Giáo án Vật lý 11 - CT nâng cao - Tiết 09 - Tụ điện

Tiết: 9 Ngày soạn: 7/10/2007 TỤ ĐIỆN Mục tiêu Kiến thức: Trình bày được cấu tạo của tụ điện và cách tích điện cho tụ. Nắm được khái niệm tụ điện là gì? Nhận biết một số tụ điện trong thực tế. Phát biểu được định nghĩa điện dung của tụ điện và viết được công thức tính điện dung của tụ điện và tụ điện phẳng. Nêu được đơn vị của điện dung. Nêu được ý nghĩa các số ghi trên mỗi tụ điện. Nêu được cách mắc các tụ điện thành bộ và viết được công thức tính điện dung tương đương của mỗi bộ tụ. Kỹ năng: Nhận biết được đâu là mạch nối tiếp đâu là mạch song song khi ghép các tụ điện. Kỹ năng vận dụng, phân tích và tổng hợp kiến thức, kỹ năng trình bày bài toán. Vận dụng được biểu thức để giải các bài tập trong SGK và các bài tập tương tự. Vận dụng các công thức ghép tụ điện để giải bài tập. Thái độ: Có ý thức tìm hiểu về vai trò của tụ điện trong lĩnh vực khoa học và đời sống. có ý thức chỏ động trong thảo luận nhóm. Phương pháp Kết hợp phương pháp phương pháp thảo luận nhóm và phương pháp phát vấn và phương pháp thuyết trình. Phương pháp tự tìm hiểu và trình bày vấn đề. Chuẩn bị Giáo viên: Giáo án, SGK, SBT, STK. Học sinh: Chuẩn bị bài theo yêu cầu của giáo viên. Tiến trình lên lớp Ổn định lớp: Nắm sĩ số Kiểm tra bài củ: Tại sao cường độ điện trường ở trong vật dẫn bằng không, cường độ điện trường ở bề mặt vật dẫn vuông góc với bề mặt vật dẫn? Nội dung bài mới: Đặt vấn đề: Trong các quạt điện, tivi, tủ lạnh và các linh kiện điện tử trong gia đình ta thường thấy có tụ điện vậy tụ điện là gì? Triển khai bài mới: HOẠT ĐỘNG CỦA THẦY VÀ TRÒ NỘI DUNG KIẾN THỨC Hoạt động 1: Tìm hiểu về cấu tạo của tụ điện GV: GV: Giới thiệu sơ lược về tụ điện thông qua định nghĩa trong SGK. GV: Hãy quan sát hình 6.1 và cho biết cấu tạo của tụ điện? Hãy kể tên một số loại điện môi? HS: Quan sát suy nghỉ trả lời câu hỏi. GV: Thông báo cách tích điện cho tụ. HS: Đọc Sgk và chú ý nghe giảng GV: Hãy dựa vào định nghĩa tụ điện nêu cấu tạo của tụ điện phẳng. GV:Khi tích điện cho tụ điện, điện tích ở hai bản tụ có đặc điểm gì? 1) Tụ điện a) Định nghĩa * Tụ điện là một hệ hai vật dẫn đặt gần nhau nhưng không tiếp xúc với nhau. mỗi vật dẫn đó gọi là một bản tụ điện. Để tích điện cho tụ người ta nối hai bản của tụ điện với hai cực của nguồn điện. b) Tụ điện phẳng Cấu tạo: Gồm hai tấm kim loại phẳng đặt song song với nhau và ngăn cách bằng một lớp điện môi. - Điện tích trên bản dương bằng điện tích trên bản âm nhưng trái dấu. - Độ lớn điện tích của tụ điện bằng độ lớn điện tích trên mỗi bản tụ Hoạt động 2: Điện dung của tụ điện GV: Giới thiệu khái niệm điện dung của tụ điện, đơn vị của điện dung. HS: Lắng nghe GV giới thiệu về khái niệm điện dung. GV: Từ công thức tính điện dung của tụ cho biết có những cách nào để làm thay đổi điện dung của tụ? GV: Xuất phát từ công thức xác định điện dung tìm đơn vị của điện dung ? HS: Từ biểu thức phát biểu định nghĩa đơn vị điện dung. GV: Hãy nêu một số ước của Fara? GV: Điện dung của một tụ điện phụ thuộc vào hình dạng, kích thước của hai bản, vào khoảng cách giữa hai bản, và vào khoảng cách giữa