Bài 4 điện từ TRƯỜNG cảm ỨNG và SÓNG điện từ

* Điện trường xoáy - Được sinh ra xung quanh một điện tích chuyển động hoặc xung quanh một từ trường biến thiên.. Đặc điểm: Sóng điện từ truyền được trong mọi môi trường vật chất, kể c

BÀI 4: ĐIỆN TRƯỜNG CẢM ỨNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ Mục tiêu

 Kiến thức

+ Trình bày được khái niệm sóng điện từ và các tính chất của sóng điện từ

+ Trình bày được ứng dụng của sóng vô tuyến điện trong thông tin liên lạc và nguyên tắc truyền

thông bằng sóng điện từ

+ Trình bày được sơ đồ khối của máy phát và máy thu sóng điện từ, hiểu được chức năng của

từng bộ phận

 Kĩ năng

+ Vẽ được sơ đồ khối và nêu được chức năng của từng khối trong sơ đồ khối của máy phát và

máy thu sóng vô tuyến điện đơn giản

+ Vận dụng kiến thức, các công thức để giải được các bài toán về điện từ trường và sóng điện từ

I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1 Mối quan hệ giữa điện trường và từ trường

a Điện trường xoáy:

Điện trường có đường sức điện là đường cong kín

gọi là điện trường xoáy

Nếu tại một nơi có từ trường biến thiên theo thời

gian thì tại nơi đó xuất hiện một điện trường xoáy

Điện trường xoáy có các đường sức điện là những

đường cong khép kín, bao quanh các đường cảm ứng

từ

b Điện từ trường:

Nếu tại một nơi có điện trường biến thiên theo thời

gian thì tại nơi đó xuất hiện từ trường Đường sức

của từ trường bao giờ cũng khép kín

Điện từ trường là trường có hai thành phần biến

thiên theo thời gian là điện trường biến thiên và từ

trường biến thiên, liên quan mật thiết với nhau và là

hai thành phần của một trường thống nhất

PHÂN BIỆT ĐIỆN TRƯỜNG TĨNH VÀ ĐIỆN TRƯỜNG XOÁY

* Điện trường tĩnh

- Được sinh ra xung quanh một điện tích đứng yên

- Có đường sức là đường cong hở (không khép kín), xuất phát từ điện tích dương và tận cùng ở điện tích âm

- Chỉ biến thiên trong không gian, không biến thiên theo thời gian

* Điện trường xoáy

- Được sinh ra xung quanh một điện tích chuyển động hoặc xung quanh một từ trường biến thiên

- Có đường sức là đường cong khép kín, không phân biệt điểm đầu và điểm cuối

- Biến thiên cả trong không gian và thời gian

- Ba vectơ E B v, , tại một điểm tạo với nhau

thành một tam diện thuận

2 Sóng điện từ

a Định nghĩa:

Sóng điện từ là quá trình điện từ trường lan truyền

trong không gian

Chu kỳ biến đổi theo thời gian của điện từ trường tại

mọi điểm là như nhau và gọi là chu kỳ của sóng điện

từ, ký hiệu là T Ta có: T 1



 

Trong đó, c là tốc độ ánh sáng trong chân không, 

là bước sóng, f là tần số của sóng điện từ

b Đặc điểm:

Sóng điện từ truyền được trong mọi môi trường vật

chất, kể cả trong chân không

Vận tốc lan truyền sóng điện từ trong chân không

bằng vận tốc ánh sáng c3.108m s/ , là vận tốc lớn

- Khi sóng điện từ truyền đi thì điện trường và từ trường biến thiên cùng pha và có phương vuông góc với nhau (chứ không phải vuông pha)

nhất

Tốc độ sóng điện từ phụ thuộc môi trường:

 1 

c

n

   

Sóng điện từ là sóng ngang Trong quá trình truyền

sóng, các vectơ cảm ứng từ B , vectơ cường độ điện

trường E luôn vuông góc với nhau và vuông góc

với phương truyền sóng v

Trong sóng điện từ thì dao động của điện trường và

của từ trường tại một điểm luôn luôn đồng pha với

nhau

Khi gặp mặt phân cách giữa hai môi trường thì sóng

điện từ cũng bị phản xạ và khúc xạ như ánh sáng

Sóng điện từ mang năng lượng Sóng điện từ có tần

số càng cao (bước sóng càng ngắn) thì khả năng lan

truyền càng xa

Sóng điện từ có bước sóng vài m đến vài km được

dùng trong thông tin vô tuyến gọi là sóng vô tuyến

- Điện trường trong lòng tụ điện biến thiên cùng tần số và cùng pha với hiệu điện thế giữa hai đầu

tụ điện E U

d



- Từ trường trong lòng cuộn cảm biến thiên cùng tần số và cùng pha với dòng điện qua cuộn cảm

