Trơmg THPT Bình Giang Ôn tập Vật Lý 11 Chủ đề 1: Định luật Cu lông. Điện trờng. Công của lực điện. Điện thế. Hiệu điện thế A) Lí thuyết cơ bản 1) Có 3 cách nhiễm điện một vật: Cọ xát, tiếp xúc ,hởng ứng 2) Định luật Cu lông: 2 21 9 . . .10.9 r qq F = ; Lực F có phơng là đờng thẳng nối 2 điện tích 3) Vật dẫn điện,điện môi: Là những vật có nhiều hạt mang điện(điện tích tự do) có thể di chuyển đợc trong những khoảng không gian lớn hơn nhiều lần kích thớc phân tử của vật Những vật có chứa rất ít điện tích tự do là điện môi 4) Định luật bảo toàn điện tích: Trong 1 hệ cô lập về điện (hệ không trao đổi điện tích với các hệ khác) thì tổng đại số các điện tích trong hệ là 1 hằng số 5) Điện trờng +) Khái niệm: Một điện tích tác dụng lực điện lên các điện tích khác ở gần nó vì xung quanh điện tích này có điện trờng +) Tính chất cơ bản của điện trờng: Tác dụng lực điện lên điện tích khác đặt trong nó +) Cờng độ điện trờng: q F E = (nếu q>0 thì F cùng hớng với E ); đơn vị V/m +) Đờng sức điện trờng: Là đờng đợc vẽ trong điện trờng sao cho hớng của tiếp tyến tại bất kỳ điểm nào trên đờng cũng trùng với hớng của véc tơ CĐĐT tại điểm đó. Tính chất của đờng sức: Tại mỗi điểm trong điện trờng ta có thể vẽ đợc 1 đờng sức điện đi qua và chỉ một mà thôi. Các đờng sức điện không bao giờ cắt nhau. Các đờng sức điện là các đờng cong không kín,nó xuất phát từ các điện tích dơng,tận cùng ở các điện tích âm. Nơi nào có CĐĐT lớn hơn thì các đờng sức ở đó vẽ mau và ngợc lại +) Điện trờng đều: Có véc tơ CĐĐT tại mọi điểm đều bằng nhau Các đờng sức của điện trờng đều là các đờng thẳng song song cách đều nhau +) Điện trờng của 1 điện tích điểm: 2 9 .10.9 r Q E = ( E hớng ra xa Q nếu Q>0 và ngợc lại) +) Nguyên lí chồng chất điện trờng: ++= n EEEE . 21 6) Công của lực điện trờng +) Công của lực điện tác dụng vào 1 điện tích không phụ thuộc vào dạng của đờng đi của điện tích mà chỉ phụ thuộc vào vị trí điểm đầu,điểm cuối của đờng đi trong điện trờng A MN = q.E. '' NM (với '' NM là độ dài đại số của hình chiếu của đờng đi MN lên trục toạ độ ox với chiều dơng của trục ox là chiều của đờng sức) 7) Liên hệ giữa công của lực điện và hiệu thế năng của điện tích A MN = W M - W N = q V M - q.V N =q.U MN (U MN là hđt giữa điểm M và N) +) Hiệu điện thế giữa 2 điểm trong điện trờng là đại lợng đặc trng cho khả năng thực hiện công của điện trờng khi có 1 điện tích di chuyển giữa 2 điểm đó Dùng tĩnh điện kế để đo hđt và điện thế 8) Liên hệ giữa E và U Nếu chọn chiều dơng của trục ox là chiều đờng sức (E>0) thì: '' NM U E MN = Biểu thức số học : d U E = B) Bài tập cơ bản và nâng cao Bài 1 Một quả cầu khối lợng 10 g,đợc treo vào một sợi chỉ cách điện. Quả cầu mang điện tích Giáo Viên: Nguyễn Tiến Đại Năm học: 2007-2008 1 Trơmg THPT Bình Giang Ôn tập Vật Lý 11 q 1 = 0,1 C à . Đa quả cầu thứ 2 mang điện tích q 2 lại gần thì quả cầu thứ nhất lệch khỏi vị trí lúc đầu,dây treo hợp với đờng thẳng đứng một góc =30 0 . Khi đó 2 quả cầu nằm trên cùng một mặt phẳng nằm ngang và cách nhau 3 cm. Tìm độ lớn của q 2 và lực căng của dây treo? g=10m/s 2 HD: F=P.tan ; P=T.cos ; ĐS: Dộ lớn của q 2 =0,058 C à ; T=0,115 N Bài 2 Hai điện tích điểm q 1 =-9.10 -5 C và q 2 =4.10 -5 C nằm cố định tại hai điểm AB cách nhau 20 cm trong chân không. 1) Tính cờng độ điện trờng tai điểm M nằm trên đờng trung trực của AB cách A 20 cm 2) Tìm vị trí tại đó CĐĐT bằng không . Hỏi phải đặt một điện tích q 0 ở đâu để nó nằm cân bằng? ĐS: Cách q 2 40 cm Bài 3 Một e di chuyển một đoạn 0,6 cm từ điểm M đến điểm N dọc theo một đờng sức điện của 1 điện trờng đều thì lực điện sinh công 9,6.10 -18 J 1) Tính công mà lực điện sinh ra khi e di chuyển tiếp 0,4 cm từ điểm N đến điểm P theo phơng và chiều nói trên? 2) Tính vận tốc của e khi nó tới P. Biết vận tốc của e tại M bằng không HD: Ta dùng công thức: A MN =q.E. '' NM vì A MN >0; q<0; E>0 nên '' NM <0 tức là e đi ngợc chiều đờng sức.Với '' NM =- 0,006 m ta tính đợc E suy ra A NP = q.E. '' PN = 6,4.10 -18 J Dùng ĐL động năng ta tính đợc v P = 5,93.10 6 m/s Bài 4 Bắn một e với vận tốc ban đầu v 0 vào điện trờng đều giữa hai bản kim loại phẳng song song,nằm ngang theo phơng vuông góc với đờng sức của điện trờng. Electrôn bay vào khoảng chính giữa 2 bản. Hiệu điện thế giữa 2 bản là U 1) Biết e bay ra khỏi điện trờng tại điểm nằm sát mép một bản. Viết biểu thức tính công của lực điện trong sự dịch chuyển cuả e trong điện trờng 2) Viết công thức tính động năng của e khi bắt đầu ra khỏi điện trờng HD: 1) Ta nhận thấy e phải lệch về phía bản dơng. Gọi d là khoảng cách giữa 2 bản A=q.E.