(SKKN 2022) mô tả bằng hình ảnh và diễn giải chi tiết để học sinh không nhầm lẫn các đặc điểm tính chất của sóng điện từ

Chủ đề "Sóng điện từ" không phải là một chủ đề khó của chương trình Vật lý 12, tuy nhiên trong quá trình hình dạy học và ôn tập chương này cho học sinh, tôi nhận thấy các câu hỏi ôn tập

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ

TRƯỜNG THPT HÀM RỒNG

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

TÊN ĐỀ TÀI

MÔ TẢ BẰNG HÌNH ẢNH VÀ DIỄN GIẢI CHI TIẾT ĐỂ

CHẤT CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ

Người thực hiện: Nguyễn Thái Quyết Chức vụ: Giáo viên

SKKN thuộc lĩnh mực (môn): Vật lí

THANH HOÁ NĂM 2022

MỤC LỤC

1 MỞ ĐẦU

1.1 Lí do chọn đề tài.

Chủ đề "Sóng điện từ" không phải là một chủ đề khó của chương trình Vật

lý 12, tuy nhiên trong quá trình hình dạy học và ôn tập chương này cho học sinh, tôi nhận thấy các câu hỏi ôn tập và các đề thi thử của các trường thường kết hợp các nội dung của sách giáo khoa nâng cao và sách giáo khoa cơ bản Việc này làm cho học sinh cảm thấy lúng túng, khó xác định đúng sai và nhầm lẫn Vì vậy trong quá trình trình giảng dạy, tôi đã hướng dẫn học sinh ôn tập lý thuyết và bài tập để học sinh có thể hạn chế nhầm lẫn và hiểu rõ các đặc điểm, tính chất của sóng điện từ, tránh tình trạng mất điểm một số câu hỏi mức độ nhận biết, thông hiểu và vận dụng của phần này trong các kỳ thi

1.2 Mục đích nghiên cứu.

− Hướng dẫn học sinh tự ôn tập lý thuyết

− Hướng dẫn học sinh hiểu rõ các đặc điểm, tính chất của từng loại sóng điện từ

− Hướng dẫn học sinh làm bài tập dựa trên các đặc điểm, tính chất chất của sóng điện từ

− Hạn chế tình trạng học sinh mất điểm các câu về đặc điểm, tính chất sóng

vô tuyến nói riêng và sóng điện từ nói chung

1.3 Đối tượng nghiên cứu.

Trong đề tài, tôi nghiên cứu:

− Cách nhận biết, phân biệt các đặc điểm, tính chất chung của song điện từ

và của từng loại sóng vô tuyến qua lý thuyết và hình ảnh

− Cách sắp xếp bài tập theo đặc điểm, tính chất của sóng điện từ

1.4 Phương pháp nghiên cứu.

- Phương pháp nghiên cứu xây dựng cơ sở lí thuyết dựa trên:

+ Chương trình Vật lí trung học phổ thông

+ SGK Vật lí 12 Cơ bản ; SGK Vật lí 12 Nâng cao

+ Đề thi THPTQG, đề thi THTHPT, đề thi tham khảo của Sở GD và các trường phổ thông trong tỉnh

+ Tổng hợp lý thuyết từ SGK và các nguồn tài liệu ngoài SGK

− Phương pháp thực nghiệm giáo dục

2 NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm.

a) Sóng điện từ: Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian b) 6 đặc điểm của sóng điện từ

1) Sóng điện từ lan truyền được trong chân không với tốc độ lớn nhất c ≈

3.108m/s Sóng điện từ lan truyền được trong các điện môi, tốc độ sóng điện từ trong điện môi phụ thuộc vào hằng số điện môi

2) Sóng điện từ là sóng ngang: E⊥ ⊥B c

r r r

và tạo thành tam diện thuận

3) Trong sóng điện từ thì dao động của điện trường và của từ trường tại một điểm luôn luôn đồng pha với nhau

4) Khi sóng điện từ gặp mặt phân cách giữa hai môi trường thì nó bị phản xạ

và khúc xạ như ánh sáng

5) Sóng điện từ mang năng lượng

6) Sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài kilomet được dùng trong thông tin liên lạc vô tuyến gọi là sóng vô tuyến:

+ Sóng cực ngắn (0,01 − 10 m)

