Giáo án Vật lý 11 - CT nâng cao - Tiết 9: Tụ điện

Tiết 9: Tụ điện. I- Mục tiêu. + Biết và mô tả được cấu tạo của tụ điện trọng tâm là tụ phẳng. + Phát biểu được định nghĩa điện dung của tụ điện. + Biết được thế nào là ghép song song, ghép nối tiếpcác tụ điện. + Vận dụng được công thức tính đienẹ dung của tụ phẳng, công thức tính điện tích của tụ khi biết điện dung và hiệu điện thế, các công thức của các tụ ghép nối tiếp và song song. II- Chuẩn bị. 1. Giáo viên: + Một số tụ điện, tụ xoay để hs quan sát. + Dự kiện nội dung trình bày bảng: Tiết 9: Tụ điện. 1. Tụ điện: a. Định nghĩa. * Nội dung định nghĩa: SGK. * Kí hiệu trong mạch điện: H1 * Tích điện (nạp điện ) cho tụ: * Tụ điện phóng điện: b. Tụ điện phẳng: * Mô tả cấu tạo: Hai bản tụ là hai tấm kim loại phẳng, kích thước lớn, đặt đối diện nhau, song song nhau. * Hai tính chất cơ bản của tụ phẳng: + Khi được tích điện thì điện tích ở hai bản tụ có trị số tuyệt đối bằng nhau. (Độ lớn điện tích trên mỗi bản tụ gọi là điện tích của tụ điện). + Các đường sức điện xuất phát từ bản mang điện dương và tận cùng ở bản mang điện âm. (chỉ có một số ít đường tản ra bên ngoài). 2. Điện dung của tụ điện: a. Định nghĩa. * ND: SGK. * Biểu thức: (7.1). Q,U : Điện tích của tụ và hiệu điện thế hai bản tụ. * Đơn vị điện dung: Fara kí hiệu: F Định nghĩa Fara: (SGK). Các ước của Fara: microfara (mF), 1mF= 10-6F; nanôfara (nF) ,1nF= 10-9F. picôfara (pF), 1pF= 10-12F. * Công thức tính đienẹ tích của tụ: Q=C.U (7.2) b. Công thức tính đienẹ dung của tụ phẳng: * Nói chung C của tụ phụ thuộc: Hình dạng, kích thước của hai bản, khoảng cách giữa hai bản, chất điện môi giữa hai bản. * Công thức tính điện dung của tụ phẳng: (7.3). Trong đó: S là phần diện tích đối diện của hai bản. e hằng số điện môi của chất điện môi chiếm đầy không gian giữa hai bản. d khoảng cách giữa hai bản. d * Điện môi của tụ điện bị đánh thủng: * Mỗi tụ điện có một hiệu điện thế giới hạn ( ghi trên vỏ tụ). 3. Ghép tụ điện. a. Ghép song song b. Ghép nối tiếp. * Sơ đồ: Có C1, C2,..... Cn ghép song song *Các công thức: + Các tụ có cùng hiệu điện thế cũng là hiệu điện thế U của bộ tụ + Điện tích của bộ tụ (Q): Q=Q1+Q2 +...+Qn. + Điện dung tương đương của bộ tụ: C=C1+ C2+....+ Cn. ( Điện dung của bộ tụ lớn hơn điện dung của các tụ thành phần) * Sơ đồ: Có C1, C2,..... Cn ghép nối tiếp *Các công thức: + Hiệu điện thế của bộ tụ: U=U1+U2+.....+Un. + Điện tích của bộ tụ: Q=Q1=Q2=..=Qn + Điện dung tương đương của bộ tụ: ( Điện dung của bộ tụ nhỏ hơn điện dung của các tụ thành phần) 2. Học sinh: Tìm hiểu trước bài ở nhà. III- Tổ chức các hạot động học tập: Hoạt động 1: Tìm hiểu định nghĩa tụ điện(...........................). Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên *Phát biểu và ghi nhớ định nghĩa tụ điện. * Nối hai bản tụ điện với hai cực của nguồn, hai bản tụ điện tích điện trái dấu. * Nối hai bản tụ điện bằng một dây dẫn thì trong dây dẫn có dòng điện, điện tích trên hai bản tụ giảm dần. * Thông báo: Tụ điện là một linh kiện có cấu tạo khá đơn giản nhưng được sử dụng nhiều trong các mạch điện tử. Một cách tổng quát tụ điện được định nghĩa như thế nào? ( Yêu cầu Hs phát biểu ở SGK). Trong mạch điện tụ điện được kí hiệu như HV (vẽ hình). * Thông báo: Tụ điện có khả năng tích điện và phóng điện và do vậy tụ điện được sử dụng rộng rãi trong các kỹ thuật điện và điện tử. * Bằng cách nào ta có thể tích điện (nạp điện) cho tụ?Điện tích trên hai bản tụ có dấu như thế nào? (yêu cầu Hs phát biểu). Vẽ hình mô tả. * Bằng cách nào thì tụ điện phóng điện? Hoạt động 2: Tìm hiểu về tụ phẳng (.......................) Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên * Tìm hiểu SGK. * Trả lời: Hia bản tụ điện là hai tấm kim loại phẳng, kích thước lớn, đặt đối diện nhau, song song nhau * Ghi chép:....... * Thông báo: Tụ điện phẳng là loại đơn giản, hay gặp * Theo dõi SGK sau đó mô tả cấu tạo của tụ phẳng? * Thuyết trình: Một tụ điện phẳng khi được tích điện thì điện tích ở hai bản tụ trị số tuyệt đối bằng nhau, được gọi là điện tích của tụ điện. Do hai bản tụ rất gần nhau nên các đường sức điện xuất phát từ bản mang điện dương và tận cùng ở bản mang điện âm. (chỉ có một số ít đường tản ra bên ngoài). Sau này ta chỉ xét các tụ có tính chất như vậy. Nếu xét điện trường: ở bên trong tụ là điện trường đềy, ở rìa tu không đều. Hoạt động 3: Tìm hiểu điện dung của tụ điện (.........................). Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên * Nghe, theo dõi. * Phát biểu và ghi nhớ. * Thuyết trình: Xét kết quả thực nghiệm: Một tụ điện : Lần lượt mắc vào các hiệu điện thế U1, U2....Un thì điện tích của tụ lần lượt là Q1. Q2, ....Qn khác nhau nhưng có kết quả ( không đổi). Hai tụ điện cùng mắc vào một HĐT U thì điện tích trên mỗi tụ là Q1, Q2 khác nhau tức là * Có thể dùng thương số của tụ để đặc trưng khả năng gì của tụ ? Vì sao? * Thông báo: Thương số gọi là điện dung của tụ kí hiệu là C. Yêu cầu hs phát biểu định nghĩa SGK. * Yêu cầu trả lời câu C1. * Thông báo đơn vị điện dung,định nghĩa fara, các ước của fara. * Thông báo công thức Q=CU. Hoạt động 4: Tìm hiể công thức điện dung của tụ phẳng(...........................). Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên * Nghe, ghi chép. * Tăng S, giảm d. * Nghe, ghi chép. * Trả lời: Một tụ thì đúng. hai tụ khác nhau thì không đúng. Vì từ 4.5 và 7.3 có (Q/S: mật độ điện tích mặt). * Thuyết trình: Nói chung C của tụ phụ thuộc: Hình dạng, kích thước của hai bản, khoảng cách giữa hai bản, chất điện môi giữa hai bản. * Thông báo công thức tính điện dung của tụ phẳng, vẽ hình và giải thích các đại lượng. Thực nghiệm chứng tỏ rằng điện dung của tụ điện chứa điện dung lớn gấp e điện dung của