tố nào? Nêu công thức tính điện dung của tụ điện phẳng
Hướng dẫn giải:Điện dung của tụ phụ thuộc vào những yếu tố:
• Hình dạng, kích thước của hai bản tụ
• Khoảng cách giữa hai bản
• Chất điện môi giữa hai bản
Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng:
Trong đó: S là phần diện tích đối điện của hai bản tụ
d là khoảng cách giữa hai bản
ε là hằng số điện môi của chất điện môi chiếm đầy giữa hai bản
Câu 4 (trang 36 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hiệu điện thế giới hạn của tụ là gì?
Hướng dẫn giải:Hiệu điện thế giới hạn của tụ là hiệu điện thế được phép lớn nhất đặt vào hai bản tụ Umax để tụ còn chưa bị đánh thủng.
Câu 5 (trang 36 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy vẽ sơ đồ bộ tụ điện gồm ba tụ điện ghép song song và viết công thức tính điện dung của bộ tụ đó.
Hướng dẫn giải:Sơ đồ bộ tụ điện gồm ba tụ điện ghép song song hình 7.1
Công thức: Css=C1+C2+C3
Câu 6 (trang 36 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy vẽ sơ đồ bộ tụ điện gồm ba tụ điện ghép nối tiếp và viết công thức tính điện dung của bộ tụ đó.
Hướng dẫn giải:Sơ đồ bộ tụ điện gồm ba tụ điện ghép song song hình vẽ:
Công thức tính điện dung của bộ tụ:
Bài 1 (trang 36 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Chọn phương án đúng.
Bốn tụ điện như nhau, mỗi tụ điện có điện dung C và được ghép nối tiếp với nhau. Điện dung của bộ tụ điện đó bằng:
A. 2C
B. C/2
C. 4C
D. C/4
Hướng dẫn giải:Ta có: C1 = C2 = C3 =C4 = C.
Khi ghép nối tiếp với nhau, điện dung của bộ tụ điện đó bằng:
Đáp án đúng là: D
Bài 2 (trang 36 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Chọn phương án đúng
Bốn tụ điện như nhau, mỗi tụ điện có điện dung C và được ghép song song với nhau. Điện dung của bộ tụ điện đó bằng.
A. 2C
B. C/2
C. 4C
D. C/4
Hướng dẫn giải:Ta có: C1=C2=C3=C4=C.
Khi ghép song song với nhau, điện dung của bộ tụ điện đó bằng: C=C1+C2+C3+C4=4C
Đáp án đúng là: C
Bài 3 (trang 36 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một tụ điện có điện dung 500 pF được mắc vào hai cực của một máy phát điện có hiệu điện thế 220V. Tính điện tích của tụ điện
Hướng dẫn giải:Điện tích của tụ điện khi được mắc vào nguồn U = 220V là:
Q = CU = 500.10-12.220 = 110.10-9 C = 0,11.10-6 C = 0,11 μ C
Đáp án: Q = 0,11 μ C
Bài 4 (trang 36 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Cho một tụ điện phẳng mà hai bản có dạng hình tròn bán kính 2 cm và đặt trong không khí. Hai bản cách nhau 2mm.
a) Tính điện dung của tụ điện đó
b) Có thể đặt một hiệu điện thế lớn nhất là bao nhiêu vào hai bản của tụ điện đó? Cho biết điện trường đánh thủng đối với không khí là 3.106 V/m.
Hướng dẫn giải:a) Điện dung của tụ điện là:
b) Hiệu điện thế lớn nhất giữa hai bản tụ là:
Umax = Emax.d = 3.106.2.10-3 = 6.103 = 6000 V
Đáp số:
a) C = 5,5 pF
b) U = 6000 V
Bài 5 (trang 37 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một tụ điện phẳng được mắc vào hai cực của một nguồn điện có dấu hiệu điện thế 50 V. Ngắt tụ điện ra khỏi nguồn rồi kéo cho khoảng cách của hai bản tụ điện tăng gấp hai lần. Tính hiệu điện thế của tụ điện khi đó.
Hướng dẫn giải:Điện dung của tụ điện:
Do tụ điện được ngắt ra khỏi nguồn nên điện tích trên hai bản tụ không thay đổi
Dựa trên công thức tính điện dung ta thấy C tỉ lệ nghịch với d.
Khi d2 = 2. d1 thì C2 = C1/2
Mặt khác U tỉ lệ nghịch với C khi Q không đổi nên: U2 = 2U1 = 2.50 = 100V
Đáp số: U = 100V
Bài 6 (trang 37 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hai tụ điện có điện dung C1 = 0,4 μ F, C2 = 0.6μ F ghép song song với nhau. Mắc bộ tụ điện đó vào nguồn điện có hiệu điện thế U < 60V thì một trong hai bản tụ điện đó có điện tích bằng 3.10-5 C. Tính
a) Hiệu điện thế U
b) Điện tích của tụ điện kia
Hướng dẫn giải:a) Giả sử tụ 1 có điện tích: Q1 = 3.10-5 C
Khi đó hiệu điện thế hai đầu tụ điện thứ nhất là:
Theo giả thiết, bộ tụ điện được mắc vào nguồn điện có hiệu điện thế U < 60V nên điều giả sử trên là không đúng. Vậy tụ hai có: Q2 = 3.10-5 C
Khi đó hiệu điện thế hai đầu tụ điện thứ hai:
Vậy hiệu điện thế U = 50V
b) Vì hai tụ ghép song song nên U1 = U2 = U = 50V
Điện tích của tụ C1:
Q1 = C1.U1 = 0,4.10-6.50 = 2.10-5 C
Đáp số: U=50V; Q1 = 2.10-5 C
Bài 7 (trang 37 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Điện dung của ba tụ điện ghép nối tiếp với nhau là C1 = 20pF, C2 = 10pF, C3 = 30pF. Tính điện dung của bộ tụ điện đó.
Hướng dẫn giải:Ba tụ điện ghép nối tiếp nên điện dung của bộ tụ:
Vậy Cnt = 5,45 pF
Đáp số: Cnt = 5,45 pF
Bài 8 (trang 37 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Cho ba tụ điện được mắc thành bộ theo sơ đồ như hình 7.7. Cho C1 = 3μ F, C2 = C3 = 4μ F. Nối hai điểm M, N với một nguồn điện có hiệu điện thế U = 10V. Hãy tính
a) Điện dung và điện tích của bộ tụ điện đó.
b) Hiệu điện thế và điện tích trên mỗi tụ.
Hướng dẫn giải:
a) Điện dung của bộ tụ:
Bộ tụ điện bao gồm: C1 mắc song song với (C2 nt với C3)
Điện tích của bộ tụ điện: Q = Cb.U = 5.10-6.10 = 5.10-5 C
b) Hiệu điện thế và điện tích trên mỗi tụ điện:
+ Với tụ C1: U1 = UMN = 10V
Q1 = C1.U1 = 3.10-6.10 = 3.10-5 C
+ Với tụ C2 nt C3: Q2 = Q3 = C23.UMN = 2.10-6.10 = 2.10-5 C
Đáp số:
a) Cb = 5μ F
b) U1 = 10V; Q1 = 3.10-5 C; Q2 = 2.10-5 C; U2 = U3 = 5V
Bài trước: Bài 6: Vật dẫn và điện môi trong điện trường - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao Bài tiếp: Bài 8: Năng lượng điện trường - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao