Dòng điện trong chất khí (Lý thuyết + 23 bài tập có lời giải)
Toptailieu.vn xin giới thiệu sơ lược Lý thuyết Dòng điện trong chất khí Vật Lí 11 chọn lọc, hay nhất giúp học sinh lớp 11 ôn luyện để nắm chắc kiến thức cơ bản và đạt kết quả cao trong các bài thi môn Vật Lí.
Mời các bạn đón xem:
Dòng điện trong chất khí (Lý thuyết + 23 bài tập có lời giải)
I. Lý thuyết Dòng điện trong chất khí
1. Chất khí là môi trường cách điện
Chất khí không dẫn điện vì các phân tử khí đều ở trạng thái trung hòa điện, do đó trong chất khí không có các hạt tải điện.
2. Sự dẫn điện của chất khí trong điều kiện thường
– Trong chất khí cũng có nhưng rất ít các hạt tải điện.
– Khi dùng ngọn đèn ga để đốt nóng chất khí hoặc chiếu vào chất khí chùm bức xạ tử ngoại thì trong chất khí xuất hiện các hạt tải điện. Khi đó chất khí có khả năng dẫn điện.
3. Bản chất dòng điện trong chất khí
a) Sự ion hóa chất khí và tác nhân ion hóa
Lý thuyết Dòng điện trong chất khí | Chuyên đề: Lý thuyết – Bài tập Vật Lý 11 có đáp án
– Ngọn lửa ga, tia tử ngoại của đèn thủy ngân trong thí nghiệm trên được gọi là tác nhân ion hóa. Tác nhân ion hóa đã ion hóa các phân tử khí thành các ion dương, ion âm và các electron tự do.
– Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương theo chiều điện trường và các ion âm ngược chiều điện trường.
– Khi mất tác nhân ion hóa, các ion dương, ion âm và các electron trao đổi điện tích với nhau hoặc với điện cực để trở thành các phân tử khí trung hòa nên chất khí trở thành không dẫn điện.
b) Quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí
– Quá trình dẫn điện của chất khí nhờ có tác nhân ion hóa gọi là quá trình dẫn điện không tự lực. Nó chỉ tồn tại khi ta tạo ra hạt tải điện trong khối khí giữa hai bản cực và biến mất khi ta ngừng việc tạo ra hạt tải điện.
– Quá trình dẫn điện không tự lực không tuân theo định luật Ôm.
Lý thuyết Dòng điện trong chất khí | Chuyên đề: Lý thuyết – Bài tập Vật Lý 11 có đáp án
Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của I theo U trong quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí
c) Hiện tượng nhân số hạt tải điện trong chất khí trong quá trình dẫn điện không tự lực
Hiện tượng tăng mật độ hạt tải điện trong chất khí do dòng điện chạy qua gây ra gọi là hiện tượng nhân số hạt tải điện.
4. Quá trình dẫn điện tự lực trong chất khí và điều kiện để tạo ra quá trình dẫn điện tự lực
– Quá trình dẫn điện của chất khí có thể tự duy trì, không cần ta chủ động tạo ra hạt tải điện, gọi là quá trình dẫn điện (phóng điện) tự lực.
– Có bốn cách chính để dòng điện có thể tạo ra hạt tải điện mới trong chất khí:
+ Dòng điện chạy qua chất khí làm nhiệt độ khí tăng rất cao, khiến phân tử khí bị ion hóa.
+ Điện trường trong chất khí rất lớn, khiến phân tử khí bị ion hóa ngay khi nhiệt độ thấp.
+ Catot bị dòng điện nung nóng đỏ, làm cho nó có khả năng phát ra electron. Hiện tượng này gọi là hiện tượng phát xạ nhiệt electron.
+ Catot không nóng đỏ nhưng bị các ion dương có năng lượng lớn đập vào làm bật electron khỏi catot trở thành hạt tải điện.