tụ chân chân không tương ứng. (ví dụ tụ phẳng). * Lấy tụ phẳng làm VD: Làm thế nào để tăng C của tụ? Tăng S thì không hợp lý, giảm d mãi được không vì sao? * Thuyết trình: d giảm E tăng, khi vượt quá giới hạn nào đó điện môi bị mất tính chất cách điện. Ta nói điện môi bị đánh thủng ( chung cho các tụ) Vì vậy mỗi tụ có một hiệu điện thế giới hạn ( thường ghi ngay trên vỏ tụ) khi sử dụng không được mắc tụ vào HĐT lớn hơn giá trị đó. * Cả lớp thảo luận trả lời câu C2. * Cho cả lớp xem một số tụ điện. Hoạt động 5: Tìm hiểu hai cách ghép tụ cơ bản (..........................). Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên * Nghe * Trả lời: + Ghép song song : Các tụ có cùng hiệu điện thế cũng là hiệu điện thế U của bộ tụ + Ghép nối tiếp: Hiệu điện thế của bộ tụ: U=U1+U2+.....+Un. * Ghi chép. Trả lời câu C4: Theo định luật bảo toàn điện tích Q1+Q2=0. * Thảo luận và trả lời. Cách ghép song song: Q=Q1+Q2 +...+Qn=( C1+ C2+...+Cn) U đ C=C1+C2+...Cn. Cách ghép nối tiếp: U=U1+U2+.....+Un đ Mà Q=Q1=Q2=..=Qn Nên : * Trả lời: Ghép song song: Điện dung của bộ tụ lớn hơn điện dung của các tụ thành phần Ghép nối tiếp: Điện dung của bộ tụ nhỏ hơn điện dung của các tụ thành phần. * Tại sao phải ghép tụ thành bộ? Xuất phát từ thực tế, ghép tụ để tạo ra bộ tụ có điện dung thích hợp hoặc có hiệu điện thế cần thiết. Có rất nhiều cách ghép nhưng đều bắt nguồn từ hai cách ghép cơ bản : Song song và nối tiếp. * Kẻ bảng và trình bầy hai cách ghép song song nhau. * Mô tả cách mắc. * Hỏi: Nêu nhận xét về hiệu điện thế của bộ tụ? * Thuyết trình chỉ ra: Ghép song song : Điện tích của bộ tụ (Q): Q=Q1+Q2 +...+Qn. Ghép nối tiếp trước khi ghép các tụ không tích điện, khi ghép nối tiếp điện tích của các tụ bằng nhau. Yêu cầu trả lời câu C4. Điện tích của bộ tụ: Q=Q1=Q2=..=Qn * Nêu vấn đề: Gọi Clà điện dung của bộ tụ điện. Hãy xác định mối quan hệ giữa C với các điện dung của các tụ thành phần trong hai cách ghép? ( Cho mỗi dãy làm một cách ghép). * Yêu cầu hai dãy cử đại diện nêu kết quả và giải thích. Đảo lại hai dãy. Yêu cầu trả lời câu C3, C4 * Kết luận về các công thức. Hoạt động 6: Củng cố bài(......................). Hoạt động của học sinh Hoạt động của giáo viên * Không đổi, khi U tăng thì Q cũng tăng tỉ số Q/U ( điện dung không đổi). * Hiệu điện thế giới hạn. Nếu không thì điẹn môi của tụ bị đnáh thủng. * Nếu tăng hiệu điện thế ( luôn nhỏ hơn U giới hạn) thì điện dung của tụ thay đổi như thế nào? Giải thích? * Hiệu điện thế trên vỏ tụ điện có ý nghĩa gì? Tại ssao khi sử dụng phải mắc tụ vào U nhỏ hơn giá trị đó? * Với hai cách ghép ( song song và nối tiếp) cách ghép nào tăng được điện dung, cách ghép nào làm giảm điện dung? * Học kỹ các định nghĩa, công thức trong bài, đơn vị điện dung. * Làm các bài tập: SGK(37), đọc mục em có biết. Các bài: 1.16, 1.17, 1.55--> 1.63. IV- Rút kinh nghiệm.