(-d/2)=q.(-U/2) với q<0 2) Dùng định lí động năng: W 2 -W 1 =A W 2 = (m.v 0 2 - e.U)/2 Bài 5 Một hạt mang điện tích q=+1,6.10 -19 C ; khối lợng m=1,67.10 -27 kg chuyển động trong một điện trờng. Lúc hạt ở điểm A nó có vận tốc là 2,5.10 4 m/s. Khi bay đến B thì nó dừng lại. Biết điện thế tại B là 503,3 V. Tính điện thế tại A ( ĐS: V A = 500 V) HD: )( 2 . 2 . 22 BAAB AB VVqA vmvm == Bài 6 Cho 2 bản kim loại phẳng có độ dài l=5 cm đặt nằm ngang song song với nhau,cách nhau d=2 cm. Hiệu điện thế giữa 2 bản là 910V. Một e bay theo phơng ngang vào giữa 2 bản với vận tốc ban đầu v 0 =5.10 7 m/s. Biết e ra khỏi đ- ợc điện trờng. Bỏ qua tác dụng của trọng trờng 1) Viết ptrình quĩ đạo của e trong điện trờng 2) Tính thời gian e đi trong điện trờng? Vận tốc của nó tại điểm bắt đầu ra khỏi điện trờng? 3) Tính độ lệch của e khỏi phơng ban đầu khi ra khỏi điện trờng? ( ĐS: 0,4 cm) Bài 7 Ba điểm A,B,C tạo thành một tam giác vuông (vuông ở A); AC= 4 cm; AB=3 cm nằm trong một điện trờng đều có E song song với cạnh CA, chiều từ C đến A. Điểm D là trung điểm của AC. 1) Biết U CD =100 V. Tính E, U AB ; U BC ( ĐS: 5000V/m; U BC =-200 V; U AB =0) 2) Tính công của lực điện khi một e di chuyển : a) Từ C đến D b) Từ C đến B Giáo Viên: Nguyễn Tiến Đại Năm học: 2007-2008 2 Trơmg THPT Bình Giang Ôn tập Vật Lý 11 c) Từ B đến A HD: Dùng các công thức: A MN =q.U MN ; E= U MN / '' NM ; U MN =V M -V N Bài 8 Một hạt bụi mang điện có khối lợng m=10 -11 g nằm cân bằng giữa 2 bản của 1 tụ điện phẳng. Khoảng cách giữa 2 bản là d=0,5 cm. Chiếu ánh sáng tử ngoại vào hạt bụi. Do mất một phần điện tích,hạt bụi sẽ mất cân bằng. Để thiết lập lại cân bằng ngời ta phải tăng hiệu điện thế giữa 2 bản lên một lợng U =34V. Tính điện lợng đã mất đi biết ban đầu hđt giữa 2 bản là 306,3V HD: Lúc đầu: m.g=F=q.U/d (1); Sau đó (q- q ).(U+ U )/d = m.g (2). Từ (1) và (2) ta đợc q Bài 9 Giữa 2 bản của tụ điện đặt nằm ngang cách nhau d=40 cm có một điện trờng đều E=60V/m. Một hạt bụi có khối l- ợng m=3g và điện tích q=8.10 -5 C bắt đầu chuyển động từ trạng thái nghỉ từ bản tích điện dơng về phía tấm tích điện âm. Bỏ qua ảnh hởng của trọng trờng. Xác định vận tốc của hạt tại điểm chính giữa của tụ điện ĐS: 0,8 m/s HD: Tính a theo ĐL 2 sau đó dùng công thức của chuyển động biến đổi đều Bài 10 Cho 3 bản kim loại phẳng A,B,C đặt song song với nhau,tích điện đều cách nhau các khoảng d 1 =2,5 cm; d 2 =4 cm.Biết CĐĐT giữa các bản là đều có độ lớn E 1 =8.10 4 V/m; E 2 =10 5 V/m có chiều nh hình vẽ. Nối bản A với đất. Tính điện thế của bản B và C HD: V A -V B =E 1 .d 1 V B ; V C -V B =E 2 .d 2 V C =2000 V Bài 11 Một quả cầu tích điện khối lợng m=0,1 g nằm cân bằng giữa 2 bản tụ điện phẳng đặt thẳng đứng cách nhau d=1cm. Hiệu điện thế giữa 2 bản là U. Góc lệch của dây treo so với phơng thẳng đứng là 10 0 . Điện tích của quả cầu là 1,3.10 -9 C. Tìm U (cho g=10m/s 2 ) ĐS: 1000 V Bài 12 Hai quả cầu giống nhau bằng kim loại tích điện trái dấu đặt cách nhau 20 cm chúng hút nhau bằng 1 lực F 1 =4.10 -3 N. Cho 2 quả cầu tiếp xúc với nhau sau đó lại tách chúng ra vị trí cũ. Khi đó 2 quả cầu đẩy nhau bởi 1 lực F 2 =2,25.10 - 3 N. Xác định điện tích của mỗi quả cầu trớc khi cho chúng tiếp xúc nhau. Bài 13 Tại các đỉnh A,B,C của 1 hình vuông ABCD cạnh a=1,5 cm lần lợt đặt cố định q 1 ,q 2 ,q 3 1) Biết q 2 =4.10 -6 C và CĐĐT tổng hợp tại D bằng không. Tính q 1 , q 3 (ĐS: q 1 =q 3 =-1,4.10 -6 C) 2) Tìm CĐĐT tổng hợp tại tâm O của hình vuông (3,2.10 8 V/m) Chủ đề 2 Vật dẫn