+ Sóng ngắn (10 − 100 m)

+ Sóng trung (100 − 1000 m)

+ Sóng dài (trên 1000 m)

c) Sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển

- Không khí hấp thụ rất mạnh các sóng dài, sóng trung và sóng cực ngắn

- Không khí cũng hấp thụ mạnh các sóng ngắn Tuy nhiên, trong một số vùng tương đối hẹp, các sóng có bước sóng ngắn hầu như không bị hấp thụ Các vùng này gọi là các dải sóng vô tuyến

d) Sự phản xạ của sóng ngắn trên tầng điện li

- Sóng ngắn phản xạ rất tốt trên tầng điện li cũng như trên mặt đất và mặt nước biển như ánh sáng

(Trích SGK Vật lí 12 Cơ bản − NXBGD)

2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm.

− Học sinh thường băn khoăn về các tính chất chồng chéo, quá tổng quát, trong khi một số câu hỏi lại riêng biệt về từng loại sóng điện từ

− Khảo sát học sinh bằng bài kiểm tra về chủ đề "Sóng điện từ" đối với học sinh các lớp trực tiếp giảng dạy

+ Số câu: 32 (NB: 10 ; TH: 10 ; VD: 10; VDC: 2)

+ Thời gian: 45 phút

− Kết quả khảo sát như sau:

Bảng kết quả khảo sát trước khi áp dụng SKKN

− Có thể thấy, ở cả ba mức độ, vẫn còn những câu hỏi mà học sinh không có phương án trả lời đúng Các câu này hầu như đều rơi vào đặc điểm và tính chất của sóng điện từ

2.3 Các giải pháp đã sử dụng để giải quyết vấn đề.

2.3.1 Hướng dẫn học sinh có cái nhìn toàn cảnh về chương "Dao động và sóng điện từ"

− Để học sinh có mạch tư dy tốt hơn, tôi dùng sơ đồ sau:

Hình 1: Toàn cảnh chương "Dao động và sóng điện từ"

− Về cơ bản, sóng điện từ có sự tương đồng với sóng cơ học Để học đầy đủ

về sóng cơ học thì bao gồm:

+ Nguồn sóng

+ Bản chất sóng điện từ

+ Đặc điểm, tính chất của sóng điện từ

+ Môi trường truyền sóng

+ Ứng dụng

Mỗi một bài, mỗi một phần của SGK đều trình bày về các nội dung tương ứng như trên

2.3.2 Hướng dẫn học sinh tự viết lại các nội dung cơ bản theo sơ đồ

− Sau khi học sinh có các nhìn toàn cảnh về chương "Dao động và sóng điện

từ, cần hướng dẫn học sinh tự tóm lược các nội dung chính của từng phần Nội

dung hướng dẫn học sinh tự tóm lược trong Hình 2 (trang 4).

− Sau khi học sinh hoàn thành tóm lược, cần kiểm tra, bổ sung sửa chữa các nội dung đã viết Các nội dung chính mà học sinh cần hoàn thành gồm:

a) Nguồn sóng: nhiều nguồn khác nhau, điển hình là mạch LC:

− Cấu tạo chính: gồm cuộn dây mắc với tụ điện thành mạch kín

− Các công thức tính toán: liên hệ giữa các giá trị cực đại, giữa pha và giữa các giá trị hiệu dụng của các đại lượng u, i, q:

+ Q0 = CU0

+ I0 = ωQ0

+ u cùng pha q ; u và q trễ pha 2

π

so với i

− Các công thức năng lượng để xây dựng nhanh công thức mới

2 0

2 2

0

2 0

2

2 2

2

2 2

CU

Cu Q

C

C

Q U

qu LI







b) Điện từ trường:

− Từ trường biến thiên sinh ra điện trường xoáy biến thiên và ngược lại

− Điện trường và từ trường là hai thành phần liên quan đến nhau của trường điện từ

Hình 2 − Sơ đồ hướng dẫn học sinh tự tóm lược lý thuyết

c) 6 đặc điểm và tính chất sóng điện từ

− Đặc điểm về tốc độ và môi trường truyền sóng: Sóng điện từ lan truyền

được trong chân không với tốc độ lớn nhất c ≈ 3.108m/s Sóng điện từ lan truyền được trong các điện môi, tốc độ sóng điện từ trong điện môi phụ thuộc vào hằng số điện môi

