Giáo án Chương I: Dao động điện từ, sóng điện từ10917

+ Dao động điện từ điều hòa xảy ra trong mạch LC sau khi tụ điện được tích một điện lượng q0 và không có tác dụng điện từ bên ngoài lên mạch.. + Năng lượng điện trường và năng lượng từ

C L E

+

- q

Chương Dao động điện từ, sóng điện từ.

I Hệ thống kiến thức trong chương

1 Mạch dao động, dao động điện từ:

+Mạch dao động là mạch điện gồm tụ điện có điện dung C mắc với cuộn

cảm có hệ số tự cảm L.

Mach lí tưởng khi điện trở thuần của mạch bằng 0.

+ Dao động điện từ điều hòa xảy ra trong mạch LC sau khi tụ điện được tích một điện lượng q0 và không có tác

dụng điện từ bên ngoài lên mạch Đó là dao động điện từ tự do với tần số

LC

1





Biến thiờn điện tớch và dũng điện :

+ Biểu thức của dao động điện từ tự do trong mạch là: q Q  0cos(   t  ) ( ) C

i = q’ = - Q0sin(ωt + φ) = I0cos(t +  + /2), I0 = .Q0; u = U0cos(ωt + φ), U0 = Q0/C

*Dũng điện qua L biến thiờn điều hũa sớm pha hơn điện tớch trờn tụ điện C gúc

2



* Pha ban đầu : Tỡm bằng cỏch giải hệ phương trỡnh   0 0

0

cos

luực 0 sin

t









  

 Phương trỡnh độc lập với thời gian:

L

II Năng lượng điện từ :

Tổng năg lượng điện trường trờn tụ điện và năng lượng tử trường trờn cuộn cảm gọi là năng lượng điện từ

+ Năng lượng điện trường 2

2

2

1

q

Wđ  

- Năng lượng điện trường tập trung ở tụ điện: wđ = cos ( )

2

2 2

c Q

+ Năng lượng từ trường 2

2

1

Li

W t 

- Năng lượng từ trường tập trung ở cuộn cảm: wt = sin ( )

2

2 2

c Q

2 2

2

2 0 2 0 2

C

Q W W

-Trong quá trình dao động điện từ có sự chuyển hoá qua lại giữa năng lượng điện và năng lượng từ của mạch,

tần số dao động là ’ = 2 Tổng của chúng, là năng lượng toàn phần của mạch, có giá trị không đổi.

* Lưu ý:

+ Năng lượng điện từ trường khụng đổi.

+ Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường biến thiờn tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ T/2, tần số

2f.

+ Cứ sau thời gian năng lượng điện lại bằng năng lượng từ.

4 T

+ Hệ thức liờn hệ

L

C U

I0  0 +Dao động của R,L,C là dao động cưỡng bức với “lực cưỡng bức” là hiệu điện thế UAB Hiện tượng cộng

hưởng xảy ra khi ZL=ZC.

+ Cụng suất cần cung cấp để mạch khụng bi tắt dần bằng cụng suất tỏa nhiệt:

L



P

+ Trong mạch RLC có sự toả nhiệt do hiệu ứng Jun - Lenxơ nên năng lượng toàn phần giảm theo thời gian, biên

độ dao động cũng giảm theo và dao động tắt dần Nếu điện trở R của mạch nhỏ, thì dao động coi gần đúng là

tuần hoàn với tần số góc

LC

1



 Nếu bằng một cơ chế thích hợp đưa thêm năng lượng vào mạch trong từng chu kỳ, bù lại được năng lượng tiêu

hao, thì dao động của mạch được duy trì.

