Đề ôn tập Vật lí số 19: Tụ điện và năng lượng điện trường

Đề tự biên soạn, không phải đề thi chính thức. Xét các tụ điện lí tưởng. Trong các câu số, dùng tụ C=6,0 μF mắc vào nguồn U=12 V; khi không nói khác, tụ được nạp đầy. Các công thức dùng: C=Q/U; tụ song song có Cb=C1+C2; tụ nối tiếp có 1/Cb=1/C1+1/C2; năng lượng W=CU²/2.

Phần I. Trắc nghiệm nhiều lựa chọn

1. Câu 1. Điện dung C cho biết khả năng của vật dẫn cách điện dùng làm tụ trong việc: A. tích điện trên mỗi đơn vị hiệu điện thế   B. sinh ra điện tích mới   C. cản mọi dòng điện xoay chiều   D. duy trì điện áp không cần điện tích.
2. Câu 2. Đơn vị SI của điện dung là: A. fara   B. culông   C. vôn   D. jun.
3. Câu 3. Điện tích có độ lớn trên mỗi bản tụ 6,0 μF đặt vào 12 V là: A. 0,50 μC   B. 18 μC   C. 2,0 μC.   D. 72 μC
4. Câu 4. Một tụ 3,0 μF và một tụ 6,0 μF mắc song song. Điện dung tương đương là: A. 2,0 μF   B. 3,0 μF   C. 18 μF   D. 9,0 μF.
5. Câu 5. Hai tụ 3,0 μF và 6,0 μF mắc nối tiếp. Điện dung tương đương là: A. 2,0 μF   B. 9,0 μF   C. 18 μF   D. 3,0 μF.
6. Câu 6. Năng lượng điện trường trong tụ 6,0 μF ở 12 V là: A. 72 μJ   B. 432 μJ   C. 0,864 mJ   D. 36 μJ.
7. Câu 7. Tụ phẳng trong không khí có diện tích mỗi bản tăng gấp đôi, khoảng cách giữ nguyên. Điện dung sẽ: A. giảm một nửa   B. không đổi   C. tăng gấp đôi   D. tăng gấp bốn.
8. Câu 8. Đưa điện môi có hằng số điện môi κ=4 lấp đầy tụ đang cô lập khỏi nguồn. Điện dung của tụ: A. giảm bốn lần   B. không đổi   C. tăng bốn lần.   D. bằng không
9. Câu 9. Nếu tụ vẫn nối với nguồn lý tưởng, khi điện dung tăng gấp đôi thì điện tích của tụ: A. giảm một nửa   B. không đổi   C. tăng gấp bốn.   D. tăng gấp đôi
10. Câu 10. Tụ C=6,0 μF có điện tích 36 μC. Hiệu điện thế giữa hai bản là: A. 0,167 V   B. 6,0 V   C. 216 V   D. 30 V.
11. Câu 11. Nối hai tụ 2,0 μF và 4,0 μF song song với nguồn 10 V. Tổng điện tích do nguồn chuyển đến bộ tụ có độ lớn: A. 20 μC   B. 40 μC   C. 60 μC   D. 6,0 μC.
12. Câu 12. Hai tụ 4,0 μF giống nhau mắc nối tiếp vào nguồn 12 V. Hiệu điện thế trên mỗi tụ là: A. 12 V   B. 6 V.   C. 3 V   D. 24 V
13. Câu 13. Điện trường đều giữa hai bản tụ phẳng có U=120 V, khoảng cách d=2,0 cm. Độ lớn cường độ điện trường là: A. 6,0×10³ V/m   B. 240 V/m   C. 60 V/m   D. 2,4×10³ V/m.
14. Câu 14. Một tụ cô lập có điện tích Q giữ nguyên, điện dung tăng gấp đôi. Năng lượng W=Q²/(2C) sẽ: A. giảm một nửa   B. tăng gấp đôi   C. không đổi   D. tăng gấp bốn.
15. Câu 15. Sau khi nạp, ngắt tụ khỏi nguồn rồi tăng khoảng cách hai bản. Với tụ phẳng không có điện môi, đại lượng được bảo toàn là: A. hiệu điện thế   B. điện tích   C. điện dung   D. năng lượng.
16. Câu 16. Điện tích hai bản tụ lí tưởng khi đã tích điện có: A. cùng dấu, độ lớn bằng nhau   B. trái dấu, độ lớn bằng nhau.   C. cùng dấu, một bản có điện tích gấp đôi   D. trái dấu, bản dương có độ lớn lớn hơn
17. Câu 17. Tụ phẳng có diện tích bản A và khe hở d. Trong mô hình bỏ qua hiệu ứng rìa, tăng d gấp đôi thì C: A. tăng gấp đôi   B. không đổi   C. giảm một nửa   D. giảm bốn lần.
18. Câu 18. Năng lượng trong tụ điện đã nạp được lưu trữ chủ yếu trong: A. điện tích đứng yên như một chất liệu   B. dây nối   C. nguồn điện sau khi đã ngắt.   D. điện trường giữa hai bản