− Đặc điểm về kiểu − loại sóng: Sóng điện từ là sóng ngang: E⊥ ⊥B c

r r r

và tạo thành tam diện thuận

− Đặc điểm về pha: Trong sóng điện từ thì dao động của điện trường và của

từ trường tại một điểm luôn luôn đồng pha với nhau

− Đặc điểm của ánh sáng: Khi sóng điện từ gặp mặt phân cách giữa hai môi

trường thì nó bị phản xạ và khúc xạ như ánh sáng

− Đặc điểm về năng lượng: Sóng điện từ mang năng lượng.

− Đặc điểm về ứng dụng: Sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài

kilomet được dùng trong thông tin liên lạc vô tuyến gọi là sóng vô tuyến:

+ Sóng cực ngắn (0,01 − 10 m) + Sóng ngắn (10 − 100 m)

+ Sóng trung (100 − 1000 m) + Sóng dài (trên 1000 m)

d) Ứng dụng của sóng vô tuyến:

− Truyền thông tin

− Môi trường sử dụng: không khí, chân không, điện môi, điện ly

− Đặc điểm truyền sóng điện từ trong từng môi trường

2.3.3 So sánh tương đồng với sóng cơ học và ánh sáng

− Để học sinh dễ nhớ các đặc điểm của sóng điện từ, tôi hướng dẫn suy ra từ các đặc điểm của sóng cơ học và ánh sáng theo sơ đồ:

2.3.4 Làm rõ về sự truyền sóng vô tuyến trong từng môi trường

a) Trong chân không: vai trò của các loại sóng vô tuyến là như nhau.

b) Trong điện môi: quãng đường truyền sóng điện từ tùy thuộc bước sóng và

hằng số điện môi Tốc độ sóng điện từ phụ thuộc hằng số điện môi

c) Trong không khí:

− Mỗi bước sóng trong các sóng dài, sóng trung, sóng ngắn hay cực ngắn

truyền trong không khí thì đi được quãng đường dài ngắn khác nhau (vài kilomet đến vài chục kilomet) do sự hấp thụ của không khí đối với các bước sóng khác nhau là khác nhau

− Riêng một số bước sóng trong vùng sóng ngắn (16 m ; 19m ; 25m….) thì

hầu như không bị không khí hấp thụ, mất rất ít năng lượng nên có thể truyền được đi rất xa trong không khí

Sóng dài

= 1100 km

Sóng trung

= 1001000 m

Sóng ngắn

Sóng cực ngắn

= 1001000 m

Hình 3 − So sánh tương đối quãng đường đi trong không khí của sóng vô tuyến

2.3.5 Làm rõ về sự phản xạ sóng vô tuyến ở tầng điện ly

− Sóng ngắn, sóng trung và sóng dài đều bị phản xạ ở tầng điện ly

− Sóng trung và sóng dài phản xạ kém ở mặt đất và mặt nước (biển)

− Sóng ngắn phản xạ tốt ở trên cả tầng điện ly, mặt đất và mặt nước vì thế có thể phản xạ nhiều lần và truyền đi rất xa trên mặt đất

− Sóng cực ngắn không bị phản xạ ở tầng điện ly mà truyền thẳng, xuyên qua tầng điện ly, thường dùng trong liên lạc vệ tinh

2.3.6 Một số bài tập lý thuyết về sóng điện từ:

Câu 1: Sóng điện từ là

A sự biến thiên của điện trường và từ trường trong môi trường vật chất

B sự lan truyền điện trường và từ trường trong không gian

C sự biến thiên tuần hoàn của điện trường theo thời gian

D sự biến thiên tuần hoàn của từ trường theo thời gian

Câu 2: Sóng điện từ là

A điện từ trường lan truyền trong không gian

B điện từ trường đứng yên trong không gian

C điện từ trường dao động trong không gian

D điện từ trường biến đổi qua lại trong không gian

Câu 3: Phát biểu nào sau đây về tính chất của sóng điện từ là không đúng?