 Năng lượng mạch dao động:

Năng lượng điện trường: 1 2 1 1 2

C

q

C

Năng lượng điện trường cực đại:

C

Q

C

Năng lượng từ trường: 1 2 Năng lượng từ trường cực đại:

2

L

1 2

L

Năng lượng điện từ: W = WC + WL

2

q

C



2

2

2 0

1 2

Q

C

 Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường biến thiờn điều hũa với tần số gấp đụi của dũng điện và

điện tớch: 2f; 2  ; và với chu kỳ bằng một nữa chu kỳ của dũng điệnT/2

III ĐIỆN TỪ TRƯỜNG

I Mối quan hệ giữa điện trường và từ trường :

Giả thuyết Mắc xoen về điện từ trường:

Mỗi biến thiên theo thời gian của từ trường, đều sinh ra trong không gian xung quanh một điện trường xoáy

biến thiên theo thời gian, và ngược lại, mỗi biến thiên theo thời gian của một điện trường cũng sinh ra một từ

trường biến thiên theo thời gian trong không gian xung quanh.

Từ trường và điện trường biến thiên theo thời gian và không tồn tại riêng biệt, độc lập với nhau, mà chỉ là biểu

hiện của một trường tổng quát, duy nhất, gọi là điện từ trường.

Điện từ trường là một dạng vật chất đặc biệt tồn tại trong tự nhiên.

- Nếu tại một nơi cú một từ trường biến thiờn theo thời gian thỡ tại nơi đú xuất hiện một điện trường xoỏy

- Nếu tại một nơi cú một điện trường biến thiờn theo thời gian thỡ tại nơi đú xuất hiện một từ trường xoỏy

- Dũng điện dịch: Điện trường biến thiờn theo thời gian làm xuất hiện một từ trường xoỏy Điện trường này

tương đương như một dũng điện gọi là dũng điện dịch.

2 Điện từ trường :

Điện trường biến thiờn và từ trường biến thiờn liờn quan mật thiết với nhau và là hai thành phần của một

trường thống nhất gọi là điện từ trường

Trong điện từ trường : + E,B biến thiờn điều hoà cựng tần số và cựng pha

+ E B vuụng gúc

,

IV SểNG ĐIỆN TỪ

1 Định nghĩa : + Quá trình lan truyền trong không gian của điện từ trường biến thiên tuần hoàn là một quá

trình sóng, sóng đó được gọi là sóng điện từ

2 Đặc điểm súng điện từ :

+ Sóng điện từ truyền cả trong chân không, trong chân không có vận tốc c = 300 000km/s = = 3.108 m/s ; sóng

điện từ mang năng lượng tỉ lệ với luỹ thừa bậc 4 của tần số; là sóng);

- Súng điện từ là súng ngang ngang (các véctơ và vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền E B

sóng

- Dao động của điện trường và từ trường tại 1 điểm luụn đồng pha

- Súng điện từ có đầy đủ tính chất như sóng cơ học: phản xạ, khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ

- Súng điện từ mang năng lượng tỉ lệ với luỹ thừa bậc 4 của tần số;

Súng điện từ bước súng từ vài m đến vài km dựng trong thụng tin vụ tuyến gọi là súng vụ tuyến.

3 Sự truyền súng vụ tuyến trong khớ quyển :

Cỏc phõn tử khụng khớ hấp thụ mạnh súng dài, súng trung, súng cực ngắn tuy nhiờn cố một số vựng súng ngắn

ớt bị hấp thụ.

Súng ngắn phản xạ tốt trờn tầng điện li

Thang súng điện từ

Súng dài > 3000m Bị tầng điện li phản xạ, dựng trong thụng tin truyền thanh truyền hỡnh

trờn mặt đất, thụng tin dưới nước

Súng trung 200m – 3000m Bị tầng điện li phản xạ, dựng trong thụng tin truyền thanh truyền hỡnh

trờn mặt đất

Súng ngắn 1 50m – 200m Bị tầng điện li phản xạ, dựng trong thụng tin truyền thanh truyền hỡnh

trờn mặt đất

Súng ngắn 2 10m – 50m Bị tầng điện li phản xạ, dựng trong thụng tin truyền thanh truyền hỡnh

trờn mặt đất Súng cực ngắn 0,01m – 10m Khụng bị phản xạ ở tầng điện li, truyền thụng qua vệ tinh

Sóng vô tuyến điện được sử dụng trong thông tin liên lạc

Sóng dài ít bị nước hấp thụ nên thông tin dưới nước.

Sóng trung ban ngày tầng điện li hấp thụ, ban đễm phản xạ, nên ban đềm truyền đi được xa trên mặt đất.

