Sáng kiến kinh nghiệm Phương pháp giải bài toán tụ điện trong Vật lí lớp 11

 SỞ GD&ĐT VĨNH PHÚC
 TRƯỜNG THPT NGÔ GIA TỰ
 BÁO CÁO KẾT QUẢ
 NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN
 Tên sáng kiến:
“Phương pháp giải bài toán tụ điện trong Vật lí 11”
 Tác giả sáng kiến: Trương Thị Thái
 Mã lĩnh vực: 12.54
 Lập Thạch, năm 2020 MỤC LỤC
1. Lời giới thiệu: .................................................................................................................1
2. Tên sáng kiến:.................................................................................................................3
3. Tác giả sáng kiến: ...........................................................................................................3
4. Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến: ...........................................................................................3
5. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến:...........................................................................................3
6. Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu tiên hoặc áp dụng thử: .......................................3
7. Mô tả bản chất sáng kiến: ...............................................................................................3
7.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT.......................................................................................................3
 1. Lý thuyết tụ điện:........................................................................................................3
 1.1. Tụ điện: ....................................................................................................................3
 1.2. Điện dung của tụ điện: .............................................................................................3
 1.3. Năng lượng điện trường trong tụ điện: ....................................................................4
 1.4. Ghép tụ điện:............................................................................................................4
 1.5. Chú ý khi giải bài tập:..............................................................................................5
 2. Chia dạng bài tập: .......................................................................................................6
7.2. BÀI TẬP TỤ ĐIỆN .........................................................................................................7
 1. Một số dạng bài tập có lời giải:...................................................................................7
 1.1. Dạng 1: Bài toán về tính điện tích, điện dung, hiệu điện thế và năng lượng điện 
 của tụ điện của tụ điện:...................................................................................................7
 1.2. Dạng 2: Bài toán ghép các tụ điện chưa tích điện: .................................................9
 1.3. Dạng 3: Bài toán ghép tụ điện đã tích điện - Điện lượng di chuyển trong một 
 đoạn mạch:....................................................................................................................13
 1.4. Dạng 4: Bài toán giới hạn hoạt động của tụ điện: ................................................17
 1.5. Dạng 5: Bài toán về năng lượng điện trường của tụ điện – Mật độ năng lượng của 
 tụ điện: ..........................................................................................................................19
 1.6. Dạng 6: Bài toán chuyển động của điện tích trong tụ điện:..................................23
 2. Bài tập vận dụng tự giải:...........................................................................................26
 Bài tập tự luận: .............................................................................................................31
 KẾT LUẬN.......................................................................................................................37
 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................39
8. Những thông tin cần bảo mật:...........................................................................................39
9. Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến:..................................................................39
10. Đánh giá lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng sáng kiến theo ý 
kiến của tác giả và theo ý kiến của tổ chức, cá nhân đã tham gia áp dụng sáng kiến lần đầu 
kể cả áp dụng thử nếu có: .....................................................................................................39
11. Danh sách những tổ chức/ cá nhân đã tham gia áp dụng thử hoặc áp dụng sáng kiến lần 
đầu (nếu có): .........................................................................................................................40 BÁO CÁO KẾT QUẢ
 NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN
 1. Lời giới thiệu:
 Vật lý là một môn khoa học cơ bản của chương trình giáo dục phổ thông, trong 
hệ thống giáo dục phổ thông của nước ta. Học tập tốt bộ môn vật lý giúp con người nói 
chung và học sinh nói riêng có kỹ năng tư duy sáng tạo, làm cho con người linh hoạt 
hơn, năng động hơn trong cuộc sống cũng như trong công việc. 
 Môn vật lý là môn học quan trọng đối với số đông học sinh. Để tiếp tục học tập 
ở những bậc học cao hơn và phát triển tốt trong tương lai thì học sinh phải vượt qua 
được kỳ thi THPT QG. Do nhu cầu thực tiễn mà khối A và A1 có tỷ lệ tuyển vào các 
trường Đại học, Cao đẳng tương đối lớn, nên số lượng học sinh có nhu cầu học tập bộ 
môn vật lý tương đối lớn. Vì vậy học bộ môn vật lý không chỉ dừng lại ở mức hình thành 
những kỹ năng giải quyết được những vấn đề cơ bản mà còn có nhu cầu phát triển cao 
có thể giải được những bài tập có tính phức tạp, tính tổng hợp cao trong bộ môn Vật lý.
