Bài 8: Năng lượng điện trường - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao
Bài 8: Năng lượng điện trường
Câu c1 (trang 39 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy rút ra công thức:
Hướng dẫn giải:
Khi tụ điện tích điện thì trong tụ điện có điện trường. Vì vậy, người ta coi năng lượng của tụ điện chính là năng lượng của điện trường trong tụ điện:
Mặt khác điện dung của tụ điện phẳng được tính bởi công thức:
Và điện trường sinh ra trong tụ điện phẳng khi nó tích điện là điện trường đều, nên có thể áp dụng công thức:
U = E. d (3)
Thế (2) và (3) vào (1) ta thu được:
Trong đó: V = S. d là thể tích miền không gian đối điện giữa 2 bản tụ có điện trường.
Câu 1 (trang 39 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy viết các công thức xác định năng lượng của tụ điện
Hướng dẫn giải:Bài 8: Năng lượng điện trường
Câu 2 (trang 39 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Hãy viết công thức xác định năng lượng điện trường trong tụ điện phẳng và rút ra công thức xác định mật độ năng lượng điện trường.
Hướng dẫn giải:Công thức xác định năng lượng điện trường trong tụ điện phẳng:
V = S. d là thể tích khoảng không gian giữa hai bản tụ điện phẳng.
Mật độ năng lượng điện trường:
Bài 1 (trang 39 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Chọn phương án đúng
Sau khi ngắt tụ điện phẳng khỏi nguồn điện, ta tịnh tiến hai bản để khoảng cách giữa chúng giảm đi hai lần, khi đó, năng lượng điện trường trong tụ điện:
A. Tăng lên hai lần
B. Tăng lên bốn lần
C. Giảm đi hai lần
D. Giảm đi bốn lần
Hướng dẫn giải:Sau khi ngắt tụ điện phẳng khỏi nguồn điện, thì điện tích Q trên bản tụ không đổi
Khi ta tịnh tiến hai bản để khoảng cách d giữa chúng giảm đi hai lần, khi đó điện dung của tụ bằng
Đáp án đúng là: C.
Bài 2 (trang 40 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một tụ điện có điện dung C = 6μ F được mắc vào nguồn điện có hiệu điện thế U = 100V. Sau khi ngắt tụ điện khỏi nguồn, điện tích của tụ điện phóng qua chất điện môi trong tụ điện đến khi tụ điện mất hoàn toàn điện tích. Tính nhiệt lượng tỏa ra ở điện môi trong thời gian phóng điện đó.
Hướng dẫn giải:Nhiệt lượng tỏa ra ở điện môi trong thời gian giải phóng điện có giá trị bằng năng lượng của tụ:
Đáp số: Q = 0,03 J
Bài 3 (trang 40 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một tụ điện có điện dung C = 5μ F được tích điện, điện tích của tụ điện Q = 10-3 C. Nối tụ điện đó vào bộ ắc – quy có suất điện động ℰ = 80V; bản tích điện dương nối với cực dương, bản tích điện âm nối với cực âm của bộ ắc – quy. Hỏi khi đó năng lượng của bộ ắc – quy tăng lên hay giảm đi? Tăng hay giảm bao nhiêu lần.
Hướng dẫn giải:Hiệu điện thế của tụ điện lúc đầu là:
Năng lượng của tụ điện lúc đầu là:
Nối tụ điện đó vào ắc quy có suất điện động ℰ = 80V; bản tích điện dương nối với cực dương, bản cực âm nối với cực âm của bộ ắc quy thì hiệu điện thế của tụ điện lúc đó bằng: U = ℰ = 80V
Năng lượng của tụ điện lúc sau là:
Vì W2 < W1 nên một phần năng lượng của tụ điện đã truyền cho ắc quy ⇒ năng lượng của bộ ắc quy tăng lên một lượng là:
Δ W = W1 - W2 = 0,1 - 0,016 = 0,084 J
Đáp số: Δ W = 0,084 J
Bài 4 (trang 40 sgk Vật Lý 11 nâng cao): Một tụ điện không khí phẳng mắc vào nguồn điện có hiệu điện thế U = 200V. Hai bản tụ điện cách nhau d = 4 mm. Hãy tính mật độ tăng lượng điện trường trong tụ điện.
Hướng dẫn giải:Tụ điện không khí và phẳng: ε = 1
Cường độ điện trường trong tụ:
Mật độ năng lượng điện trường trong tụ.
Đáp số: w = 0,011 J/m3
Bài trước: Bài 7: Tụ điện - Giải BT Vật Lí 11 nâng cao