7

4 10

- Sóng điện từ tuân theo các qui luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ như ánh sáng

- Sóng cơ chỉ truyền được trong môi trường vật chất, không truyền được trong chân không Sóng điện từ truyền được trong các môi trường vật chất

và kể cả chân không

3 Sự truyền sóng vô tuyến

a Phân loại sóng vô tuyến:

Theo tần số và bước sóng, sóng vô tuyến được chia

thành 4 loại: sóng cực ngắn, sóng ngắn, sóng trung và

sóng dài

b Đặc điểm và ứng dụng của các loại sóng vô

tuyến:

Tầng điện li: là lớp khí quyển bị ion hóa mạnh bởi

ánh sáng Mặt Trời và nằm trong khoảng độ cao từ 80

km đến 800 km, có ảnh hưởng rất lớn đến sự truyền

sóng vô tuyến

Sóng cực ngắn: có năng lượng lớn nhất, không bị

tầng điện li hấp thụ và phản xạ nên có thể truyền đi

rất xa xuyên qua tầng điện li Do đó sóng cực ngắn

Khoảng bước sóng của các dải sóng vô tuyến

 Sóng cực ngắn: 0,01 m10 m

 Sóng ngắn: 10 m100m

 Sóng trung: 100 m1000m

 Sóng dài: 1000m

Sự truyền sóng ngắn trên mặt đất

dùng để truyền thông tin vũ trụ

Sóng ngắn: bị tầng điện li phản xạ nhiều lần từ mặt

đất, nhờ vậy mà các sóng ngắn có thể truyền đi rất xa

trên mặt đất

Sóng trung ban ngày bị tầng điện li hấp thụ mạnh nên

không truyền được đi xa, ban đêm ít bị hấp thụ nên

truyền đi xa

Sóng dài có năng lượng thấp, bị nước hấp thụ ít nên

được dùng để thông tin dưới nước, sóng dài ít dùng

để truyền thông tin trên mặt đất vì năng lượng nhỏ

không thể truyền đi xa

II CÁC DẠNG BÀI TẬP

Phương pháp giải

Bước 1: Xác định đại lượng đề bài đã cho và đại

lượng hoặc tính chất cần tìm

Bước 2: Sử dụng lý thuyết về điện từ trường cảm

ứng để suy ra đại lượng hoặc tính chất cần tìm

Ví dụ: Một sóng điện từ truyền qua điểm M trong

không gian Cường độ điện trường và cảm ứng từ

tại M biến thiên điều hòa với giá trị cực đại lần

lượt là E và 0 B Khi cảm ứng từ tại M bằng 0

0

0,5B thì cường độ điện trường tại đó có độ lớn là

A 0,5E 0 B E 0

C 2E 0 D 0, 25E 0

Hướng dẫn giải

Bước 1: Bài toán cho giá trị của cường độ điện

trường E và yêu cầu tìm giá trị của cảm ứng từ B

Bước 2: Trong sóng điện từ thì dao động của điện

trường và của từ trường tại một điểm luôn luôn đồng pha với nhau Nên khi B0,5B0 thì

0 0,5

E E Chọn A

Ví dụ mẫu

Ví dụ 1: Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về điện từ trường?

A Một điện trường biến thiên theo thời gian sinh ra từ trường xoáy ở các điểm lân cận

B Một từ trường biến thiên theo thời gian sinh ra điện trường xoáy ở các điểm lân cận

C Điện trường xoáy có các đường sức là các đường thẳng song song, cách đều nhau

D Điện từ trường bao gồm điện trường biến thiên và từ trường biến thiên

Hướng dẫn giải

Điện trường xoáy được sinh ra xung quanh một điện tích chuyển động hoặc xung quanh một từ trường biến thiên Có đường sức là đường cong khép kín, không phân biệt điểm đầu và điểm cuối

Chọn C

Điện trường có các đường sức là các đường thẳng song song và cách đều nhau và có độ lớn như nhau tại mọi điểm gọi là điện trường đều

Ví dụ 2: Khi nói về sóng điện từ, phát biểu nào sau đây là sai?

A Sóng điện từ mang năng lượng

B Sóng điện từ tuân theo các quy luật giao thoa, nhiễu xạ

C Sóng điện từ là sóng ngang

D Sóng điện từ không truyền được trong chân không

Hướng dẫn giải

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

Chọn D

Sóng cơ chỉ truyền được trong môi trường vật chất, không truyền được trong chân không Sóng điện từ truyền được trong các môi trường vật chất và kể cả chân không

Ví dụ 3: Đối với sự lan truyền sóng điện từ thì

A vectơ cường độ điện trường E cùng phương với phương truyền sóng còn vectơ cảm ứng từ B

vuông góc với vectơ cường độ điện trường E.

B vectơ cường độ điện trường E và vectơ cảm ứng từ B luôn cùng phương với phương truyền sóng

C vectơ cường độ điện trường E và vectơ cảm ứng từ B luôn vuông góc với phương truyền sóng

D vectơ cảm ứng từ B cùng phương với phương truyền sóng còn vectơ cường độ điện trường E

vuông góc với vectơ cảm ứng từ B

Hướng dẫn giải

Sóng điện từ là sóng ngang, vectơ cường độ điện trường E và vectơ cảm ứng từ B luôn vuông góc với

phương truyền sóng

Chọn C

Ví dụ 4: Khi sóng cơ và sóng điện từ truyền từ nước ra không khí, phát biểu nào sau đây là đúng? Bước

sóng của sóng cơ

A tăng, sóng điện từ giảm B giảm, sóng điện từ tăng

C và sóng điện từ đều giảm D và sóng điện từ đều tăng

Hướng dẫn giải

~

v



Ta có: v n  v k nk

 Bước sóng của sóng cơ giảm



sóng điện từ

c

v

n

Lại cĩ: n k n n  Bước sĩng điện từ tăng

Chọn B

Khi truyền từ mơi trường này sang mơi trường khác, tần số sĩng điện từ khơng thay đổi, bước sĩng tỷ lệ thuận với vận tốc sĩng CK K L R. Ngược lại với sĩng cơ, bước sĩng tăng dần: K L R.

Bài tập tự luyện

 Bài tập cơ bản

Câu 1: Phát biểu nào sau đây là sai khi nĩi về sĩng điện từ?

A Sĩng điện từ là sĩng ngang

B Khi sĩng điện từ lan truyền, vectơ cường độ điện trường luơn vuơng gĩc với vectơ cảm ứng từ

C Khi sĩng điện từ lan truyền, vectơ cường độ điện trường luơn cùng phương với vectơ cảm ứng từ

D Sĩng điện từ lan truyền được trong chân khơng

Câu 2: Khi nĩi về điện từ trường, phát biểu nào sau đây sai?

A Trong quá trình lan truyền điện từ trường, vectơ cường độ điện trường và vectơ cảm ứng từ tại một điểm luơn vuơng gĩc với nhau

B Điện trường và từ trường là hai mặt thể hiện khác nhau của một trường duy nhất gọi là điện từ

trường

C Điện từ trường khơng lan truyền được trong điện mơi

D Nếu tại một nơi cĩ từ trường biến thiên theo thời gian thì tại đĩ xuất hiện điện trường xốy

Câu 3: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nĩi về sĩng điện từ?

A Điện tích dao động khơng thể bức xạ sĩng điện từ

B Khi một điện tích điểm dao động thì sẽ cĩ điện từ trường lan truyền trong khơng gian dưới dạng

sĩng

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

D Tần số của sĩng điện từ bằng hai lần tần số điện tích dao động

Câu 4: Khi nĩi về điện từ trường, phát biểu nào sau đây là sai?

A Một từ trường biến thiên theo thời gian sinh ra một điện trường xốy

B Đường sức điện trường của điện trường xốy giống như đường sức điện trường do một điện tích

khơng đổi, đứng yên gây ra

C Đường sức từ của từ trường xốy là các đường cong kín bao quanh các đường sức điện trường

D Một điện trường biến thiên theo thời gian sinh ra một từ trường xốy

Câu 5: Phát biểu nào sau đây khơng đúng?