A Sóng điện từ truyền trong mọi môi trường vật chất kể cả chân không

B Sóng điện từ mang năng lượng

C Sóng điện từ có thể phản xạ, khúc xạ, giao thoa

D Sóng điện từ là sóng ngang, trong quá trình truyền các véctơ B và E song song với nhau và vuông góc với phương truyền sóng

Câu 4: Phát biểu nào sau đây về tính chất của sóng điện từ là không đúng?

A Nguồn phát sóng điện từ rất đa dạng, có thể là bất cứ vật nào tạo điện

C Sóng điện từ có thể bị phản xạ, khúc xạ, giao thoa.

D Tốc độ lan truyền sóng điện từ trong chân không bằng vận tốc ánh sáng

Câu 5: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về sóng điện từ ?

A Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian

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

C Tốc độ của sóng điện từ trong chân không nhỏ hơn nhiều lần so với tốc độ ánh sáng trong chân không

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

Câu 6: Trong quá trình lan truyền sóng điện từ, dao động của từ trường và điện trường tại một điểm

A trùng phương và vuông góc với phương truyền sóng

B biến thiên tuần hoàn theo không gian, không tuần hoàn theo thời gian

C dao động ngược pha

D dao động cùng pha

Câu 7: Trong quá trình lan truyền sóng điện từ, vecto cảm ứng từ và vecto cường độ điện trường luôn luôn

A trùng phương và vuông góc với phương truyền sóng

B biến thiên tuần hoàn theo không gian, không tuần hoàn theo thời gian

C vuông góc với nhau và trùng phương truyền sóng

D vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng

Câu 8: Sóng điện từ nào sau đây có khả năng xuyên qua tầng điện li?

C sóng ngắn D sóng cực ngắn

Câu 9: Sóng điện từ nào sau đây được dùng trong việc truyền thông tin trong nước?

C Sóng ngắn D Sóng cực ngắn

Câu 10: Sóng điện từ là

C sóng dọc và sóng ngang D sóng âm

Câu 11: Phát biểu nào sau đây là đúng?

A Cũng giống như sóng âm sóng điện từ có thể là sóng ngang hoặc là sóng dọc

B Vận tốc truyền của sóng điện từ bằng c = 3.108 m/s, không phụ thuộc vào môi trường truyền sóng

C Sóng điện từ luôn là sóng ngang và lan truyền được cả trong môi trường vật chất lẫn chân không

D Sóng điện từ chỉ lan truyền được trong môi trường vật chất

Câu 12: Khi nói về sóng điện từ điều nào sau đây là không đúng?

A Quá trình truyền sóng điện từ là quá trình truyền năng lượng

B Trong chân không bước sóng của sóng điện từ tỉ lệ nghịch với tần số sóng

C Trong quá trình truyền sóng điện trường và từ trường luôn dao động vuông pha với nhau

D Trong quá trình truyền sóng véc tơ cường độ điện trường và vecsto cảm ứng từ luôn vuông góc với phương truyền sóng

Câu 13: Sóng điện từ có tần số 10MHz nằm trong vùng sóng nào?

Câu 14: Phát biêt nào sau đây đúng:

A Vận tốc lan truyền sóng của điện từ luôn bằng vận tốc ánh sáng trong chân không, không phụ thuộc gì vào môi trường truyền sóng

B Sóng điện từ chỉ lan truyền được trong môi trường vật chất đàn hồi

C Sóng điện từ có thể là sóng ngang hoặc sóng dọc

D Sóng điện từ luôn là sóng ngang và lan truyền được cả trong môi trường vật chất và trong chân không

Câu 15: Đặc điểm giống nhau giữa sóng cơ và sóng điện từ là

A đều truyền đi nhờ lực liên kết giữa các phần tử môi trường

B gồm cả sóng ngang và sóng dọc

C đều truyền được trong chân không

D quá trình truyền sóng là quá trình truyền năng lượng

Câu 16: Trong chân không, sóng điện từ truyền với tốc độ là

A 3.108 m/s B 3.108 km/s

C 3.106 m/s D 3.108 cm/s

Câu 17: Kí hiệu các loại sóng điện từ như sau:

Các sóng điện từ nào kể trên đều bị tầng điện li phản xạ với mức độ khác nhau

C (3), (4) D. (1), (2), (3)