Phần II. Đúng/Sai

Câu 1. Điện dung và điện tích

1. Với tụ lí tưởng, Q=CU.
2. Điện dung phụ thuộc cấu tạo và môi trường điện môi, không tăng chỉ vì đặt hiệu điện thế lớn hơn.
3. Tụ 6,0 μF ở 12 V có Q=72 μC.
4. Trong khe của tụ phẳng lí tưởng, vectơ điện trường hướng từ bản dương sang bản âm.

Câu 2. Ghép tụ điện

1. Trong mạch song song, các tụ có cùng hiệu điện thế.
2. Hai tụ 3,0 μF và 6,0 μF mắc song song vào nguồn 10 V tích trữ tổng năng lượng 450 μJ.
3. Khi mắc nối tiếp, các tụ có điện tích cùng độ lớn trên mỗi tụ.
4. Điện dung tương đương của hai tụ mắc nối tiếp nhỏ hơn điện dung của từng tụ.

Câu 3. Năng lượng điện trường

1. W=CU²/2 là một biểu thức tính năng lượng của tụ.
2. Tụ 6,0 μF nạp đến 12 V tích trữ 432 μJ.
3. Giữ nguyên C, tăng U gấp đôi thì năng lượng tăng gấp bốn.
4. Khi tụ cô lập, Q không đổi nên có thể dùng W=Q²/(2C) để xét biến thiên năng lượng.

Câu 4. Tụ phẳng và điện môi

1. Trong mô hình lí tưởng, C tỉ lệ thuận với diện tích bản.
2. Với tụ cô lập, đưa điện môi vào làm Q tự tăng theo điện dung.
3. Trong điện trường đều giữa hai bản, độ lớn U=Ed.
4. Khi tụ còn nối với nguồn lý tưởng, U được nguồn giữ không đổi.

Phần III. Trả lời ngắn

1. Câu 1: Tụ 4,0 μF được nạp đến 15 V rồi ngắt khỏi nguồn. Điện môi κ=3 lấp đầy khe. Tính hiệu điện thế mới (V).
2. Câu 2: Tụ 4,0 μF còn nối với nguồn 10 V; điện dung tăng gấp đôi. Tính năng lượng mới (μJ).
3. Câu 3: Tụ 2,0 μF và 5,0 μF mắc song song vào 8,0 V. Tính tổng năng lượng của bộ tụ (μJ).
4. Câu 4: Tụ 4,0 μF và 12 μF mắc nối tiếp vào 18 V. Tính độ lớn điện tích trên mỗi tụ (μC).
5. Câu 5: Hai tụ 2,0 μF và 5,0 μF mắc song song ở 8,0 V. Tính tỉ số Q_5μF/Q_2μF.
6. Câu 6: Tụ 8,0 μF được nạp đến 5,0 V. Tính năng lượng điện trường (μJ).