hai bản và vào chất điện môi ở giữa hai bản. GV: Làm thế nào để thay đổi điện dung của tụ điện phẳng? Phương pháp nào là tối ưu nhất? HS: Trả lời câu hỏi GV: Tổng kết và giải thích thêm cho học sinh 2) Điện dung của tụ điện a) Định nghĩa * Cho các tụ điện khác nhau cùng được tích điện từ một nguồn điện có HĐT U thì các tụ tích điện khác nhau. * Cùng một tụ điện nếu đặt vào các HĐT khác nhau thì tích điện khác nhau. Nếu U càng lớn thì Q càng lớn. * Kết luận: Điện tích mà một tụ điện nhất định tích được tỉ lệ thuận với HĐT U giữa hai bản tụ. * Đơn vị của điện dung : - Nếu Q đo bằng C, HĐT đo bằng V thì điện dung đo bằng đơn vị Fara - Đ/n Fara: SGK - Các ước của fara : micrôfara (mf) : 1 mf = 10-6 F nanôdara (nf) : 1nf = 10-9 F picôfara (pf) : 1pf = 10-12 F. b) Công thức tính điện dung của tụ điện phẳng Trong hệ SI, điện dung của một tụ điện phẳng được tính như công thức sau : (23.3) Trong đó : s là phần diện tích đối điện của hai bản. d là khoảng cách giữa hai bản e là hằng số điện môi của chất điện môi của chất điện môi đổ đầy giữa hai bản. Hoạt động 3: Tìm hiểu về ghép tụ điện thành bộ GV: Yêu cầu các nhóm lên trình bày sự chuẩn bị của mình ở nhà theo sự phân công của giáo viên. GHÉP SONG SONG Định nghĩa: Hình vẽ ub = u1 = u2 = ... = un = u (1) Điện tích của các tụ khi mắc bộ tụ vào hiệu điện thế u: q1 = c1u; q2 = c2u;...; qn = cnu Mà điện tích của cả bộ tụ là: qb = q1 + q2 + ... + qn (2) = (c1 + c2 + ... + cn)u Mặt khác: qb = cbu Vậy điện dung tương của cả bộ tụ là: cb = c1 + c2 + ... + cn (3) Nhận xét: ghép song song sẽ tạo ra được bộ tụ điện có điện dung lớn. Hiệu điện thế giới hạn của cả bộ tụ sẽ bằng hiệu điện thế giới hạn nhỏ nhất trong các tụ. Điện tích các tụ điện tỉ lệ với điện dung (4) Ghép tụ điện GHÉP NỐI TIẾP Định nghĩa: Hình vẽ ub = u1 + u2 + ... + un (1') Theo định luật bảo toàn điện tích, bản thứ hai của tụ ci và bản thứ nhất của tụ ci+1 tích điện trái dấu và bằng nhau về độ lớn. cho nên điện tích của mỗi tụ điện là: qb = q1 = q2 = ... = qn = q (2') Vậy ta có: mà Vậy điện dung của cả bộ tụ là: (3') Nhận xét: điện dung của bộ tụ điện sẽ nhỏ hơn điện dung của mỗi tụ. Mỗi tụ trong bộ chịu hiệu điện thế nhỏ hơn hiệu điện thế của bộ tụ. Þ bộ tụ sẽ chịu được hiệu điện thế giới hạn cao. Hiệu điện thế các tụ điện tỉ lệ nghịch với điện dung. (4') Củng cố: * GV: Yêu cầu học sinh trả lời một số câu hỏi trắc nghiệmtrong SGK và một số câu hỏi sau: Câu 1: Hai đầu tụ điện 20mF có hiệu điện thế 5V thì năng lượng điện trường của tụ là: a/ 0,25mJ b/ 500J c/ 50mJ d/ 50mJ Câu 2: Để tích điện cho tụ một điện tích Q=10nC thì phải đặt vào hai đầu tụ điện một hiệu điện thế 2V. Để tụ điện đó tích được một điện tích 2,5nC thì phải đặt vào hai đầu một HĐT: a/ 500mV b/ 0,05V c/ 5V d/20V Câu 3: Nếu hiệu điện thế giữa hai bản tụ tăng hai lần thì điện dung của tụ a/ tăng 2 lần b/ giảm 2 lần c/ tăng 4 lần d/Không đổi Câu 4: Bộ tụ điện gồm ba tụ C1=10mF, C2=15mF, C3=30mF mắc nối tiếp với nhau. Tính điện dung tương đương của bộ tụ? a/ Cb=5mF b/ Cb=10mF c/ Cb=15mF d/ Cb=55mF Dặn dò: Làm bài tập 5, 6, 7, 8 /36 sgk Chuẩn bị bài tập về tụ điện bài 1, 2, 3 trang 41.