và điện môi trong điện trờng. Tụ điện A) Tóm tắt lí thuyết 1) Vật dẫn trong điện trờng +) Khi vật dẫn đặt trong điện trờng mà không có dòng điện chạy trong vật thì ta gọi là vdcbđ +) Bên trong vdcbđ cờng độ điện trờng bằng không,còn tại các điểm trên mặt ngoài vdẫn thì cờng độ điện trờng có phơng vuông góc với mặt ngoài +) Điện thế tại mọi điểm trên vdcbđ bằng nhau Giáo Viên: Nguyễn Tiến Đại Năm học: 2007-2008 E 1 E 2 3 A B C Trơmg THPT Bình Giang Ôn tập Vật Lý 11 +) Điện tích chỉ phân bố ở mặt ngoài của vật,sự phân bố là không đều (tập trung ở chỗ lồi nhọn) 2) Điện môi trong điện trờng +) Khi đặt một khối điện môi trong điện trờng thì nguyên tử của chất điện môi đợc kéo dãn ra một chút và chia làm 2 đầu mang điện tích trái dấu. Ta nói điện môi bị phân cực. Kết quả là trong khối điện môi hình thành nên một điện trờng phụ ngợc chiều với điện trờng ngoài 3) Tụ điện +) Định nghĩa: Hệ 2 vật dẫn đặt gần nhau,mỗi vật là 1 bản tụ. Khoảng không gian giữa 2 bản là chân không hay điện môi +) Ta có thể nạp điện cho tụ bằng nguồn điện hoặc làm cho tụ điện phóng điện +) Tụ điện phẳng có 2 bản tụ là 2 tấm kim loại phẳng có kích thớc lớn ,đặt đối diện nhau,song song với nhau +) Điện dung của tụ : Là đại lợng đặc trng cho khả năng tích điện của tụ C= Q/U Đơn vị là F, mF . +) Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng: d S C .4.10.9 . 9 = . Với S là phần diện tích đối diện giữa 2 bản. +) Với mỗi một tụ điện có 1 hiệu điện thế giới hạn nhất định, nếu khi sử dụng mà đặt vào 2 bản tụ hđt lớn hơn hđt giới hạn thì điện môi giữa 2 bản bị đánh thủng. +) Ghép tụ điện song song,nối tiếp *) Ghép song song: U b =U 1 =U 2 = ; Q b =Q 1 +Q 2 + .; C b =C 1 +C 2 + *) Ghép nối tiếp: Q b =Q 1 =Q 2 = ; U b =U 1 +U 2 + .; 1/C b =1/C 1 +1/C 2 + . ( lúc đầu các tụ cha tích điện) +) Năng lợng điện trờng: *) Năng lợng của tụ điện: C QUCUQ W 22 . 2 . Ư 22 === *) Năng lợng điện trờng: Năng lợng của tụ điện chính là năng lợng của điện trờng trong tụ điện. Với tụ điện phẳng thì .8.10.9 Ư 9 2 VE W = với V=S.d là thể tích khoảng không gian giữa 2 bản tụ điện phẳng; Mật độ năng lợng điện tr- ờng: w= W/ V (1) Lu ý: Công thức (1) đúng với cả điện trờng không đều và điện trờng phụ thuộc thời gian B) Bài tập cơ bản và nâng cao Bài 1 Hai bản của tụ điện phẳng có dạng hình tròn bán kính R=60 cm,khoảng cách giữa 2 bản là 2 mm. Giữa 2 bản là không khí. 1) Tính điện dung của tụ điện ( 5.10 -9 F) 2) Có thể tích cho tụ điện đó một điện tích lớn nhất là bao nhiêu để tụ điện không bị đánh thủng. Biết cđđt lớn nhất mà không khí chịu đợc là 3.10 6 V/m . Hiệu điện thế lớn nhất giữa 2 bản tụ là bao nhiêu? ( 6.10 3 V; 3.10 -5 C) HD: U max = E max .d; Q max =C.U max Bài 2 Một tụ điện không khí có C=2000 pF đợc mắc vào 2 cực của nguồn điện có hđt là U=5000 V 1) Tính điện tích của tụ điện ( 10 -5 C) 2) Nếu ngời ta ngắt tụ điện ra khỏi nguồn rồi nhúng nó chìm hẳn vào một điện môi lỏng có hằng số điện môi =2. Tìm điện dung của tụ và hiệu điện thế của tụ ( 1000 pF; 2500 V) 3) Nếu ngời ta không ngắt tụ khỏi nguồn và đa tụ vào điện môi lỏng nh ở phần 2. Tính điện tích và hđt giữa 2 bản tụ HD: Nếu ngắt tụ khỏi nguồn rồi đa nó vào điện môi thì điện tích không đổi chỉ có điện dung thay đổi. Nếu không ngắt tụ khỏi nguồn và nhúng tụ vào điện môi thì hđt không đổi,điện tích thay đổi Bài 3 Giáo Viên: Nguyễn Tiến Đại Năm học: 2007-2008 4 Trơmg THPT Bình Giang Ôn tập Vật Lý 11 Một tụ điện có điện dung C= 2 F à đợc tích điện, điện tích của tụ là 10 3 C à . Nối tụ điện đó vào bộ ác qui có SĐĐ E=50V. Bản tích điện dơng nối với cực dơng. Hỏi khi đó năng lợng của bộ ác qui tăng lên hay giảm đi? Tăng hay giảm bao nhiêu? HD: Tính năng lợng trớc: W=Q 2 /2C; năng lợng sau: W =CU 2 /2=C.E 2 /2 Lấy W-W Bài 4 Một tụ điện phẳng mà điện môi có =2 mắc vào nguồn điện có hđt U=100 V; khoảng cách giữa 2 bản là d=0,5 cm; diện tích một bản là 25 cm 2 1) Tính mật độ năng lợng điện trờng trong tụ 2) Sau khi ngắt tụ ra khỏi nguồn,điện tích của tụ điện phóng qua lớp điện môi giữa 2 bản tụ đến lúc điện tích