A Điện từ trường biến thiên theo thời gian lan truyền trong khơng gian dưới dạng sĩng Đĩ là sĩng

điện từ

B Sĩng điện từ lan truyền với vận tốc rất lớn Trong chân khơng, vận tốc đĩ bằng 3.108m s /

C Trong quá trình lan truyền sóng điện từ thì điện trường biến thiên và từ trường biến thiên dao động cùng phương và cùng vuông góc với phương truyền sóng

D Sóng điện từ mang năng lượng

Câu 6: Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về sóng điện từ?

A Sóng điện từ truyền được trong chân không

B Khi sóng điện từ gặp mặt phân cách giữa hai môi trường thì nó có thể bị phản xạ hoặc khúc xạ

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

D Sóng điện từ là sóng ngang nên nó chỉ truyền được trong chất rắn

Câu 7: Khi sóng cơ và sóng điện từ truyền từ không khí vào nước, phát biểu đúng là: Bước sóng của sóng

cơ

A tăng, sóng điện từ giảm B giảm, sóng điện từ tăng

C và sóng điện từ đều giảm D và sóng điện từ đều tăng

Câu 8: Tại Hà Nội, một máy đang phát sóng điện từ Xét một phương truyền có phương thẳng đứng

hướng lên Vào thời điểm t, tại điểm M trên phương truyền, vectơ cảm ứng từ đang có độ lớn cực đại và

hướng về phía Nam Khi đó vectơ cường độ điện trường có

A độ lớn cực đại và hướng về phía Tây B độ lớn cực đại và hướng về phía Đông

C độ lớn bằng không D độ lớn cực đại và hướng về phía Bắc

Câu 9: Sóng điện từ

A là sóng ngang và không truyền được trong chân không

B là sóng dọc và truyền được trong chân không

C là sóng ngang và truyền được trong chân không

D là sóng dọc và không truyền được trong chân không

Câu 10: Nhận xét nào sau đây không đúng? Sóng cơ và sóng điện từ đều

A mang năng lượng B truyền được trong chân không

C có thể giao thoa D bị phản xạ khi gặp vật chắn

Câu 11: Ở một số vùng dân cư trên đảo, để có thể xem các chương trình truyền hình phát sóng qua vệ

tinh, người ta dùng anten thu sóng trực tiếp từ vệ tinh, qua bộ xử lí tin hiệu rồi đưa đến màn hình Sóng điện từ mà anten thu trực tiếp từ vệ tinh thuộc loại

A sóng trung B sóng cực ngắn C sóng dài D sóng ngắn

Câu 12: Một người đang dùng điện thoại di động để thực hiện cuộc gọi Lúc này điện thoại phát ra

Câu 13: Tính chất nào sau đây không phải của sóng điện từ?

A Truyền được trong rắn, lỏng, khí và chân không

B Là sóng ngang

C Không mang theo năng lượng

D Có thể giao thoa với nhau

Câu 14: Sóng điện từ và sóng âm khi truyền từ không khí vào thủy tinh thì tần số

A của cả hai sóng đều giảm B của sóng điện từ tăng, của sóng âm giảm

C của cả hai sóng đều không đổi D của sóng điện từ giảm, của sóng âm tăng

Câu 15: Sóng điện từ được dùng để truyền thông tin dưới nước là

A sóng ngắn B sóng cực ngắn C sóng trung D sóng dài

Câu 16: Khi nói về sóng ngắn, phát biểu nào sau đây sai?

A Sóng ngắn phản xạ tốt trên tầng điện li

B Sóng ngắn không truyền được trong chân không

C Sóng ngắn phản xạ tốt trên mặt đất

D Sóng ngắn có mang năng lượng

Câu 17: Khi nói về sóng điện từ, phát biểu nào sau đây là đúng?

A Sóng điện từ luôn lan truyền với tốc độ c3.108m s/

B Khi truyền trong chân không, sóng điện từ không mang theo năng lượng

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

D Tốc độ truyền sóng điện từ phụ thuộc vào môi trường

Câu 18: Cho một sóng điện từ truyền từ nước ra không khí Phát biểu nào sau đây là đúng?

A Bước sóng và tần số tăng lên

B Bước sóng tăng lên và tốc độ giảm đi

C Bước sóng giảm đi và tốc độ giảm đi

D Bước sóng tăng lên và tốc độ tăng lên

Câu 19: Trong sóng điện từ, dao động của điện trường và của từ trường tại một điểm luôn luôn

4



2



 Bài tập nâng cao

Câu 20*: Một sóng điện từ truyền từ đài phát đến máy thu Tại điểm A có sóng truyền về hướng Tây, ở

một thời điểm nào đó khi cường độ điện trường là 6V m và đang có hướng Nam thì cảm ứng từ là B / Biết cường độ điện trường cực đại là 10V m và cảm ứng từ cực đại là 0,12 T Cảm ứng từ B có hướng /

và độ lớn bằng bao nhiêu?