5. Tia lửa điện và điều kiện tạo ra tia lửa điện
a) Định nghĩa
Tia lửa điện là quá trình phóng điện tự lực trong chất khí đặt giữa hai điện cực khi điện trường đủ mạnh để biến phân tử khí trung hòa thành ion dương và electron tự do.
b) Điều kiện để tạo ra tia lửa điện
Hiệu điện thế U (V)
Khoảng cách đánh tia điện
Cực phẳng (mm)
Mũi nhọn (mm)
20 000
6,1
15,5
40 000
13,7
45,5
100 000
36,7
220
200 000
75,3
410
300 000
114
600
c) Ứng dụng
– Tia lửa điện dùng phổ biến trong động cơ nổ để đốt xilanh. Bộ phân để tạo ra tia lửa điện là bugi, thực chất đó chỉ là hai điện cực đặt cách vào cỡ vài phần mười milimet trên một khối sứ cách điện.
– Giải thích hiện tượng sét trong tự nhiên:
6. Hồ quang điện và điều kiện tạo ra hồ quang điện
a) Định nghĩa
– Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp đặt giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn.
– Hồ quang điện có thể kèm theo tỏa nhiệt và tỏa sáng rất mạnh.
b) Điều kiện tạo ra hồ quang điện
Dòng điện qua chất khí giữ được nhiệt độ cao của catot để catot phát được electron bằng hiện tượng phát xạ nhiệt electron.
c) Ứng dụng
Hồ quang điện có nhiều ứng dụng như hàn điện, làm đèn chiếu sáng, đun chảy vật liệu…
II. Bài tập Dòng điện trong chất khí
Câu 1. Dòng điện trong chất khí là dòng dịch chuyển có hướng của các
A. electron theo chiều điện trường
B. ion dương theo chiều điện trường và ion âm ngược chiều điện trường
C. ion dương theo chiều điện trường, ion âm và electron ngược chiều điện trường
D. ion dương ngược chiều điện trường, ion âm và electron theo chiều điện trường
Chọn C.
Dòng điện trong chất khí là dòng dịch chuyển có hướng của các ion dương theo chiều điện trường, ion âm và electron ngược chiều điện trường.
Câu 2. Trong các phát biểu sau, phát biểu nào sai ?
A. Ở điều kiện bình thường không khí là điện môi
B. Khi bị đốt nóng không khí dẫn điện
C. Những tác nhân bên ngoài gây nên sự ion hóa chất khí gọi là tác nhân ion hóa
D. Dòng điện trong chất khí tuân theo định luật Ôm
Chọn D.
Dòng điện trong chất khí không tuân theo định luật Ôm.
Câu 3. Khi nói về sự phụ thuộc của cường độ dòng điện trong chất khí vào hiệu điện thế, nhận xét nào sau đây là sai ?
A. Khi tăng dần hiệu điện thế từ giá trị 0 đến Uc sự phóng điện chỉ xảy ra khi có tác nhân ion hóa, đó là sự phóng điện không tự lực
B. Khi Uc ≥ U ≥ Ub , cường độ dòng điện đạt giá trị bão hòa dù U có tăng
C. Khi U > Uc thì cường độ dòng điện giảm đột ngột
D. Đường đặc tuyến vôn – ampe không phải là đường thẳng
Chọn C.
Khi U > Uc, cường độ dòng điện tăng nhanh.
Câu 4. Trong các phát biểu sau, phát biểu nào sai ?
A. Trong quá trình phóng điện thành tia chỉ có sự ion hóa do va chạm
B. Sự phóng điện trong chất khí thường kèm theo sự phát sáng
C. Trong không khí tia lửa điện hình thành khi có điện trường rất mạnh cỡ 3.106 V/m
D. Hình ảnh tia lửa điện không liên tục mà gián đoạn
Chọn A.
Trong quá trình phòng điện thành tia ngoài sự ion hóa do va chạm (do có điện trường rất mạnh) còn có sự ion hóa do tác dụng của bức xạ phát ra trong tia lửa điện.