Sóng ngắn có năng lượng lớn và được tầng điện li và mắt đất phản xạ nhiều lần nên truyền đi rất xa trên mắt

đất.

Sóng cực ngắn có năng lượng lớn, không bị tầng điện li hấp thụ mà truyền thẳng Dùng để VTTH và thông tin trong vũ trụ.

4 Sự thu và phát sóng điện từ: ở đài phát thanh, dao động cao tần duy trì được trộn với dao động điện tương

ứng mà các thông tin cần truyền đi (âm thanh, hình ảnh) được chuyển đổi thành dao động điện tương ứng được trộn với dao động âm tần gọi là biến điệu (biên độ hoặc tần số) dao cao tần đã được biến điệu sẽ được khuyếch

đại và phát ra từ ăng ten dưới dạng sóng điện từ

ở máy thu thanh, nhờ có ăng ten thu sóng điện từ được anten hấp thụ, qua mạch lọc LC (chọn sóng) sẽ thu

được dao động cao tần đã được biến điệu, và sau đó dao động âm tần lại được tách ra khỏi dao động cao tần biến điệu nhờ quá trình tách sóng, rồi đưa ra loa.

Máy phát hay thu sóng điện từ: chỉ phát hay thu sóng điện từ có tần số bằng tần số riêng của mạch dao động

LC Mỏy phỏt hoặc mỏy thu súng điện từ sử dụng mạch dao động LC thỡ tần số súng điện từ phỏt hoặc thu được bằng tần số riờng của mạch T  2  LC và

LC 2

1 f





Bước súng của súng điện từ thu được c.2 LC.

f

c T c t





2 2 2 1 2

2 2 1

2 2 2 1 2

2 2 1

2 2 2 1 2

1

.

f f f T

T

T T T

ntC























2 2 2 1

2 2 2 1 2

2 2 1 2

2 2 1 2

1

//

f f

f f f T

T T

C

C

















BÀI TẬP Dao động điện từ, sóng điện từ.

CÁC CễNG THỨC CẦN NHỚ VỀ DAO ĐỘNG VÀ SểNG ĐIỆN TỪ

Tần số gúc: Chu kỡ riờng: Tần số riờng:

LC

1



LC T

f



2

1

1 



Bước sĩng điện từ: c T c c.2 LC Với c = 3.108 m/s: Vận tốc ánh sáng

f

   

 Năng lượng mạch dao động:

Năng lượng điện trường: 1 2 1 1 2

C

q

C

Năng lượng điện trường cực đại:

C

Q

C

Năng lượng từ trường: 1 2 Năng lượng từ trường cực đại:

2

L

1 2

L

Năng lượng điện từ: W = WC + WL

2

q

C



2

2

2 0

1 2

Q

C

 Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường biến thiên điều hịa với tần số gấp đơi của dịng điện và điện tích: 2f; 2  ; và với chu kỳ bằng một nữa chu kỳ của dịng điệnT/2

BÀI TẬP

1 Mạch dao động điện từ điều hoà LC có chu kì

A Phụ thuộc vào L, không phụ thuộc vào C B Phụ thuộc vào C, không phụ thuộc vào L.

C Phụ thuộc vào cả L và C D Không phụ thuộc vào L vàC.

2 Mạch dao động điện từ điều hoà gồm cuộn cảm L và tụ điện C khi tăng điện dung của tụ điện lên 4 lần

thì chu kì dao động của mạch

A Tăng lên 4 lần B Tăng lên 2 lần C Giảm đi 4 lần D Giảm đi 2 lần.

3 Mạch dao động điện từ điều hoà gồm cuộn cảm L và tụ điện C Khi tăng độ tự cảm của cuộn cảm lên 2

lần và giảm điện dung của tụ điện đi 2 lần thì tần số dao động của mạch

A Không đổi B Tăng 2 lần C Giảm 2 lần D Tăng 4 lần.

4 Mạch dao động điện từ gồm tụ điện C và cuộn cảm L, dao động tự do với tần số góc

LC

2



LC

1





5 Cường độ dòng điện tức thời trong mạch dao động LC có dạng I = 0,05cos2000t (A) Tần số góc dao

động của mạch là:

A 318,5 rad/s B 318,5 Hz C 2000 rad/s D 2000 Hz.

