Giải SBT Vật lí 11 CTST Bài 15. Năng lượng và ứng dụng của tụ điện có đáp án

Đáp án đúng là D

Năng lượng tụ điện $W=\frac{1}{2}\frac{{Q}^{2}}{C}=\frac{1}{2}C{U}^{2}=\frac{1}{2}QU$

Đáp án đúng là D

Tuabin nước không có tụ điện.

Đáp án đúng là A

$W=\frac{1}{2}C{U}^{2}=\frac{1}{2}\cdot 20\cdot {10}^{-12}\cdot {200}^{2}=4\cdot {10}^{-7}\text{J}$

Đáp án đúng là B

Với điện dung C xác định, năng lượng của tụ điện tỉ lệ với bình phương hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện.

Đáp án đúng là B

Điện dung tương đương của bộ: ${C}_{\text{b}}=C+\frac{C}{2}=\frac{3}{2}C=30\text{pF}$.

Điện tích của bộ tụ: ${Q}_{\text{b}}={C}_{\text{b}}U=30.12=360\text{pC}$

Đáp án đúng là B

Năng lượng của tụ điện: $W=\frac{1}{2}C{U}^{2}=\frac{1}{2}\cdot 0{,}20\cdot 9,{0}^{2}=8{,}1\text{J}$.

Công suất phóng điện của tụ điện: $\text{P}=\frac{W}{t}=\frac{8{,}1}{0{,}001}=8100W$

Đối với một tụ điện xác định thì điện dung của tụ điện sẽ không đổi, do đó năng lượng của tụ điện sẽ tỉ lệ bậc hai với hiệu điện thế đặt vào hai đầu của tụ điện.

$W=\frac{1}{2}C{U}^{2}$

a) Năng lượng tích trữ của tụ điện là: $W=\frac{1}{2}C{U}^{2}=\frac{1}{2}\cdot 5000\cdot {10}^{-6}\cdot {3}^{2}=0{,}0225\text{J}$.

b) Năng lượng tích trữ của tụ điện là: $W=\frac{1}{2}C{U}^{2}=\frac{1}{2}\cdot 5000\cdot {10}^{-6}\cdot {230}^{2}=132{,}25\text{J}$.

Vậy tụ điện $5000μ\text{F}$ tích điện tới 230 V tích trữ nhiều năng lượng hơn.

a) Điện dung C của tụ điện là: $C=\frac{Q}{U}=\frac{2{,}0}{2{,}0}=1{,}0\text{mF}$.

b)

c) Đồ thị của W theo U có dạng parapol. Điều này cho thấy W phụ thuộc U theo tỉ lệ bậc hai.

Năng lượng của tụ điện A trước khi được nối là:

$W=\frac{1}{2}{C}_{1}{U}^{2}=\frac{1}{2}\cdot 0{,}6\cdot {10}^{-6}\cdot {50}^{2}=7{,}5\cdot {10}^{-4}\text{J}$

Theo định luật bảo toàn điện tích, ta có:

$Q={Q}_{1}+{Q}_{2}\Rightarrow {C}_{1}U={C}_{1}{U}^{'}+{C}_{2}{U}^{'}\Rightarrow {U}^{'}=\frac{{C}_{1}U}{{C}_{1}+{C}_{2}}=\frac{0{,}6\cdot {10}^{-6}\cdot 50}{0{,}6\cdot {10}^{-6}+0{,}4\cdot {10}^{-6}}=30\text{V}$

Năng lượng của tụ điện A và B sau khi được nối là:

${W}^{'}=\frac{1}{2}{C}_{1}{U}^{\text{'}2}+\frac{1}{2}{C}_{2}{U}^{\text{'}2}=\frac{1}{2}\cdot 0{,}6\cdot {10}^{-6}\cdot {30}^{2}+\frac{1}{2}\cdot 0{,}4\cdot {10}^{-6}\cdot {30}^{2}=4{,}5\cdot {10}^{-4}\text{J}$

Năng lượng của tia lửa điện phát ra khi nối hai tụ điện với nhau là:

$\text{Δ}W=W-{W}^{'}=7{,}5\cdot {10}^{-4}-4{,}5\cdot {10}^{-4}=3\cdot {10}^{-4}\text{J}$

Để các tụ còn có thể hoạt động bình thường thì $\{\begin{matrix}{U}_{1}\le {U}_{\text{gh}} \\ {U}_{2}\le {U}_{\text{gh}}\end{matrix}(*)$

Khi ghép nối tiếp: $\{\begin{matrix}U={U}_{1}+{U}_{2} \\ {C}_{1}{U}_{1}={C}_{2}{U}_{2}\end{matrix}\Rightarrow \{\begin{matrix}{U}_{1}=\frac{{C}_{2}}{{C}_{1}+{C}_{2}}\cdot U=\frac{33}{80}U \\ {U}_{2}=\frac{{C}_{1}}{{C}_{1}+{C}_{2}}\cdot U=\frac{47}{80}U\end{matrix}$

Kết hợp (*), ta được: $\{\begin{matrix}\frac{33}{80}U\le 35V \\ \frac{47}{80}U\le 25\end{matrix}\Rightarrow \{\begin{matrix}U\le \frac{2800}{33}\text{V}\approx 84{,}8\text{V} \\ U\le \frac{2000}{47}\text{V}\approx 42{,}6\text{V}\end{matrix}$

Vậy hiệu điện thế tối đa mà bộ tụ điện này còn hoạt động bình thường là 42,6 V.