Đáp án và lời giải

Phần I

1. Câu 1. A. Điện dung đặc trưng cho điện tích tích được trên một đơn vị hiệu điện thế: C=Q/U.
2. Câu 2. A. Đơn vị của C là F, với 1 F=1 C/V; μF là bội ước thường dùng.
3. Câu 3. D. Q=CU=6,0 μF×12 V=72 μC; 1 μF·V bằng 1 μC.
4. Câu 4. D. Mắc song song thì điện dung cộng trực tiếp: Cb=3,0+6,0=9,0 μF; W=CbU²/2=9,0×10²/2=450 μJ.
5. Câu 5. A. Nối tiếp: Cb=C1C2/(C1+C2)=3×6/9=2,0 μF.
6. Câu 6. B. W=CU²/2=6×10⁻⁶×12²/2=432×10⁻⁶ J=432 μJ.
7. Câu 7. C. Với tụ phẳng C=εA/d; diện tích tăng hai lần ở cùng d làm C tăng hai lần.
8. Câu 8. C. Khi điện môi lấp đầy khe, C=κC₀. Với κ=4, điện dung tăng bốn lần.
9. Câu 9. D. Nguồn giữ U không đổi và Q=CU; do đó nếu C gấp đôi thì Q cũng gấp đôi.
10. Câu 10. B. U=Q/C=36 μC/6,0 μF=6,0 V. Vì μC/μF bằng V.
11. Câu 11. C. Cb=2+4=6 μF; tổng điện tích từ nguồn Q=CbU=6×10=60 μC.
12. Câu 12. B. Hai tụ giống nhau nối tiếp có điện dung bằng nhau, nên nguồn 12 V chia đều: mỗi tụ 6 V.
13. Câu 13. A. E=U/d=120/0,020=6,0×10³ V/m. Đổi 2,0 cm thành 0,020 m.
14. Câu 14. A. Q giữ nguyên, W=Q²/(2C); tăng C gấp đôi thì năng lượng còn một nửa.
15. Câu 15. B. Tụ đã ngắt nguồn không có đường trao đổi điện tích, vì vậy Q được bảo toàn khi thay đổi khoảng cách.
16. Câu 16. B. Bảo toàn điện tích khi nạp làm hai bản mang điện tích trái dấu, cùng độ lớn Q.
17. Câu 17. C. C=εA/d; với A không đổi, d gấp đôi làm điện dung còn một nửa.
18. Câu 18. D. Năng lượng điện của tụ tương ứng với năng lượng của điện trường tạo ra giữa hai bản.

Phần II

1. Câu 1: a) Đúng; b) Đúng; c) Đúng; d) Đúng. Các đường sức điện trong khe tụ phẳng hướng từ bản dương sang bản âm, theo quy ước chiều lực tác dụng lên điện tích thử dương.
2. Câu 2: a) Đúng; b) Đúng; c) Đúng; d) Đúng. Các tụ song song cùng U; W_tổng=½(C₁+C₂)U²=½×9,0 μF×(10 V)²=450 μJ. Trong mạch nối tiếp, điện tích trên các tụ có cùng độ lớn; điện dung tương đương 2,0 μF nhỏ hơn mỗi tụ thành phần.
3. Câu 3: a) Đúng; b) Sai; c) Đúng; d) Đúng. W=6×10⁻⁶×12²/2=432 μJ; tăng U gấp đôi thì W tỉ lệ với U² nên tăng bốn lần.
4. Câu 4: a) Đúng; b) Sai; c) Đúng; d) Đúng. Tụ cô lập giữ Q không đổi; khi nối nguồn, nguồn giữ hiệu điện thế U.

Phần III

1. Câu 1: Điện tích bảo toàn khi ngắt nguồn: Q=4,0×15=60 μC. Sau khi điện môi vào, C′=3×4,0=12 μF, nên U′=Q/C′=60/12=5,0 V.
2. Câu 2: C′=8,0 μF và U=10 V không đổi; W′=C′U²/2=8,0×10²/2=400 μJ.
3. Câu 3: C_b=2,0+5,0=7,0 μF; W=C_bU²/2=7,0×8,0²/2=224 μJ.
4. Câu 4: C_b=4,0×12/(4,0+12)=3,0 μF; Q=C_bU=3,0×18=54 μC trên mỗi tụ nối tiếp.
5. Câu 5: Hai tụ cùng U; Q₅/Q₂=C₅/C₂=5,0/2,0=2,5.
6. Câu 6: W=CU²/2=8,0×5,0²/2=100 μJ.

Tài liệu tham chiếu và phạm vi kiểm chứng

• OpenStax Physics 18.5: Capacitors and Dielectrics — điện dung, tụ phẳng, điện môi và năng lượng điện trường.
• OpenStax College Physics 19.6: Capacitors in Series and Parallel — quy tắc ghép tụ.
• Cục Quản lý chất lượng, Bộ GDĐT: cấu trúc đề thi tốt nghiệp THPT từ năm 2025 — dạng thức trắc nghiệm.
• OpenStax University Physics, vol. 2, §8.1: điện trường trong tụ phẳng hướng từ bản dương sang bản âm.

Phép tính đã được kiểm tra nội bộ; bỏ qua hiệu ứng rìa, rò điện và điện trở dây. Đề còn chờ giáo viên Vật lí thẩm định độc lập.