A Độ lớn 0, 072 T  và hướng từ dưới lên trên

B Độ lớn 0, 24 T  và hướng về phía Bắc

C Độ lớn 0, 72 T  và hướng từ trên xuống dưới

D Độ lớn 0, 024 T  và hướng về phía Đông

B THÔNG TIN LIÊN LẠC BẰNG SÓNG ĐIỆN TỪ

I LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1 Nguyên tắc truyền thông bằng sóng điện từ

a Nguyên tắc chung

Dùng các sóng điện từ cao tần (sóng vô tuyến) để tải

thông tin gọi là sóng mang (cao tần)

Biến điệu sóng mang: Biến tín hiệu âm thanh, hình

ảnh,… muốn truyền đi thành các dao động điện có cùng

tần số, gọi là sóng âm tần Sau đó trộn sóng âm tần với

sóng mang

Khi tín hiệu thu được có cường độ nhỏ, ta phải khuếch

đại chúng bằng các mạch khuếch đại

Trong vô tuyến truyền thanh người ta dùng các sóng

mang có bước sóng từ vài mét đến vài trăm mét Trong

vô tuyến truyền hình, người ta dùng các sóng mang có

bước sóng ngắn hơn nhiều

Sóng điện từ cao tần biến điệu đi vào anten thu Sóng cần

thu được chọn nhờ điều chỉnh tần số của mạch cộng

hưởng LC

b Sơ đồ khối của máy thu và máy phát sóng điện từ

Sơ đồ khối của máy phát thanh vô tuyến đơn giản:

micrô, mạch phát sóng cao tần, mạch biến điệu, mạch

khuếch đại, anten phát

Sơ đồ khối của máy thu thanh vô tuyến đơn giản:

anten thu, mạch chọn sóng, mạch tách sóng, mạch

khuếch đại âm tần, loa

Biến điệu sóng điện từ về biên độ

Biến điệu sóng điện từ về tần số

Các bộ phận của máy phát: micrô (1), mạch phát sóng cao tần (2), mạch biến điệu (3), mạch khuếch đại (4), anten phát (5)

Các bộ phận của máy thu: anten thu (1), mạch chọn sóng (2), mạch tách sóng (3), mạch khuếch đại âm tần (4), loa (5)

2 Phát và thu sóng điện từ

a Bước sóng mạch thu được

Để thu được sóng điện từ nhất định thì người ta phải

điều chỉnh máy thu sao cho tần số dao động riêng của

- Mạch dao động kín là mạch mà điện từ

trường hầu như không bức xạ ra bên ngoài

- Mạch dao động hở là mạch có bức xạ điện từ trường ra bên ngoài (thường tách ra hai bản

mạch thu 0 1

2

f

LC



 bằng tần số của sóng cần thu f,

tức là trong mạch có hiện tượng cộng hưởng

Bước sóng mạch thu được lúc đó là:

0

2

c LC

f f

Nếu trường hợp mắc cuộn cảm L với các tụ C C mà 1, 2

khi đó hai tụ mắc song song C1/ /C2 hoặc hai tụ mắc

nối tiếp C ntC1 2 thì lúc đó:

/ / 1 2

1 2

1 2

nt

C C C

 





 



của tụ điện hoặc tách xa các vòng dây của cuộn cảm)

- Trong mạch dao động hở, điện từ trường lan tỏa trong không gian thành sóng điện từ và có khả năng đi rất xa

Và bước sóng của mạch cộng hưởng lần lượt là:

1 2

2 2 2

1 2

1 2

2

2









nt

nt

C C

c L

Trong cùng một khoảng thời gian t , số dao động cao tần n và số dao động âm tần c n được thực hiện a

lần lượt là:

a

t

T



   

   



b Dùng tụ xoay điều chỉnh mạch thu sóng

Điện dung của tụ điện phẳng:

.4

S C





Điện dung của tụ xoay là hàm bậc nhất của góc xoay: CC0a

Điện dung của tụ điện sau khi quay các bản một góc :

Từ giá trị cực đại xoay một góc 0:

0 max min

180



Từ giá trị cực tiểu xoay một góc 0:

0 max min

180



 

  

 



 

