Giáo án Vật lý 11 - CT nâng cao - Tiết 11: Bài tập về tụ điện

Tiết 11: Bài tập về tụ điện. I- Mục tiêu. + Vận dụng được công thức tính điện dung tổng quát, điện dung của tụ phẳng, các công thức của bộ tụ ghép nối tiếp, song song, công thức về năng lượng điện trường. + Có kỹ năng sử dụng đúng các đơn vị của các đại lượng, biến đổi được các công thức trong một số bài toán cụ thể. II- Chuẩn bị. 1. Giáo viên: + Các bài tập chữa cho Hs. + Dự kiến ghi bảng. Tiết 11: Bài tập về tụ điện. 1. Bài toán 1: ( Tự giải). 2. Bài toán 2: ; U1=300V. ; U2= 200V. U=? Q=? Hướng dẫn: a) Theo đầu bài, đó là cách ghép song song. ( *); Với Q= Q1+ Q2= C1U1+C2U2; C= C1+C2. Thay vào (*) có: b) Nhiệt lượng toả ra: Q= Wtg-Wsg (**); ( Wtg; Wsg : Năng lượng của các tụ trước, sau khi ghép). ; Theo (**) có Q= 6.10-3J. 3. Bài toán 3: n=10; U=150V. C=8mF. DW=? Wth=?. Hướng dẫn. a) Độ biến thiên năng lượng của bộ tụ: (*); Với W1, W2 là Nl của bộ tụ trước, sau khi có một tụ bị đánh thủng. + Trước khi có một tụ bị đánh thủng: Cb=C/n; (1). + Sau khi có một tụ bị đánh thủng: Cb’=C/(n-1); (2). + Thay (1), (2) vào (*) có: * Nhận xét: Mặc dù có sự tiêu hao do một tụ bị đánh thủng nhưng năng lượng của bộ tụ điện vẫn tăng lên. b) Khi có một tụ bị đánh thủng điện dung của bộ tụ tăng lên (Cb’>Cb), U không đổiđ Q tăng, tức là nguồn điện đã thực hiện công để đưa thêm các điện tích đến bản tụ, do vậy năng lượng của bộ tụ tăng lên.Công đó được tính theo công thức: A= DQ.U (3). Gọi Q1, Q2 là điện tích trước và sau khi có một tụ bị đánh thủng. Khi đó: DQ= Q2-Q1= (Cb’- Cb)U= (4). + Thay (4) vào (3) có: ( 5). + Gọi năng lượng bị tiêu hao do sự đánh thủng là Wth. Theo định luật bảo toàn NL có: đ 2. Học sinh: + Ôn tập kiến thức cũ. + Tìm hiểu trước lời giải. III- Tổ chức các hoạt động học tập. Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ, tạo cơ sở xuất phát. Hoạt động của học sinh Hoạt động của GV. * Cá nhân phát biểu. * Nêu các câu hỏi: 1. Nêu công thức định nghĩa điện dung? Công thức tính điện dung của tụ phẳng (theo S,d..)? Công thức tình Q khi biết C,U? 2. Nêu các công thức của bộ có các tụ C1, C2,...Cn ghép nối tiếp và song song? 3. Công thức tính năng lượng của tụ điện đã tích điện? Công thức tính năng lượng điện trường trong tụ phẳng? Trả lời bài tập 1? * Thông báo: Bài tập 1 tự giải vào vở ghi. Hoạt động 2: Hướng dẫn HS chữa bài tập 2: Hoạt động của học sinh Hoạt động của GV. * Cá nhân tìm hiểu và tóm tắt: Như ND ghi bảng. * Cá nhân trả lời: Theo đầu bài, đó là cách ghép song song. Q= Q1+ Q2= C1U1+C2U2; C= C1+C2. * Thảo luận và trả lời. Do có dòng điện trong mạch khi ghép. * Cá nhân trả lời : Q= NL ban đầu – NL sau khi ghép. Theo định luật bảo toàn NL. * Ghi chép và tính toán theo HD của GV. * Cho Hs tìm hiểu và tóm tắt. * Hỏi: Xác định cách ghép hai tụ đó? Hiệu điện thế của bộ tụ trong TH này được tính ntn? ( Hỏi rõ Q, C tính như thế nào?) * Có thể cho Hs khác bổ sung (nếu chưa đúng). * Sau đó HD hs thay số và tính toán. * ĐVĐ: Trước khi vào giải mục b hãy tìm hiểu xem:Tại sao lại có nhiệt lượng toả ra? ( HD: Tính điện tích của một tụ nào đó trước và sau khi ghép ị điện tích đã như thế nào?) * Hỏi: Nhiệt lượng toả ra được tính như thế nào? Cơ sở nào để tính như vậy? * Đặt kí hiệu viết công thức và HD hs tìm KQ. Hoạt động 3: Hướng dẫn HS chữa bài tập 3: Hoạt động của học sinh Hoạt động của GV. * Cá nhân tìm hiểu và nêu tóm tắt : Như trên. * Cá nhân trả lời: * Cá nhân tính : + Trước khi có một tụ bị đánh thủng: Cb=C/n; (1). + Sau khi có một tụ bị đánh thủng: Cb’=C/(n-1); (2). * Cá nhân nêu : Năng lượng tăng lên. * Thảo luận và trả lời: Bộ tụ vẫn mắc vào nguồn U không đổi, khi có một tụ bị đánh thủng C tăng lên do đó NL tăng lên, * Cá nhân trả lời: A= DQ.U . * Thực hiện tính toán: DQ= Q2-Q1= (Cb’- Cb)U= ị. * Trả lời: Theo ĐLBT Nl: * Yêu cầu tìm hiểu bài và tóm tắt. * Hỏi: Độ biến thiên năng lượng của bộ tụ trong trường hợp như bài cho được tính ntn? ( Hỏi rõ các đại lượng trong đó). * Có thể cho HS khác bổ sung. * Ghi lại KQ. * Yêu cầu: Tính W1; W2? ( đọc kết quả) * HD học sinh thay vào công thức, tính toán. * Yêu cầu nêu nhận xét? * Khai thác thêm: Có một tụ bị đánh thủng ( có sự phóng điện qua tụ làm NL giảm) Nhưng kết quả cho thấy năng lượng vẫn tăng lên. Tại sao? ( gợi ý: Bộ tụ vẫn mắc vào nguồn U không đổi...) * Nêu lại : Khi có một tụ bị đánh thủng điện dung của bộ tụ tăng lên (Cb’>Cb), U không đổiđ Q tăng, tức là nguồn điện đã thực hiện công để đưa thêm các điện tích đến bản tụ, do vậy năng lượng của bộ tụ tăng lên * Hỏi: Công mà nguồn thực hiện được tính ntn? ( hỏi rõ các địa lượng trong đó). * Yêu cầu Hs tìm DQ thay vào đó tìm A. * Hỏi: Năng lượng tiêu hao do có sự phóng điện ở tụ khi tụ bị đánh thủng được tính ntn? Tại sao? * yêu cầu tính toán và hoàn thiện bài tập. ** Kết luận bài toán và giải đáp thắc mắc. Hoạt động 4: Củng cố và nhận công việc về nhà: Hoạt động của học sinh Hoạt động của GV. * Nghe, ghi chép. * Nhắc lại cách sử dụng các công thức của tụ điện, sử dụng các đơn vị cho phù hợp. * Công thức tính năng lượng của tụ điện, năng lượng điện trường. * bài VN: Hoàn thiện các bài tập SGK, 1.54; 1.55, 1.56, 1.59, 1.60 SBT. IV- Rút kinh nghiệm.