 Nhiệm vụ của giảng dạy bộ môn vật lý ở bậc trung học phổ thông là thực hiện 
được những mục tiêu giáo dục mà Bộ Giáo dục và Đào tạo đã đề ra là:
- Nắm vững được kiến thức của bộ môn.
- Có những kỹ năng cơ bản để vận dụng kiến thức của bộ môn.
- Có hứng thú học tập bộ môn.
- Có cách học tập và rèn luyện kỹ năng đạt hiệu quả cao trong học môn vật lý.
- Hình thành ở học sinh những kỹ năng tư duy đặc trưng của bộ môn. 
 Do sự đổi mới của kì thi THPT QG, trong nội dung đề thi có toàn bộ chương 
trình vật lý THPT. Nội dung chương trình vật lý 11 có góp một phần trong nôi dung đề 
thi THPTQG. Cùng với đó, nhiệm vụ của chương trình vật lý lớp 11 là rèn luyện và 
chuẩn bị cho học sinh hình thành kỹ năng học tập theo đúng đặc trưng bộ môn. Vật lý 
lớp 11 có vai trò rất quan trọng, có toàn bộ cách tiếp cận bộ môn, cách vận dụng kiến 
thức và phát triển tư duy vật lý cho học sinh. Trong phần Vật lý lớp 11 THPT, phần “Tụ 
điện” có vai trò giúp học sinh bắt đầu hình thành tư duy vật lý và phương pháp tiếp cận 
một bài toán vật lí, cũng là phần bài tập tương đối khó với nhiều học sinh. Phần này thể 
hiện rất rõ các thao tác cơ bản của tư duy vật lý là từ trực quan sinh động đến tư duy 
trừu tượng, từ tư duy trừu tượng đến thực tiễn khách quan như: 
 1 “PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN TỤ ĐIỆN TRONG VẬT LÍ LỚP 11”
 3. Tác giả sáng kiến:
 - Họ và tên: Trương Thị Thái
 - Địa chỉ tác giả sáng kiến: Trường THPT Ngô Gia Tự
 - Số điện thoại: 03 96 96 4142 E_mail: truongthithaivl@gmail.com
 4. Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến: 
 Người viết SKKN: Trương Thị Thái
 5. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: 
 Vật lí
 6. Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu tiên hoặc áp dụng thử: 
 Trong năm học 2019 - 2020
 7. Mô tả bản chất sáng kiến:
 7.1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 1. Lý thuyết tụ điện:
1.1. Tụ điện: 
a/ Đinh nghĩa: là hệ gồm hai vật dẫn đặt ngăn cách nhau bởi một lớp cách điện. Mỗi 
vật dẫn là một bản tụ.
- Tụ điện phẳng: Gồm hai bản kim loại phẳng có kích thước lớn, đặt đối diện và song 
song và cách điện với nhau.
- Nhiệm vụ của tụ điện: trong mạch điện tụ điện được dùng để tích điện và phóng điện.
- Ký hiệu tụ điện: Trong mạch điện tụ điện được kí hiệu: 
b/ Cách tích điện cho tụ điện: Để tích điện cho tụ điện, người ta nối hai bản tụ điện với 
hai cực của một nguồn điện một chiều. Sau khi tụ được nạp điện, điện tích của hai bản 
tụ có độ lớn bằng nhau nhưng mang điện trái dấu (do hiện tưởng nhiễm điện do hưởng 
ứng). Khi nhắc đến điện tích của tụ điện, người ta nhắc đến độ lớn điện tích trên mỗi 
bản tụ.