Câu 5. Khi nói về sự phụ thuộc của cường độ dòng điện vào hiệu điện thế trong quá trình dẫn điện không tự lực của chất khí, điều nào dưới đây là sai ?
A. Khi U nhỏ, I tăng theo U
B. Khi U đủ lớn, I đạt giá trị bão hòa
C. U quá lớn, thì I tăng nhanh theo U
D. Với mọi giá trị của U, thì I tăng tỉ lệ thuận
Chọn D.
Đặc tuyến vôn – ampe trong quá trình dẫn điện của chất khí không phải đường thẳng nên U, I không tỉ lệ thuận với nhau.
Câu 6. Chọn một đáp án sai
A. Sự dẫn điện của chất khí là tự lực nếu nó có thể xảy ra và duy trì khi đốt nóng mạnh chất khí, và duy trì tác nhân
B. Sự dẫn điện của chất khí là tự lực nếu nó có thể xảy ra và duy trì khi đốt nóng mạnh chất khí, rồi ngừng tác nhân
C. chất khí phóng điện tự lực khi có tác dụng của điện trường đủ mạnh ion hóa khí, tách phân tử khí thành ion dương và electron tự do
D. Trong quá trình phóng điện thành tia, ngoài sự ion hóa do va chạm còn có sự ion hóa do tác dụng của bức xạ có trong tia lửa điện
Chọn D.
Đặc tuyến vôn – ampe trong quá trình dẫn điện của chất khí không phải đường thẳng nên U, I không tỉ lệ thuận với nhau.
Câu 7. Khi nói về dòng điện trong chất khí, phát biểu nào dưới đây đúng ?
A. Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các ion dương và âm
B. Dòng điện trong chất khí không phụ thuộc vào hiệu điện thế
C. Cường độ dòng điện trong chất khí ở áp suất thường tăng lên khi hiệu điện thế tăng
D. Dòng điện chạy qua không khí ở hiệu điện thế thấp khi không khí được đốt nóng, hoặc chịu tác dụng của tác nhân ion hóa
Chọn D.
Dòng điện chạy qua không khí ở hiệu điện thế thấp khi không khí được đốt nóng, hoặc chịu tác dụng của tác nhân ion hóa.
Câu 8. Hiện tượng nào sau đây có sự phát xạ nhiệt electron ?
A. Tia lửa điện
B. Sét
C. Hồ quang điện
D. Hồ quang điện và sét
Chọn C.
Hiện tượng hồ quang điện có sự phát xạ nhiệt electron.
Câu 9. Sự phóng điện thành miền của chất khí xảy ra trong các điều kiện nào ?
A. Áp suất cao cỡ chục atm; hiệu điện thế thấp cỡ chục vôn
B. Áp suất ở đktc, hiệu điện thế cao cỡ kilôvôn
C. Áp suất thấp dưới 1 mmHg, hiệu điện thế cỡ trăm vôn
D. Áp suất cao cỡ hàng chục atm; hiệu điện thế cao cỡ kilôvôn
Chọn C.
Sự phóng điện thành miền của chất khí xảy ra ở áp suất thấp dưới 1 mmHg, hiệu điện thế cỡ trăm vôn.
Câu 10. Sự phóng điện thành miền, nếu giảm áp suất rất thấp cỡ 10-3 mmHg thì có hiện tượng gì?
A. Miền tối catốt giảm bớt
B. Cột sáng anốt chiếm toàn bộ ống khí
C. Miền tối catốt chiếm toàn bộ ống khí
D. Cột sáng anốt giảm bớt
Chọn C.
Trong sự phóng điện thành miền, nếu giảm áp suất rất thấp cỡ mmHg thì miền tối catốt chiếm toàn bộ ống khí.
Câu 11. Hiện tượng hồ quang điện được ứng dụng
A. trong kĩ thuật hàn điện
B. trong kĩ thuật mạ điện
C. trong điốt bán dẫn
D. trong ống phóng điện tử
Chọn A.
Hiện tượng hồ quang điện được ứng dụng trong kĩ thuật hàn điện.