6 Mạch dao động LC gồm cuộn cảm có độ tự cả L = 2 mH và tụ điện có điện dung C = 2pF, (lấy 2 10) Tần số dao động của mạch là

A f = 2,5 Hz B f = 2,5 MHz C f = 1 Hz D f = 1 MHz

7 Cường độ dòng điện tức thời trong mạch dao động LC có dạng I = 0,02 sin 2000t (A) Tụ điện trong

mạch có điện dung 5F Độ tự cảm của cuộn cảm là

A L = 50 mH B L = 50 H C L = 5.10 – 6 H D L = 5.10 – 8 H.

8 Mạch dao động điện từ điều hoà LC gồm tụ điện C = 30nF và cuộn cảm L = 25 mH Nạp điện cho tụ

điện đến đến hiệu điện thế 4,8 V rồi cho tụ phóng điện qua cuộn cảm, cường độ dòng điện hiệu dụng trong mạch là

A I = 3,72 mA B I = 4,28 mA C I = 5,20 mA D I = 6,34 mA.

9 mạch dao động LC có điện tích trong mạch biến thiên điều hoà theo phương trình q = 4 sin (2.104t)

C Tần số dao động của mạch là

A f = 10 Hz B f = 10 kHz C f = 2  Hz D f = 2 kHz 

10 Mạch dao động điện từ gồm tụ điện C = 16 nF và cuộn cảm L = 25 mH Tần số góc dao động của mạchø

A 200Hz B 200rad/s C 5.105 Hz D 5.104 rad/s

11 Tụ điện của mạch dao động có điện dung C = 1F, ban đầu được tích điện đến hiệu điện thế 100V,

sau đó cho mạch thực hiện dao động điện từ tắt dần Năng lượng mất của mạch từ khi bắt đầu thực hiện

dao động đến khi dao động điện từ tắt hẳn là bao nhiêu?

A W10mJ B W5mJ C W10kJ D W5kJ.

12 Người ta dùng cách nào sau đây để duy trì dao động điện từ trong mạch với tần số riêng của nó?

A Đặt vào mạch một hiệu điện thế xoay chiều B Đặt vào mạch một hiệu điện thế một chiều không đổi.

C Dùng máy phát dao động điện từ điều hoà D Tăng thêm điện trở của mạch dao động.

13 Phát biểu nào sau đây là không đúng

A Một từ trường biến thiên tuần hoàn theo thời gian, nó sinh ra một điện trường xoáy.

B Một điện trường biến thiên tuần hoàn theo thời gian, nó sinh nó sinh ra một từ trường xoáy.

C Một từ trường biến thiên tăng dần đều theo thời gian, nó sinh ra một điện trường xoáy biến thiên.

D Điện từ trường biến thiên tuần hoàn theo thời gian, lan truyền trong không gian với vận tốc ánh sáng.

14 Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A Dòng điện đẫn là đòng chuyển động có hướng của các điện tích.

B Dòng điện dịch là do điện trường biến thiên sinh ra.

C Có thể dùng ampe kế để đo trực tiếp dòng điện dẫn

D Có thể dùng ampe kế để đo trực tiếp dòng điện dịch

15 Phát biểu nào sau đây là không đúng khi nói về điện từ trường ?

A Khi một điện trường biến thiên theo thời gian, nó sinh ra một từ trường xoáy.

B Điện trường xoáy là điện trường có các đường sức là những đường cong không khép kín.

C Khi một từ trường biến thiên theo thời gian, nó sinh ra một điện trường xoáy.

D Điện từ trường có các đường sức từ bao quanh các đường sức điện.

16 Phát biểu nào sau đây về tính chất của sóng điện từ là không đúng ?

A Sóng điện từ là sóng ngang B Sóng điện từ mang năng lượng.

C Sóng điện từ có thể phản xạ, khúc xạ, giao thoa D Sóng điện từ không truyền được trong chân không.