1.2. Điện dung của tụ điện: 
a/ Định nghĩa điện dung của tụ điện: Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho 
khả năng tích điện của tụ điện ở môt hiệu điện thế nhất định. Kí hiệu là C 
 Q Q: là điện tích trên tụ điện (C)
- Biểu thức: Trong đó: 
 C = U U: là hiệu điện thế giữa hai bản tụ (V)
 3 b/ Ghép song song: Hệ tụ điện được ghép như hình dưới gọi là bộ tụ điện ghép song 
song. C1
 C2
 A B
 Cn
- Hiệu điện thế: 푈 = 푈1 = 푈2 = ..... = 푈푛 
- Điện tích: 푄 = 푄1 + 푄2 + ..... + 푄푛 
- Điện dung của bộ tụ: = 1 + 2 + ..... + 푛 
1.5. Chú ý khi giải bài tập:
a) Nối tụ vào nguồn thì U không đổi. Ngắt tụ ra khỏi nguồn thì Q không đổi.
b) Đặt vào tụ một tấm điện môi ɛ' thì hệ gồm hai tụ ghép nối tiếp, tụ 1 (ɛ , d1) và tụ 2 
(ɛ' , d2) với d1 + d2 = d
_ Nhúng tụ vào chất điện môi ɛ' thì hệ gồm hai tụ ghép song song, tụ 1 (ɛ , x1) và tụ 2 
(ɛ' , x2) với x1 + x2 = x
c) Với các bài toán ghép tụ cần chú ý:
_ Khi ghép các tụ chưa tích điện trước thì:
 + Ghép song song: Ub = U1 = U2 = ... ; Qb = Q1 + Q2 + ... ; Cb = C1 + C2 + ....
 1 1 1
 + Ghép nối tiếp : Ub = U1 + U2 + ... ; Qb = Q1 = Q2 = ... ; ... 
 Cb C1 C2
_ Khi ghép các tụ đã tích điện trước thì:
 + Ghép song song: U'b = U'1 = U'2 = ... ( sau khi ghép); Cb = C1 + C2 + ....
 1 1 1
 + Ghép nối tiếp : U'b = U'1 + U'2 + ... ( sau khi ghép) ...
 Cb C1 C2
 + Định luật bảo toàn điện tích cho hệ cô lập: Qi const 
 C1 C2
_ Với tụ cầu cân bằng thì và mạch tương đương là [(C1 nt C2) // (C3 nt C4)]
 C3 C4
 5 Dạng 5: Bài toán về năng lượng điện trường của tụ điện – Mật độ năng lượng điện trường
Dạng 6: Bài toán chuyển động của điện tích trong tụ điện.
 7.2. BÀI TẬP TỤ ĐIỆN
 1. Một số dạng bài tập có lời giải:
 Sau đây tôi xin được trình bày phương pháp giải các dạng bài tập phần tụ điện 
Vật lý 11 THPT.
1.1. Dạng 1: Bài toán về tính điện tích, điện dung, hiệu điện thế và năng lượng điện 
của tụ điện của tụ điện:
Phương pháp chung: 
 푄
- Áp dụng công thức: : 
 = 푈
 휀푆
- Công thức điện dung của tụ phẳng: 
 = 9.1094 . 
- Vẫn nối tụ với nguồn: U = const
- Ngắt tụ khỏi nguồn: Q = const
 1 1 2
- Năng lượng của tụ điện: W = 2 푄
 2푄푈 = 2 푈 = 2 
Bài toán 1: Một tụ điện có điện dung 500pF được mắc vào hai cực của một máy phát 
điện có hiệu điện thế 220V. Tính điện tích của tụ điện?
 Lời giải:
Điện tích của tụ điện:
 푄 = 푈. = 500.10-12.220 = 0,11 (µC)
Vậy điện tích của tụ điện là 0,11 (µC)
Bài toán 2: Một tụ điện điện dung 24nF tích điện đến hiệu điện thế 450V thì có bao 
nhiêu electron mới di chuyển đến bản âm của tụ điện?
 Lời giải:
Điện tích của tụ điện: 
 푄 = 푈. = 24.10-9.450 = 10,8 (µC) 
Số electron mới di chuyển đến bản âm của tụ điện: 
 푄 ―6
 10,8.10 13
 Ne = = ―19 = 6,75.10 (e)
 |푞푒| | 1,6.10 |
Vậy có 6,75.1013 (e) mới di chuyển đến bản âm của tụ điện.
Bài toán 3: Tụ điện phẳng gồm hai bản tụ hình vuông cạch a = 20 cm đặt cách nhau 1 
cm. Chất điện môi giữa hai bản là thủy tinh có ε = 6. Hiệu điện thế giữa hai bản U = 50 
V. 
 7