Câu 12. Trong các cách dưới đây, cách nào dưới đây tạo ra tia lửa điện ?
A. Nung nóng không khí giữa hai đầu tụ điện được tích điện
B. Đặt vào hai đầu của hai thanh than một hiệu điện thế khoảng 40 V đến 50 V
C. Tạo một điện trường rất lớn khoảng 3.106 V/m trong chân không
D. Tạo một điện trường rất lớn khoảng 3.106 V/m trong không khí
Chọn D.
Tạo một điện trường rất lớn khoảng 3.106 V/m trong không khí.
Câu 13. Phát biểu nào sau đây là đúng ?
A. Hiệu điện thế gây ra sét chỉ có thể lên tới hàng triệu vôn
B. Hiện tượng hồ quang điện chỉ xảy ra khi hiệu điện thế đặt vào các cặp cực của thanh than khoảng V
C. Cường độ dòng điện trong chất khí luôn luôn tuân theo định luật Ôm
D. Tia catốt là dòng chuyển động của các electron bứt ra từ catốt
Chọn D.
Tia catốt là dòng chuyển động của các electron bứt ra từ catốt.
Câu 14. Khi tạo ra hồ quang điện, ban đầu ta cần phải cho hai đầu thanh than chạm vào nhau để
A. tạo ra cường độ điện trường rất lớn
B. tăng tính dẫn điện ở chỗ tiếp xúc của hai thanh than
C. làm giảm điện trở ở chỗ tiếp xúc của hai thanh than đi rất nhỏ
D. làm tăng nhiệt độ ở chỗ tiếp xúc của hai thanh than lên rất lớn
Chọn D.
Khi tạo ra hồ quang điện, ban đầu ta cần phải cho hai đầu thanh than chạm vào nhau để làm tăng nhiệt độ ở chỗ tiếp xúc của hai thanh than lên rất lớn.
Câu 15. Cho phóng điện qua chất khí ở áp suất thấp, giữa 2 điện cực cách nhau 30 cm. Quãng đường bay tự do của electron là 5 cm. Cho rằng năng lượng e nhận được trên quãng đường bay tự do đủ để ion hóa chất khí, hãy tính xem một electron đưa vào trong chất khí có thể sinh ra tối đa bao nhiêu hạt tải điện ?
A. 126 hạt
B. 16 hạt
C. 127 hạt
D. 100 hạt
Chọn A.
Cứ sau một quãng đường tự do, e sẽ va chạm với một nguyên tử và tạo thành 2 e và một ion dương. Vậy sau quãng đường giữa hai bản cực là 30 cm = 6.5 cm, số hạt mang điện sinh ra trong môi trường giữa hai điện cực là: 26 + 25 + 24 + 23 + 22 + 21 = 126 hạt.
Câu 16. Bản chất dòng điện trong chất khí là:
A. Dòng chuyển dời có hướng của các iôn dương theo chiều điện trường và các iôn âm, electron ngược chiều điện trường.
B. Dòng chuyển dời có hướng của các iôn dương theo chiều điện trường và các iôn âm ngược chiều điện trường
C. Dòng chuyển dời có hướng của các iôn dương theo chiều điện trường và các electron ngược chiều điện trường.
D. Dòng chuyển dời có hướng của các electron theo ngược chiều điện trường.
D. Dòng chuyển dời có hướng của các electron theo ngược chiều điện trường.
Chọn A
– Bản chất dòng điện trong chất khí là dòng chuyển dời có hướng của các iôn dương theo chiều điện trường và các iôn âm, electron ngược chiều điện trường.
– Bản chất dòng điện trong chất điện phân là dòng chuyển dời có hướng của các iôn dương theo chiều điện trường và các iôn âm ngược chiều điện trường.
– Bản chất dòng điện trong kim loại là dòng chuyển dời có hướng của các electron theo ngược chiều điện trường.
Câu 17. Phát biểu nào sau đây là đúng?