của tụ bằng không. Tính nhiệt lợng toả ra ở điện môi HD: Nhiệt lợng toả ra ở điện môi bằng năng lợng của tụ Bài 5 Hai bản của 1 tụ điện phẳng không khí có dạng hình chữ nhật kích thớc 10cm x 5cm. Tụ điện đợc tích điện bằng một nguồn điện sao cho CĐĐT giữa 2 bản tụ là 8.10 5 V/m . Tính điện tích của tụ điện trên. Có thể tính đợc hđt giữa 2 bản tụ không? HD: Q=C.U= d S .4.10.9 9 E.d ; Không thể tính đợc U vì cha biết d Bài 6 Có 2 tụ điện, tụ điện 1 có điện dung C 1 =1 F à tích điện đến hđt U 1 =100 V; tụ điện 2 có điện dung C 2 = 2 F à tích điện đến hđt U 2 =200 V 1) Nối các bản tích điện cùng dấu với nhau. Tính hiệu điện thế và điện tích của mỗi tụ điện sau khi nối và nhiệt lợng toả ra sau khi nối các bản 2) Hỏi nh phần 1 nhng chỉ khác ta nối các bản trái dấu của 2 tụ với nhau HD: 1) C b =C 1 +C 2 ; Q b =Q 1 +Q 2 ; U b =Q b /C b =U 1 =U 2 Q 1 và Q 2 Tính năng lợng trớc: W=C 1 U 1 2 /2+ C 2 U 2 2 /2; năng lợng sau: W =C b U b 2 /2; Q=W-W 2) Làm tơng tự chỉ khác Q b =Q 2 -Q 1 ; C b =C 1 +C 2 Bài 7 Một bộ tụ gồm 5 tụ điện giống hệt nhau nối tiếp mỗi tụ có C=10 F à đợc nối vào hđt 100 V 1) Hỏi năng lợng của bộ thay đổi ra sao nếu 1 tụ bị đánh thủng 2) Khi tụ trên bị đánh thủng thì năng lợng của bộ tụ bị tiêu hao do phóng điện. Tìm năng lợng tiêu hao đó. HD: 1) Độ biến thiên năng lợng của bộ là: W=W 2 -W 1 =(1/2)C b2 U 2 -(1/2)C b1 U 2 = .>0 tức là năng l ợng của bộ tăng lên (mặc dù có sự tiêu hao năng lợng do đánh thủng) 2) Tính điện tích của bộ tụ lúc trớc và sau rồi tính q =q 2 -q 1 >0. Năng lợng của tụ tăng vì nguồn đã thực hiện công A để đa thêm điện tích đến tụ: A= q .U. Theo ĐLBTNL: A= W+W tiêu hao Từ đó tính đợc W tiêu hao B i 8 Một tụ điện nạp điện tới hiệu điện thế U 1 =100 V đợc nối với với tụ điện thứ hai cùng điện dung nhng đợc nạp điện tới hiệu điện thế U 2 =200V. Tính hiệu điện thế giữa các bản của mỗi tụ điện trong hai trờng hợp sau: 1) Các bản tích điện cùng dấu nối với nhau (150 V) 2) Các bản tích điện trái dấu nối với nhau (50 V) Bài 9 Ba tụ điện có điện dung C 1 =0,002 à F; C 2 =0,004 à F; C 3 =0,006 à F đợc mắc nối tiếp thành bộ. Hiệu điện thế đánh thủng của mỗi tụ điện là 4000 V.Hỏi bộ tụ điện trên có thể chịu đợc hiệu điện thế U=11000 V không? Khi đó hiệu điện thế đặt trên mỗi tụ là bao nhiêu? ĐS: Không. Bộ sẽ bị đánh thủng; U 1 =6000 V; U 2 =3000 V; U 3 =2000 V Bài 10 Giáo Viên: Nguyễn Tiến Đại Năm học: 2007-2008 5 Trơmg THPT Bình Giang Ôn tập Vật Lý 11 Ba tụ điện có điện dung lần lợt là: C 1 =1 à F; C 2 =2 à F; C 3 =3 à F có thể chịu đợc các hiệu điện thế lớn nhất tơng ứng là: 1000V;200V; 500V. Đem các tụ điện này mắc thành bộ 1) Với cách mắc nào thì bộ tụ điện có thể chịu đợc hiệu điện thế lớn nhất 2) Tính điện dung và hiệu điện thế của bộ tụ điện đó ĐS: C 1 nt(C 2 //C 3 ); 1200 V; 5/6 à F Bài 11 Sáu tụ đợc mắc: ( ((C 1 nt(C 2 //C 3 ))//C 4 ) )nt C 5 nt C 6 ; C 1 = C 6 =60 à F; U=120V Tính điện dung của bộ và điện tích của mỗi tụ Bài 12 Hai bản của một tụ điện phẳng(diện tích mỗi bản là 200 cm 2 ) đợc nhúng trong dầu có hằng số điện môi 2,2 và đợc mắc vào nguồn điện có hđt là 200 V. Tính công cần thiết để giảm khoảng cách giữa 2 bản từ 5 cm đến 1 cm(sau khi cắt tụ ra khỏi nguồn) (1,2.10 -7 J) Bài 13 Tại 4 đỉnh của một hình vuông LMNP có 4 điện tích điểm q L =q M =q=4.10 -8 C; q N =q P =-q. Đờng chéo của hình vuông có độ dài a=20 cm. Hãy xác đinh: Điện thế tại tâm hình vuông? Điện thế tại đỉnh L của hình vuông? Công tối thiểu để đa q từ L-O ĐS: 0 V; -1800 V; Công của lực điện là A=-7,2.10 -5 J; công của ngoại lực A =-A Bài 14 Hai bản phẳng song song cách nhau d=5,6 mm, chiều dài mỗi bản là 5 cm. Một điện tử bay vào khoảng giữa với vận tốc v 0 =200 000 km/s hớng song song và cách đều 2 bản. Hỏi hiệu điện thế lớn nhất có thể đặt lên 2 bản là bao nhiêu để khi bay ra khỏi 2 bản điện tử không bị chạm vào mép bản (50 V) Bài 15 Hiệu điện thế giữa 2 bản của một tụ điện phẳng là U=300 V. Một hạt bụi nằm cân bằng giữa 2 bản của tụ điện và cách bản dới của tụ d 1 =0,8 cm. Hỏi sau bao lâu hạt bụi sẽ rơi