Bài tập ôn tập Vật lí 11 Chân trời sáng tạo Chương 3 có đáp án

Chọn A

$\mathrm{tanα}=\frac{{F}_{d}}{P}=\frac{k\frac{{q}^{2}}{{r}^{2}}}{\mathrm{mg}}=\frac{{9.10}^{9}.{(\frac{{5.10}^{-7}}{0{,}6})}^{2}}{0{,}0025.10}=0{,}25\Rightarrow α\approx {14}^{^{\circ}}$

Ta có ${\rm{C = }}\frac{{{\rm{\varepsilon S}}}}{{{\rm{k4\pi d}}}}$

Khi tăng khoảng cách giữa hai bản thì điện dung sẽ giảm đi.

Chọn B

$E = \frac{U}{d} = \frac{{0{,}07}}{{{{8.10}^{ - 9}}}} = 8,{75.10^6}{\rm{ V/m}}{\rm{.}}$

Điện dung của tụ phẳng là: ${\rm{C = }}\frac{{{\rm{\varepsilon S}}}}{{{\rm{4\pi kd}}}}{\rm{ = }}\frac{{{\rm{\varepsilon \pi }}{{\rm{R}}^{\rm{2}}}}}{{{\rm{4\pi kd}}}} \Rightarrow {\rm{C}} = \frac{{1.0,{1^2}}}{{{{4.9.10}^9}.0{,}01}} = \frac{1}{{36}}{.10^{ - 9}}\;{\rm{F}}.$

Điện tích của tụ là ${\rm{Q = CU}} = \frac{1}{{36}}{.10^{ - 9}}.108 = {3.10^{ - 9}}\;{\rm{C}}{\rm{.}}$

C = 2 µF = 2.10$^{-6}$ F, U = 12 V

Năng lượng điện trường dự trữ trong tụ điện là${\rm{W}} = \frac{1}{2}C{U^2} = \frac{1}{2}{.2.10^{ - 6}}{.12^2}$ = 1,44.10$^{-4}$J.

$\left[ {{C_3}{\rm{ }}nt{\rm{ }}\left( {{C_1}{\rm{//}}{{\rm{C}}_2}} \right)} \right]$

${C_b} = \frac{{{C_3}{C_{12}}}}{{{C_3} + {C_{12}}}} = \frac{{20.5}}{{20 + 5}} = 4\mu C$

$Q = {C_b}U = 4.30 = 120nC$

${E_1} = k\frac{{\left| {{q_1}} \right|}}{{\varepsilon r_1^2}} = \frac{{{{9.10}^9}.\left| {{{5.10}^{ - 9}}} \right|}}{{1.0,{{05}^2}}} = {18.10^3}(V/m)$

${E_2} = k\frac{{\left| {{q_2}} \right|}}{{\varepsilon r_2^2}} = \frac{{{{9.10}^9}.\left| { - {{5.10}^{ - 9}}} \right|}}{{1.0,{{15}^2}}} = {2.10^3}(V/m)$

Áp dụng nguyên lý chồng chất điện trường:

${\overrightarrow E _1} \uparrow \downarrow {\overrightarrow E _2} \Leftrightarrow E = \left| {{E_1} - {E_2}} \right| = \left| {{{18.10}^3} - {{2.10}^3}} \right| = {16.10^3}(V/m)$

Trong điện trường đều công thức liên hệ giữa cường độ điện trường và hiệu điện thế là :

U = Ed

Chọn B

Cường độ điện trường trong màng tế bào:

Chọn A

Chọn D

$A = q.E.d$ Û $E = \frac{A}{{q.d}} = \frac{1}{{{{10.10}^{ - 3}}.0{,}01}} = 10000\,\,{\rm{V/m}}.$

Thế năng điện của điện tích q tại A:

${A_{AB}} = {W_A} - {W_B}$ Û ${W_A} = {A_{AB}} + {W_B} = 2{,}5 + 3{,}75 = 6{,}25$ J.

Chọn C

Công của lực điện trường tác dụng lên điện tích q = 10 nC khi di chuyển từ điểm A đến điểm B:

${A}_{AB}=q.E.{d}_{AB}=q.E.\overline{HB}={10.10}^{-9}.300.\frac{-0{,}1}{2}=-1,{5.10}^{-7}$

Với $HB = \frac{{BC}}{2}$. Do $\overrightarrow {HB}$ ngược hướng với $\vec E$ nên $\overline {HB} < 0$.

Chọn B

(I) Đúng

(II) Sai. à độ lớn tỉ lệ thuận với tích giá trị của hai điện tích điểm.

(III) Sai. à độ lớn tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Chọn B

Hình 1 và hình 4 không chính xác. Tương tác giữa hai điện tích trái dấu là hút nhau.

Thanh nhựa sau khi bị cọ xát, nhiễm điện dương (hoặc âm)

A bị hút nghĩa là

(1) A mang điện âm (hoặc dương)

(2) A trung hòa và bị hút do hưởng ứng

B bị hút nghĩa là

(3) B mang điện âm (hoặc dương)

(4) B trung hòa và bị hút do hưởng ứng

(2) và (4) tương đương đáp án A. (1)&(3) tương đương đáp án B. (1)&(4) hoặc (2)&(3) tương đương đáp án D. Đáp án C không thể đúng.