A. Hạt tải điện trong chất khí chỉ có các các iôn dương và ion âm.
B. Dòng điện trong chất khí tuân theo định luật Ôm.
C. Hạt tải điện cơ bản trong chất khí là electron, iôn dương và iôn âm.
D. Cường độ dòng điện trong chất khí ở áp suất bình thường tỉ lệ thuận với hiệu điện thế.
Chọn C
Hạt tải điện cơ bản trong chất khí là electron, iôn dương và iôn âm.
Câu 18. Phát biểu nào sau đây là đúng?
A. Dòng điện trong kim loại cũng như trong chân không và trong chất khí đều là dòng chuyển động có hướng của các electron, ion dương và ion âm.
B. Dòng điện trong kim loại là dòng chuyển động có hướng của các electron. Dòng điện trong chân không và trong chất khí đều là dòng chuyển động có hướng của các iôn dương và iôn âm.
C. Dòng điện trong kim loại và trong chân không đều là dòng chuyển động có hướng của các electron. Dòng điện trong chất khí là dòng chuyển động có hướng của các electron, của các iôn dương và iôn âm.
D. Dòng điện trong kim loại và dòng điện trong chất khí là dòng chuyển động có hướng của các electron. Dòng điện trong chân không là dòng chuyển động có hướng của các iôn dương và iôn âm.
Chọn C
Câu 19. Hiện tượng hồ quang điện được ứng dụng
A. trong kĩ thuật hàn điện.
B. trong kĩ thuật mạ điện.
C. trong điốt bán dẫn.
D. trong ống phóng điện tử.
Chọn A
Kĩ thuật hàn kim loại thường được hàn bằng hồ quang điện.
Câu 20. Cách tạo ra tia lửa điện là
A. Nung nóng không khí giữa hai đầu tụ điện được tích điện.
B. Đặt vào hai đầu của hai thanh than một hiệu điện thế khoảng 40 đến 50V.
C. Tạo một điện trường rất lớn khoảng 106 V/m trong chân không.
D. Tạo một điện trường rất lớn khoảng 106 V/m trong không khí.
Chọn D
Cách tạo ra tia lửa điện là tạo một điện trường rất lớn khoảng 3.106 V/m trong không khí.
Câu 21. Khi tạo ra hồ quang điện, ban đầu ta cần phải cho hai đầu thanh than chạm vào nhau để
A. Tạo ra cường độ điện trường rất lớn.
B. Tăng tính dẫn điện ở chỗ tiếp xúc của hai thanh than.
C. Làm giảm điện trở ở chỗ tiếp xúc của hai thanh than đi rất nhỏ.
D. Làm tăng nhiệt độ ở chỗ tiếp xúc của hai thanh than lên rất lớn.
Chọn D
Khi chập hai thỏi than với nhau, nhiệt độ ở chỗ tiếp xúc rất lớn để tạo ra các hạt tải điện trong vùng không khí xung quanh hai đầu thỏi than.
Câu 22. Phát biểu nào sau đây là đúng?
A. Hiệu điện thế gây ra sét chỉ có thể lên tới hàng triệu vôn.
B. Hiện tượng hồ quang điện chỉ xảy ra khi hiệu điện thế đặt vào các cặp cực của thanh than khoảng 104V.
C. Cường độ dòng điện trong chất khí luôn luôn tuân theo định luật Ôm.
D. Tia catốt là dòng chuyển động của các electron bứt ra từ catốt.
Chọn D
Tia catốt là dòng chuyển động của các electron bứt ra từ catốt.
Câu 23. Đối với dòng điện trong chân không, khi catôt bị nung nóng đồng thời hiệu điện thế giữa hai đầu anốt và catốt của bằng 0 thì
A. Giữa anốt và catốt không có các hạt tải điện.
B. Có các hạt tải điện là electron, iôn dương và iôn âm.
C. Cường độ dòng điện chạy chạy mạch bằng 0.
D. Cường độ dòng điện chạy chạy mạch khác 0.
Chọn C
Khi UAK = 0 thì cường độ dòng điện trong chân không là I = 0.