xuống bản dới của tụ nếu hiệu điện thế giữa 2 bản giảm đi 60 V (0,09 s) Bài 16 Hai điện tích q 1 =6,67.10 -9 C và q 2 =13,35.10 -9 C nằm trong không khí cách nhau 40 cm. Tính công cần thiết để đa hệ điện tích trên lại gần nhau và cách nhau 25 cm ( 1,2.10 -6 J) Bài 17 Một điện tử bay đến gần một iôn âm. Điện tích của iôn gấp 3 lần điện tích của điện tử. Lúc đầu điện tử ở cách xa iôn và có tốc độ là 10 5 m/s. Tính khoảng cách bé nhất mà điện tử có thể tiến gần đến iôn. Cho điện tích và khối lợng của e ( 1,5.10 -7 m) Bài 18 Một mặt cầu bán kính 10 cm có mật độ điện mặt 3.10 -5 C/m 2 . Cách mặt cầu 0,9 m có đặt một điện tích q 0 =7.10 -9 C . Tính công cần thiết để đa điện tích điểm q 0 về cách tâm mặt cầu 50 cm biết môi trờng xung quanh điện tích là K 2 ( 2,4.10 -4 J) Chơng II Dòng điện không đổi Chủ đề 1: Công,công suất của dòng điện. Định luật Ôm cho đoạn mạch thuần trở Định luật Jun Lenxơ A) Tóm tắt lý thuyết 1) Định nghĩa dòng điện: Là dòng các điện tích chuyển dịch có hớng 2) Dòng điện không đổi: Là dòng điện có chiều và cờng độ không đổi theo thời gian Cờng độ dòng điện: I = q / t ( q: Điện lợng chuyển qua tiết diện thẳng của vật dẫn trong khoảng thời gian t ) 3) Định luật Ôm cho đoạn mạch chỉ có R: I= U/R Dòng điện có chiều từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp Công thức tính điện trở của dây dẫn đồng tính,hình trụ: S l R . = 4) Suất điện động của nguồn điện: e = A/ q ( e là công của lực lạ ) 5) Đơn vị của dung lợng của acqui là A.h (1Ah=3600C) 6) Công ,công suất của dòng điện: A=q.U=I.t.U; P=A/t=U.I (A là điện năng tiêu thụ) Giáo Viên: Nguyễn Tiến Đại Năm học: 2007-2008 6 Trơmg THPT Bình Giang Ôn tập Vật Lý 11 7) Định luật Jun-Lenxơ: A=Q=U.I.t=R.I 2 .t 8) Công và công suất của nguồn điện: Là công của lực lạ (vì công của lực điện để dịch chuyển điện tích trong mạch kín bằng không) A= e.q=e.I.t; P=A/t=e.I 9) Có 2 loại dụng cụ tiêu thụ điện là : Dụng cụ toả nhiệt và máy thu điện a) Điện năng tiêu thụ ở dụng cụ toả nhiệt: A=U.I.t=R.I 2 .t=(U 2 /R).t; P=A/t=U.I= b) Điện năng tiêu thụ điện trong khoảng thời gian t là: A=A +Q =e P .I.t+r P .I 2 .t Công suất của máy thu: P=A/t=e P .I + r P I 2 (e P là suất phản điện của máy thu) Mà P=U.I nên U=e P +r P .I (U là hđt ở 2 cực của máy thu) Với P =e P .I là công suất có ích của máy thu điện c) Hiệu suất của máy thu điện: H= U IrU IrIe Ie P P P PP P . . . 2 ' = + = d) Lu ý: +) Trên vỏ ngoài các dụng cụ tiêu thụ điện có ghi: P đ ; U đ ; I đ với I đ =P đ /U đ +) Trong kỹ thuật để đo điện năng tiêu thụ(A) ta dùng công tơ điện (1kw.h=3,6.10 6 J) B) Bài tập Bài 1 Cờng độ dòng điện không đổi chạy qua dây tóc của một bóng đèn là I=0,273A. Tính điện lợng và số e dịch qua tiết diện thẳng của dây tóc trong thời gian 1 phút. (1,02.10 20 e) Bài 2 Pin Lơclăngsê có suất điện động là 1,5V. Hỏi khi nó sản ra một công là 270J thì nó dịch chuyển 1 lợng điện tích d- ơng là bao nhiêu ở bên trong và giữa 2 cực của pin? ( 180 C) Bài 3 Một bộ acqui có thể cung cấp 1 dòng điện là 4A liên tục trong 1h thì phải nạp lại a) Tính cờng độ dòng điện mà ác qui này có thể cung cấp nếu nó đợc sử dụng liên tục trong 20h thì phải nạp lại b) Tính SĐĐ của acqui này nếu trong thời gian hoạt động trên đây nó sản sinh ra 1 công 86,4 kJ HD: Dung lợng của acqui là Q=4.3600 (C) I = Q/20.3600=0,2A; e=86400/Q=6 V Bài 4 Có 2 bóng đèn trên vỏ ngoài có ghi: Đ1(220V-100W); Đ2(220V-25W) 1) Hai bóng sáng bình thờng không khi mắc chúng song song vào mạng điện 220V. Sau đó tính cờng độ dòng điện qua mỗi bóng. 2) Mắc chúng nối tiếp vào mạng điện 440 V thì 2 bóng sáng bình thờng không? Nếu không hãy cho biết bóng nào sẽ cháy trớc? Nếu có hãy tính cờng độ dòng điện qua mỗi bóng? Bài 5 Một đèn ống loại 40W đợc chế tạo để có công suất chiếu sáng bằng đèn dây tóc loại 100W. Hỏi nếu sử dụng đèn ống này trung bình mỗi ngày 5h thì trong 30 ngày sẽ giảm đợc bao nhiêu tiền điện so với sử dụng đèn dây tóc cũng trong thời gian trên. Giá tiền điện 700 đ/kwh HD: Mỗi giây tiết kiệm đợc 100-40=60J. Dùng 30 ngày tiết kiệm đợc:30.5.3600.60 (J) Đổi về kwh bằng 30.5.3600.60/3 600 000 =9 kwh tiết kiệm đợc: 700.9=6300 (đ) Bài 6 Một ấm điện đợc dùng với hđt 220 V thì đun sôi đợc 1,5 lít nớc từ nhiệt độ 20 0 C trong 10 phút. Biết nhiệt dung riêng của nớc là: 4190 J/kg.K; D=1000 kg/m 3 ; H=90% 1) Tính điện trở của ấm điện 2) Tính công suất điện của ấm HD: Tính nhiệt lợng thu vào của nớc: Q=c.