Chọn C

Trước khi tiếp xúc, hai quả cầu hút nhau nên ${q_1} = {q_2}$

Sau khi tiếp xúc: ${q'_1} = {q'_2} = \frac{{{q_1} + {q_2}}}{2} = {q_1}$

Chọn B

Hai điện tích điểm trái dấu nên lực tương tác giữa chúng là lực hút.

$F=k\frac{{q}^{2}}{{\mathrm{εr}}^{2}}={9.10}^{9}.\frac{{({10}^{-4}/4)}^{2}}{{2.1}^{2}}=2{,}8125\text{N}$

Chọn A

Thay đổi điện môi không làm thay đổi điện tích của hai điện tích điểm

Độ lớn lực hút $F' = \frac{F}{\varepsilon } = \frac{{21}}{{2{,}1}} = 10{\rm{ N}}$

Chọn A

$\frac{{F}^{'}}{F}=\frac{{r}^{2}}{{{r}^{'}}^{2}}={(\frac{r}{4\text{r}})}^{2}\Rightarrow {F}^{'}={(\frac{1}{4})}^{2}F={(\frac{1}{4})}^{2}.8=0{,}5\text{​ N}$

Chọn A

Nếu đặt chúng trong dầu thì lực tương tác bị giảm đi 2,25 lần nên $\varepsilon = 2{,}25$.

Để lực tương tác vẫn bằng ${F_0}$ thì

Để lực tương tác vẫn bằng Fo thì cần dịch chúng lại một khoảng

${F}_{0}=k\frac{|{q}_{1}{q}_{2}|}{{r}^{2}}=k\frac{|{q}_{1}{q}_{2}|}{ε{(r-x)}^{2}}\Rightarrow \frac{1}{{30}^{2}}=\frac{1}{2{,}25{(30-x)}^{2}}\Rightarrow x=10\text{cm}$

b. Để ${q_3}$nằm cân bằng thì $\overrightarrow {{F_3}} = \overrightarrow {{F_{13}}} + \overrightarrow {{F_{23}}} = \vec 0 \Rightarrow \overrightarrow {{F_{13}}} = - \overrightarrow {{F_{23}}} \Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}\overrightarrow {{F_{13}}} \uparrow \downarrow \overrightarrow {{F_{23}}} \\{F_{13}} = {F_{23}}\end{array} \right.$

$\overrightarrow {{F_{13}}} \uparrow \downarrow \overrightarrow {{F_{23}}} \Rightarrow$ ${q_3}$nằm trong đoạn AB (C nằm trong đoạn thẳng AB).

c. ${F_{13}} = {F_{23}} \Rightarrow k\frac{{\left| {{q_1}{q_3}} \right|}}{{{\rm{A}}{{\rm{C}}^2}}} = k\frac{{\left| {{q_2}{q_3}} \right|}}{{{\rm{B}}{{\rm{C}}^2}}} \Rightarrow \frac{{{\rm{AC}}}}{{{\rm{BC}}}} = \sqrt {\frac{{\left| {{q_1}} \right|}}{{\left| {{q_2}} \right|}}} = \sqrt {\frac{6}{{54}}} = \frac{1}{3}$ mà ${\rm{AC}} + {\rm{BC}} = 6{\rm{ cm}}$

$\Rightarrow \left\{ \begin{array}{l}{\rm{AC}} = 1{,}5{\rm{ cm}}\\{\rm{BC}} = 4{,}5{\rm{ cm}}\end{array} \right.$

d. Do ${q_1}{q_2} > 0$ nên ${q_1}$ sẽ tác dụng lực đẩy lên ${q_2}$. Để ${q_2}$ cân bằng thì ${q_3}$cần tác dụng lực hút lên ${q_2}$. Tương tự với ${q_1}$. Suy ra ${q_3} < 0$.

Điện tích điểm ${q_2}$ cân bằng thì

${F_{12}} = {F_{32}} \Rightarrow k\frac{{\left| {{q_1}{q_2}} \right|}}{{{\rm{A}}{{\rm{B}}^2}}} = k\frac{{\left| {{q_3}{q_2}} \right|}}{{{\rm{C}}{{\rm{B}}^2}}} \Rightarrow \left| {{q_3}} \right| = \left| {{q_1}} \right|\frac{{{\rm{C}}{{\rm{B}}^2}}}{{{\rm{A}}{{\rm{B}}^2}}} = 6.\frac{{4,{5^2}}}{{{6^2}}} = 3{,}375{\rm{ \mu C}}$

$\Rightarrow {q_3} = - 3{,}375{\rm{ \mu C}}$

a. Cường độ điện trường tại điểm M cách Q 2 cm là 7,5.10$^{-6}$ V/m

$E = \frac{{k\left| Q \right|}}{{\varepsilon {r^2}}} = \frac{{{{9.10}^9}\left| {{{10}^{ - 6}}} \right|}}{{3.{{(0{,}02)}^2}}} = {75.10^5}(V/m)$

b. Lực điện tác dụng lên điện tích Q là 7,5 (N)