17 Phát biểu nào sau đây về tính chất của sóng điện từ là không đúng ?

A Sóng điện từ là sóng ngang B Sóng điện từ mang năng lượng.

C Sóng điện từ có thể phản xạ, khúc xạ, giao thoa D Vận tốc sóng điện từ gần bằng vận tốc ánh sáng.

18 Hãy chọn câu đúng.

A Điện từ trường do một tích điểm dao động sẽ lan truyền trong không gian dưới dạng sóng.

B Điện tích dao động không thể bức xạ sóng điện từ.

C Vận tốc của sóng điện từ trong chân không nhỏ hơn nhiều vận tốc ánh sáng trong chân không.

D tần số của sóng điện từ chỉ bằng nửa tần số dao động của điện tích.

19 Sóng điện từ nào sau đây có khả năng xuyên qua tần điện li?

A Sóng dài B Sóng trung C Sóng ngắn D Sóng cực ngắn.

20 Sóng điện từ nào sau đây bị phản xạ mạnh nhất ở tầng điện li ?

A Sóng dài B Sóng trung C Sóng ngắn.D Sóng cực ngắn.

21 Sóng điện từ nào sau đây được dùng trong việc truyền thông tin trong nước ?

A Sóng dài B Sóng trung C Sóng ngắn D Sóng cực ngắn.

22 Sóng nào sau đây được dùng trong truyền hình bằng sóng vô tuyến điện

A Sóng dài B Sóng trung C Sóng ngắn D Sóng cực ngắn.

23 Nguyên tắc thu sóng điện từ dự vào:

A Hiện tượng cộng hưởng điện trong mạch LC B Hiện tượng bức xạ sóng điện từ của mạch dao động hở.

C Hiện tượng hấp thụ sóng điện từ của môi trường D Hiện tượng giao thoa sóng điện từ.

24 Sóng điện từ trong chân không có tần số f = 150 kHz, Bước sóng của sóng điện từ đó là

A   2000 m B   2000 km C   1000 m D   1000 km.

25 Mạch chọn sóng của máy thu vô tuyến điện gồm tụ điện C = 880 pFva2 cuộn cảm L = 20 H Bước sóng điện từ mà mạch thu được là

A   100 m B   150 m C   250 m D   500 m.

26 Mạch chọn sóng ở đầu vào của máy thu vô tuyến điện gồm tụ điện C = 1nF và cuộn cảm L = 100 H (lấy 2 10).Bước sóng điện từ mà mạch thu được là

A 300m B 600m C.300 km D 1000m

27 Một mạch dao động gồm một cuộn cảm có độ tự cảm L = 1mH và một tụ điện có điện dung C = 0,1

Mạch thu được sóng điện từ có tần số nàosau đây ?

F



A 31830,9 Hz B 15915,5 Hz C 503,292 Hz D 15,9155 Hz.

28 Khi mắc tụ điện có điện dung C1 với cuộn cảm L thì mạch thu được sóng có bước sóng 1  60 m; khi mắc tụ điện có điện dung C2 với cuộn L thì mạch thu được sóng có bước sóng 1 80 m Khi mắc nối tiếp

C1 và C2 với cuộn L thì mạch thu được sóng có bước sóng là bao nhiêu ?

A   48 m B   70 m C   100 m D   140 m.

29 Khi mắc tụ điện có điện dung C1 với cuộn cảm L thì mạch thu được sóng có bước sóng 1  60 m; khi mắc tụ điện có điện dung C2 với cuộn L thì mạch thu được sóng có bước sóng 1 80 m Khi mắc C1 và

C2 song song với cuộn L thì mạch thu được sóng có bước sóng là bao nhiêu ?

A   48 m B   70 m C   100 m D   140 m.

30 Khi mắc tụ điện có điện dung C1 với cuộn cảm L thì tần số dao động của mạch là f1 = 6 kHz; khi mắc tụ điện có điện dung C2 với cuộn L thì tần số dao động của mạch là f2 = 8 kHz Khi mắc C1 song song C2 với với cuộn L thì tần số dao động của mạch là bao nhiêu ?

A 4,8 kHz B.7 kHz C 10kHz D 14kHz

Đáp án