Câu 18: Để truyền thông tin trong vũ trụ , người ta sử dụng

A sóng cực ngắn vì nó không bị tầng điện li phản xạ hoặc hấp thụ

B sóng ngắn vì nó có khả năng truyền đi xa

C sóng dài vì sóng dài có bước sóng lớn nhất

D sóng trung vì sóng trung cũng có khả năng truyền đi xa

ĐÁP ÁN

11.C 12.D 13.B 14.D 15.D 16.A 17.D 18.A

2.3.7 Một số bài tập tính toán về sóng điện từ:

− Để tăng sự hứng thú cho học sinh, tôi xây dựng một bài tập dạng 4x4 (4 ví

dụ, 4 mức độ khó) ; học sinh có thể làm theo hàng dọc, hàng ngang hoặc đường chéo bất kỳ từ trên xuống dưới

Nguồn phát

sóng điện từ Sóng điện từ

Đặc điểm về pha, hướng E, B, v

Đặc điểm về truyền thẳng, phản xạ Phần chung: Một mạch thu, phát sóng điện từ gồm cuộn cảm thuần

2 /

; tụ điện có điện dung C = 8 /π µF

Ban đầu tụ điện được tích điện bởi hiệu điện thế thế không đổi bằng 10 V

1.1) Tìm tần

số, chu kỳ dao

động của mạch

ĐS: 8.10 -6 s ;

0,125.10 6 Hz

2.1) Mạch mày

có thể phát sóng điện từ với bước sóng bao nhiêu trong chân không

ĐS: 2400m

3.1) Khi sóng điện

từ lan truyền qua điểm M trong không gian, tại M vectơ cường độ điện trường E thẳng đứng hướng xuống, vectơ cảm ứng từ B nằm ngang và hướng sang phải đối với người quan sát

Hỏi sóng điện từ hướng về phía nào đối với người này?

ĐS: về phía người quan sát

4.1) Nếu coi Trái đất hình cầu, mạch dao động nói trên được đặt sát mặt đất tại A Một người ở trên nóc một tòa nhà cao

200 m không thể thu được sóng điện

từ do mạch trên phát ra Tìm khoảng cách nhỏ nhất giữa mạch dao động và tòa nhà nhà (đo theo mặt đất)

ĐS: 1578,6 km

1.2) Tìm cường

độ dòng điện

cực đại chạy

qua cuộn dây

và điện tích

2.2) Khi sóng điện từ này truyền từ không khí vào nước, bước sóng điện

từ tăng hay giảm

3.2) Biết khoảng cách giữa hai bản

tụ là 1 mm Tìm thành phần cường

độ điện trường cực đại của sóng điện

4.2) Sóng điện từ

từ mạch này truyền

về phía một chiếc hộp bằng sắt, phía trước hộp có một

lỗ trống; ở đáy hộp

cực đại của tụ

điện

ĐS: 20 A ;

8.10 -5 /π C

ĐS: giảm

từ

ĐS: 10 4 V/m

có một máy thu sóng điện từ Hỏi máy có thể thu được sóng điện từ

do mạch phát ra hay không ?

ĐS: có

1.3) Tại thời

điểm cường độ

dòng điện

trong mạch

bằng một nửa

giá trị cực đại,

hiệu điện thế

giữa hai đầu

cuộn dây có

giá trị bao

nhiêu

2.3) Để mạch có thể phát sóng điện từ trong vùng sóng ngắn, điện dung của tụ điện phải thỏa mãn điều kiện nào ?

ĐS: 4,42.10 -11 F

≤ C ≤ 4,42.10

-3.3) Biết thành phần từ trường hình của sóng điện

từ có cảm ứng từ cực đại là

3

10−

T

Tại thời điểm cường độ điện trường có giá trị 5.103 V/m và đang tăng thì thì cảm ứng từ giá tri bao nhiêu, tăng hay giảm ?

ĐS: 0,5.10 -3 T tăng

4.3) Radar là một mạch thu phát sóng điện từ, thường được đặt trên một trục thẳng đứng Radar phát sóng điện từ chỉ theo một hướng và có thể thu theo nhiều hướng Để có thể phát theo nhiều hướng, trục được làm quay với tốc

độ n

Dùng radar để

đo khoảng cách tới một vật khi n =

20000 vòng/s, radar ghi nhận được sóng phản xạ sau 1/4 vòng quay Tìm khoảng cách đó

ĐS: 1875m