$F = \left| q \right|E = {10^{ - 6}}.7,{5.10^{ - 6}} = 7{,}5(N)$

c. Cường độ điện trường tại M cách Q 2 cm nếu đặt Q trong không khí là 225.10$^{5}$ (V/m).$E = \frac{{k\left| Q \right|}}{{\varepsilon {r^2}}} = \frac{{{{9.10}^9}\left| {{{10}^{ - 6}}} \right|}}{{1.{{(0{,}02)}^2}}} = {225.10^5}(V/m)$

d. Cường độ điện trường tại N cách Q 4 cm là 5.10$^{5}$ V/m.

${E_N} = \frac{{k\left| Q \right|}}{{\varepsilon {r^2}}} = \frac{{{{9.10}^9}\left| {{{10}^{ - 6}}} \right|}}{{3.{{(0{,}04)}^2}}} = {1875.10^3}(V/m)$

Hướng dẫn giải

a. Lúc chưa nhúng vào chất điện môi: 10$^{-7}$ C

b. Tụ phẳng không khí: $C = \frac{S}{{{{9.10}^9}.4\pi d}} = {400.10^{ - 12}}\,\left( F \right)$

Nhúng tụ điện vào chất điện môi: ${C_1} = \frac{{\varepsilon .S}}{{{{9.10}^9}.4\pi .d}} = 2.C = 800\,\,pF$

***c.* **${U_1} = \frac{{{{\rm{Q}}_1}}}{{{{\rm{C}}_1}}}{\rm{ = }}\frac{{\rm{Q}}}{{{{\rm{C}}_1}}}{\rm{ = 125}}\,\left( {\rm{V}} \right)$

***d.* **$Q = {Q_1} =$ 10$^{-7}$ C

a. Khi K đóng mạch gồm $[{C_1}nt\left( {{C_3}{\rm{//}}{{\rm{C}}_4}} \right)]{\rm{//}}{{\rm{C}}_2}$

${C_{134}} = \frac{{{C_1}\left( {{C_3} + {C_4}} \right)}}{{{C_1} + {C_3} + {C_4}}} = 2\,\,\mu F\,\, = > \,\,{C_b} = {C_{134}} + {C_2} = 5\,\,\mu F\,$

b. Khi K đóng mạch gồm $[{C_1}nt\left( {{C_3}{\rm{//}}{{\rm{C}}_4}} \right)]{\rm{//}}{{\rm{C}}_2}$

c. Khi K mở, mạch gồm $[{C_1}{\rm{//}}\left( {{C_2}{\rm{nt}}{{\rm{C}}_3}} \right)]{\rm{nt}}{{\rm{C}}_4}$

d. Điện dung của bộ tụ khi K mở:${C_b} = \frac{{\left[ {{C_1} + \left( {\frac{{{C_2}{C_3}}}{{{C_2} + {C_3}}}} \right)} \right]{C_4}}}{{{C_1} + \left( {\frac{{{C_2}{C_3}}}{{{C_2} + {C_3}}}} \right) + {C_4}}} = 1{,}8\,\,\mu F\,\,$

${E_1} = \frac{{k\left| q \right|}}{{\varepsilon {{(r)}^2}}} = \frac{{{{9.10}^9}\left| { - {{6.10}^{ - 9}}} \right|}}{{1.{{(0{,}2)}^2}}} = 1350(V/m)$

${E_2} = \frac{{k\left| {{q_2}} \right|}}{{\varepsilon {{(r)}^2}}} = \frac{{{{9.10}^9}\left| {{{6.10}^{ - 9}}} \right|}}{{1.{{(0{,}6)}^2}}} = 150(V/m)$

Áp dụng nguyên lý chồng chất điện trường:

${\overrightarrow E _1} \uparrow \downarrow {\overrightarrow E _2} \Leftrightarrow {E_M} = \left| {{E_1} - {E_2}} \right| = \left| {1350 - 150} \right| = 1200(V/m)$

${E_1} = {E_2} = \frac{{k\left| q \right|}}{{\varepsilon {{(r)}^2}}} = \frac{{{{9.10}^9}\left| { - {{6.10}^{ - 9}}} \right|}}{{1.{{(0{,}2)}^2}}} = 1350(V/m)$

Áp dụng nguyên lý chồng chất điện trường:

${\overrightarrow E _1} \uparrow \uparrow {\overrightarrow E _2} \Leftrightarrow {E_N} = {E_1} + {E_2} = 1350 + 1350 = 2700(V/m)$

Điện dung của tụ là: $W = \frac{1}{2}C{U^2}\,\, \Rightarrow C = \frac{{2W}}{{{U^2}}} = {2.10^{ - 4}}(F)$

Nếu muốn W = 22,5.10$^{-3}$ J thì: $U = \sqrt {\frac{{2W}}{C}} = \sqrt {\frac{{2.22,{{5.10}^{ - 3}}}}{{{{2.10}^{ - 4}}}}} = 15(V)$