(D.V)(100-20) (năng lợng có ích) H= Q/A=Q/P.t (t=20.60=1200 s) từ đó suy ra P. Mà P=U 2 /RR=4,232 ôm; P=931 W Bài 7 Giáo Viên: Nguyễn Tiến Đại Năm học: 2007-2008 7 Trơmg THPT Bình Giang Ôn tập Vật Lý 11 Hai dây dẫn, một bằng đồng , một bằng nhôm có cùng điện trở,cùng khối lợng. Hỏi chiều dài của 2 dây dẫn hơn kém nhau bao nhiêu lần. Cho biết khối lợng riêng và điện trở suất của 2 dây là: D Al =2700 kg/m 3 ; D Cu =8900 kg/m 3 ; mm CuAl .10.7,1;.10.8,2 88 == (ĐS: 1,4) HD: m 1 =m 2 V 1 .D 1 =V 2 .D 2 l 1 .S 1 .D 1 = l 2 .S 2 .D 2 (1) Viết biểu thức của R 1 ;R 2 cho R 1 =R 2 Cuối cùng ta đợc: 11 22 2 1 . . D D l l = =1,4 Bài 8 Hai dây dẫn hình trụ đợc làm từ cùng một chất, có cùng một chiều dài. Tỷ số điện trở của chúng là 1:2. Hỏi dây nào nặng hơn và nặng hơn bao nhiêu? (ĐS: Hơn kém nhau 2 lần) HD: Chúng có cùng D và điện trở suất,chiều dài Bài 9 Một ấm điện có 2 dây dẫn R 1 và R 2 để đun nớc. Nếu dùng dây R 1 thì nớc trong ấm sẽ sôi trong thời gian 10 min. Còn nếu dùng riêng dây R 2 thì thời gian nớc sẽ sôi là 40 min. Tính khoảng thời gian đun sôi ấm nớc trên trong 2 trờng hợp: 1) R 1 song song với R 2 (8 min) 2) R 1 nối tiếp với R 2 (50 min) Coi điện trở của dây maiso không phụ thuộc vào nhiệt độ, hiệu suất của ấm là 100% HD: Dùng công thức t R U Q . 2 = với Q và U không đổi trong mọi trờng hợp Bài 10 (điện trở phụ thuộc nhiệt độ) Một bàn là có hiệu điện thế và công suất định mức là 220 V-1,1 KW 1) Tính điện trở R 0 và cờng độ dòng điện định mức I 0 của bàn là 2) Để hạ bớt nhiệt độ của bàn là mà vẫn dùng mạng điện có hđt là 220 V ngời ta mắc nối tiếp với nó một điện trở R= 9 ôm. Khi đó bàn là chỉ còn tiêu thụ một công suất là P = 800 W. Tính cờng độ dòng điện I , hiệu điện thế U và điện trở R của bàn là. HD: 1) I 0 = P 0 /U 0 =5A; R 0 =U 0 /I 0 =44 ôm 2) ' ' ' U P I = (1) Mà R U R U I R ' ' 220 == (2) Từ (1) và (2) ta đợc U =180V (loại U =40 V) Vì khi đó công suất không thể bằng 80 W đợc; R =40,5 ôm Định luật Ôm đối với toàn mạch. Mắc nguồn thành bộ A) Tóm tắt lý thuyết 1) Giả sử dòng điện trong mạch có cờng độ I thì trong thời gian t có điện lợng q=I.t chuyển qua mạch. Nguồn điện đã thực hiện công A: A=q.e=I.t.e Trong thời gian t nhiệt lợng toả ra ở toàn mạch là: Q=(R+r).I 2 .t Theo ĐLBTNL: Q=A. Vậy e=I.R+I.r Nhận xét: Suất điện động của nguồn bằng tổng các độ giảm điện thế mạch ngoài và mạch trong rR e I + = (R+r là điện trở toàn phần của mạch) U=I.R= e-I.r (U là hiệu điện thế mạch ngoài cũng là hđt giữa 2 cực của nguồn) Lu ý: +) Nếu r=0 hoặc mạch ngoài để hở(I=0) thì U=e +) Nếu R=0 thì I=I max = e / R ta nói nguồn điện bị đoản mạch 2) Trờng hợp mạch ngoài có máy thu điện thì: A=Q+A =(R+r)I 2 .t+ e P .I.t+ r P .I 2 .t= e.I.t Vậy ta đợc: P P rrR ee I ++ = Giáo Viên: Nguyễn Tiến Đại Năm học: 2007-2008 8 A B I e,r R A B I e,r Trơmg THPT Bình Giang Ôn tập Vật Lý 11 3) Hiệu suất của nguồn: e rI e rIe e U Ie IU A A H coich . 1 . . . = ==== 4) Mắc nguồn thành bộ a) Mắc nối tiếp e b =e 1 +e 2 + .e n r b =r 1 +r 2 + r n Trờng hợp đặc biệt các nguồn giống nhau b) Mắc xung đối Nếu e 1 >e 2 thì e 1 là nguồn phát Khi đó e b =e 1 -e 2 ; r b =r 1 +r 2 Nếu e 1 <e 2 thì e 1 là máy thu 2) Mắc song song Nếu các nguồn giống hệt nhau thì e b =e; r b = r / n Lu ý: Nếu mắc hỗn tạp: Mắc thành n hàng mỗi hàng m nguồn nối tiếp thì e b =m.e; r b =m.r/n B) Bài tập cơ bản Bài 1: Cho mạch điện nh sơ đồ hình vẽ: e=12 V; r=0 R 1 =3 ; R 2 =4 ; R 3 =5 1) Tính cờng độ dòng điện chạy trong mạch (1A) 2) Tính hiệu điện thế giữa 2 cực của nguồn và 2 đầu điện trở R 2 (U 2 =4V) 3) Tính công của nguồn điện sản ra trong 10 min và công suất toả nhiệt của R 3 (A=7200J) 4) Tính hiệu suất của nguồn và công do nguồn sản ra trong 1h Bài 2 Khi mắc điện trở R 1 =500 vào 2 cực của một pin mặt trời thì hđt mạch ngoài là U 1 =0,1 V.Thay điện trở R 1 bằng R 2 =1000 thì hđt của mạch ngoài bây giờ là U 2 =0,15 V 1) Tính suất điện động và điện trở trong của pin này 2) Diện tích của pin này là S=5 cm 2 và nó nhận đợc năng lợng ánh sáng với công suất là 2 mW/cm 2 . Tính hiệu suất H của pin khi chuyển từ năng lợng ánh sáng thành nhiệt năng ở điện trở ngoài R 2 HD: Ta dùng công thức U=I.R suy ra I sau đó áp dụng e=U+I.r cho 2 trờng hợp R 1 ,R 2 Giáo Viên: Nguyễn Tiến Đại Năm học: 2007-2008 n B A e,r e,r e,r 9 e P ,r P R e 1 ,r 1 e 2 ,r 2 e n ,r n A B e 1 ,r 1 e 2 ,r 2 A B e R 1 R 3 R 2 Trơmg THPT Bình Giang Ôn tập Vật Lý 11 Năng lợng ánh sáng trong 1 s là P=10 mW=0,01 W; công suất toả nhiệt trên R 2 là P 2 =I 2 2 .R 2 Vậy H= P 2 / P ĐS: e=0,3 V; r=1000 ;H=0,225 % Bài 3: Có 36 nguồn giống nhau mỗi nguồn SĐĐ e=12 V và ĐTT r=2 ghép thành bộ nguồn hỗn hợp đối xứng gồm n dãy song song mỗi dãy gồm m nguồn nối tiếp. Mạch ngoài là 6 bóng đèn giống hệt nhau đợc mắc song 2 .Khi đó hđt mạch ngoài là U=120 V và csuất mạch ngoài 360 W. 1) Tính điện trở mỗi bóng đèn (các đèn sáng bình thờng) 2) Tính m,n 3) Tính công suất và hiệu suất của của bộ nguồn trong trờng hợp này HD: 1) P 1 =P/6=60 W; R 1 =U 2 /P 1 =240 2) Ta có I=6I 1 =3 A; R=R 1 /6=40 ; e b =12m; r b = 2m/n với m.n=36. Dùng ĐL Ôm n=3;m=12; 3) Công suất của nguồn P=e b .I=432 W; H=U/e b = 83,3 % Bài 4 Cho mạch điện nh hình vẽ. Bộ nguồn có SĐĐ e b =42,5V; ĐTT r b =1 ;R 1 =10 ;R 2 =15 . Biết điện trở của các am pe kế và dây nối không đáng kể 1) Biết bộ nguồn gồm các pin giống nhau mắc theo kiểu hỗn hợp đối xứng,mỗi pin có SĐĐ e=1,7V và điện trở trong là r=0,2 . Hỏi bộ nguồn này mắc thế nào? ( 5 dãy song song x 25 cái nối tiếp) 2) Biết ampekế 1 chỉ 1,5A. Xác định số chỉ A 2 và trị số của R HD: 2) Tính U MN =I 1 R 1 I 2 =U MN /R 2 > I=I 1 +I 2 U=e b -I.r b U R =U-U MN R=10 Bài 5 Cho mạch điện sau:R 1 =4 ;R 2 =R 3 =6 ;U AB =33V 1) Mắc vào C,D một A có R A =0; lúc này R 4 =14 . Tính số chỉ ampe kế và chiều dòng điện qua A (0,5 A) 2) Thay A bằng vôn kế có R V rất lớn a) Tìm số chỉ vôn kế. Cực + vôn kế mắc vào điểm nào? (3,3 V) b) Điều chỉnh R 4 đến khi vôn kế chỉ số không. Tìm R 4 (9 ) 3) Nếu điều chỉnh cho R 4 =6 Tìm điện trở tơng đơng của đoạn mạch AB HD: Dùng phơng pháp điện thế nút Chơng 4 : Từ trờng A) Lý thuyết 1) Khái niệm về tơng tác từ: Là tơng tác giữa nam châm với nam châm, dòng điện với nam châm, dòng điện với dòng điện. Lực trong tơng tác là lực từ 2) Từ trờng: +) Nguồn gốc: Xung quanh điện tích chuyển động có từ trờng +) Tính chất cơ bản của từ trờng là tác dụng lực từ lên nam châm hay dòng điện đặt trong nó(tổng quát là lên các hạt mang điện chuyển động chuyển động trong nó) +) Véc tơ cảm ứng từ B: Véc tơ B tại 1 điểm trong điện trờng có phơng trùng với phơng của nam châm thử nằm cân bằng tại điểm đó, chiều của véc tơ B là chiều từ cực nam sang cực bắc của nam châm thử Cảm ứng từ đặc trng cho từ trờng về mặt gây ra lực từ, đơn vị là T 3) Đờng sức từ: +) Là các đờng mà hớng của tiếp tuyến tại bất kỳ điểm nào trên đờng cũng trùng với hớng của véc tơ B tại điểm đó +) Các tính chất: Tại mỗi điểm trong từ trờng chỉ có thể vẽ đợc 1 đờng sức từ đi qua; Các đờng sức từ là các đờng cong kín(đi ra ở cực bắc vào cực nam của nam châm); Các đờng sức từ không cắt nhau; Nơi nào cảm ứng từ lớn thì ở đó đờng sức vẽ mau +) Từ phổ là hình ảnh sắp xếp của các mạt sắt trong từ trờng(xếp nh các đờng sức từ) Giáo Viên: Nguyễn Tiến Đại Năm học: 2007-2008 10 A 1 A 2 e b ,r b R 1 R 2 R R 2 R 4 R 1 R 3 C B D A [...]... trong khụng khớ Cm ng t ti N bng 6.10-5T Tớnh khong cỏch I3 N n dõy dn t Bi 16 Hai dõy dn di vụ hn song song cỏch nhau 10cm, trong ú cú hai dũng in I1=I2=10 A chy song song cựng chiu Lc in t tỏc dng lờn mi một di ca mi dõy l? Bi 17 Mt in tớch q=3,2.10-6 C bay vo trong t trng u cú B = 0,04T vi vn tc 2.106 m/s theo phng vuụng gúc vi t trng Lc Lo-ren-x tỏc dng lờn in tớch q cú ln bng: Bi 18 Ht proton... chiều dòng điện trong khung thì chiều tiến của đinh ốc là chiều của n ) Bài 20 Một khung dây HCN MNPQ đặt trong từ trờng đều có B=0,1 T, cạnh MN=2 cm; NP=4 cm; dòng điện trong khung có I=1 A 1) Tính độ lớn lực từ tác dụng lên các cạnh của khung và giá trị lớn nhất của mô men ngẫu lực từ tác dụng lên khung trong 2 trờng hợp: a) Đờng sức từ song song với cạnh MN b) Đờng sức từ song song với cạnh NP (HD:... song song I1=12 A; I2=6A; I3=8,4 A nằm trong mặt phẳng hình vẽ Khoảng cách giữa I1 và I2 là 5 cm; giữa I2 và I3 là 7 cm Xác định lực từ tác dụng lên mối đơn vị dài của dòng điện I2,I3 (F2=43,2.10-5 N; -5 F3=2,4.10 N) Bi 14 I1 Mt ng dõy di l = 25cm cú dũng in I = 0,5A chy qua t trong khụng khớ Cm ng t bờn trong ng dõy l 6,28.10-3T S vũng dõy c qun trờn ng dõy ? I2 Bi 15 Mt dũng in cng I = 3A chy trong... trong ống dây: Xét với ống dây đủ dài( chiều dài>>đờng kính) Từ trờng trong ống dây là từ trờng đều; chiều đờng sức từ tuân theo qui tắc nắm tay phải Công thức tính độ lớn của B tại điểm trong lòng ống dây: B = 4.10 7 n.I (n là số vòng/1 m chiều dài) I I 7) Tơng tác giữa 2 dòng điện thẳng song song: F = 2.10 7 1 2 l r 8) Lực Lorenxơ: +) Lực mà từ trờng tác dụng lên một hạt mang điện chuyển động trong... và l2 là 2 đoạn dây mắc song song nên N Giáo Viên: Nguyễn Tiến Đại Năm học: 2007-2008 11 Trơmg THPT Bình Giang Ôn tập Vật Lý 11 l l U1=U2 I 1 1 = I 2 2 I 1 l1 = I 2 l 2 B1 = B2 B = 0 S S Bài 3 Một dây dẫn rất dài đợc căng thẳng trong đó có 1 đoạn nhỏ ở giữa dây đợc uốn thành 1 vòng tròn bán kính 1,5 cm Cho dòng điện I=3 A chạy qua dây Tìm B tại tâm O của vòng tròn trong 2 TH: 1) Cả đoạn dây... phẳng khung dây góc 300 và có độ lớn 4.10-4 T Tính suất điện động cảm ứng xuất hiện trong khung trong thời gian từ trờng biến đổi Xét các trờng hợp sau: 1) Khung dây chuyển động tịnh tiến trong từ trờng trong khoảng thời gian 0,1 s 2) Từ trờng giảm đều đặn đến không trong thời gian 0,01 s 3) Tăng từ trờng lên gấp 2 lần trong 0,02 s 4) Quay đều khung quanh trục đối xứng của nó đúng 1/2 vòng với vận tốc... của khung sẽ nằm trong mặt phẳng của khung do đó khung sẽ không quay(cân bằng) 2) Nếu các đờng sức từ nằm trong mặt phẳng khung dây (giả sử đờng sức từ vuông góc với cạnh AD,CB và song song với các cạnh CD,AB thì có 2 lực từ tác dụng lên 2 cạnh AD,CB khi đó nó tạo ra 1 ngẫu lực từ làm quay khung quanh trục đối xứng của khung: M=FAD.CD=B.I.l.d=B.I.S 3) Nếu đờng sức từ không nằm trong mặt phẳng khung... vòng tròn dây dẫn đồng tâm; bán kính mỗi vòng là R= 8 cm, vòng kia là 2R; trong mỗi vòng có dòng điện cờng độ I = 10 A chạy qua Xét các trờng hợp sau: a) Hai vòng nằm trong cùng một mặt phẳng, 2 dòng điện cùng chiều (ĐS: 11, 8.10-5 T) b) Hai vòng nằm trong cùng một mặt phẳng, 2 dòng điện ngợc chiều ( 3,9.10-5 T) c) Hai vòng nằm trong 2 mặt phẳng vuông góc với nhau (8,8.10-5 T) Bài 2 M Nối 2 điểm M,N của... quĩ đạo của e trong từ trờng? Bài 11 Một e chuyển động thẳng đều trong miền có từ trờng đều B và điện + trờng đều E Véc tơ vận tốc v nằm trong mặt phẳng hình vẽ và có chiều hớng từ trái sang phải Chiều của đờng sức từ cho nh hình vẽ Với v=2.106 m/s; B=0,004 T Xác định E ( ĐS: E=8000 v/m; E hớng xuống) Giáo Viên: Nguyễn Tiến Đại Năm học: 2007-2008 14 Trơmg THPT Bình Giang Ôn tập Vật Lý 11 Bài 12 Thành... Khung đặt trong từ trờng đều có các đờng sức từ vuông góc với mặt phẳng khung dây, chiều nh hình vẽ Cảm ứng từ biến thiên theo thời gian nh đồ thị Tính độ biến thiên từ thông qua khung trong khoảng N B(T) M thời gian từ t=0t=0,4s Xác định SĐĐ cảm ứng và chiều của dòng điện cảm ứng cũng trong thời gian trên 0,004 Bài 4: Một khung dây dẫn cứng HCN diện tích 200 cm2,ban đầu ở vị trí t song song với các . 6.10 -5 T. Tớnh khong cỏch t N n dõy dn. Bi 16 Hai dõy dn di vụ hn song song cỏch nhau 10cm, trong ú cú hai dũng in I 1 =I 2 =10 A chy song song cựng chiu.. mô men ngẫu lực từ tác dụng lên khung trong 2 trờng hợp: a) Đờng sức từ song song với cạnh MN b) Đờng sức từ song song với cạnh NP (HD: M=I.B.S) 2) Tính