Kỹ thuật cơ bản giải bài tập về sóng điện từ môn Vật Lý 12 năm 2021-2022

1.1. Điện từ trường

 - Khi 1 từ trường biến thiên theo thời gian thì nó sinh ra 1 điện trường xoáy (là 1 điện trường mà các đường sức bao quanh các đường cảm ứng từ). Ngược lại khi một điện trường biến thiên theo thời gian nó sinh ra 1 từ trường xoáy (là 1 từ trường mà các đường cảm ứng từ bao quanh các đường sức của điện trường).

- Dòng điện qua cuộn dây là dòng điện dẫn, dòng điện qua tụ điện là dòng điện dịch (là sự biến thiên của điện trường giữa 2 bản tụ).

- Điện trường và từ trường là 2 mặt thể hiện khác nhau của 1 loại trường duy nhất là điện từ trường.

1.2. Sóng điện từ: là điện từ trường lan truyền trong không gian của điện từ trường biến thiên tuần hoàn theo thời gian.

a. Đặc điểm sóng điện từ:

- Sóng điện từ lan truyền được trong chân không với tốc độ \(c={{3.10}^{8}}{m}/{s}\;\)

- Sóng điện từ là sóng ngang do nó có 2 thành phần là thành phần điện \(\overrightarrow{E}\) và thành phần từ \(\overrightarrow{B}\) vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng.

+ Các vectơ \(\overrightarrow{E}\), \(\overrightarrow{B}\), \(\overrightarrow{v}\) lập thành một tam diện thuận: xoay đinh ốc để vectơ \(\overrightarrow{E}\) trùng vectơ \(\overrightarrow{B}\) thì chiều tiến của đinh ốc là chiều của vectơ \(\overrightarrow{v}\)

+ Các phương trong không gian: nếu chúng ta ở mặt đất, hướng mặt về phương Bắc, lúc đó tay trái chúng ta ở hướng Tây, tay phải ở hướng Đông. Vì vậy: nếu giả sử vectơ \(\overrightarrow{E}\) đang cực đại và hướng về phía Tây thì vectơ \(\overrightarrow{B}\) cũng cực đại (do cùng pha) và hướng về phía Nam (như hình vẽ).

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

- Cũng có các tính chất giống như sóng cơ học: phản xạ, khúc xạ, giao thoa. Truyền tốt trong các môi trường thường theo thứ tự: Chân không > khí > lỏng > rắn. Khi truyền từ không khí vào nước: f không đổi; v và \(\lambda \) giảm.

- Sóng điện từ mang năng lượng.

- Sóng điện từ bước sóng từ vài m đến vài km dùng trong thông tin vô tuyến gọi là sóng vô tuyến:

Loại sóng	Tần số	Bước sóng	Đặc tính
Sóng dài	\(3-300KHz\)	\({{10}^{5}}-{{10}^{3}}m\)     \({{10}^{3}}-{{10}^{2}}m\)	Năng lượng nhỏ, ít bị nước hấp thụ, dùng thông tin liên lạc dưới nước.
Sóng trung	\(0,3-3MHz\)		Ban ngày tầng điện li hấp thụ mạnh, ban đêm ít bị hấp thụ \(\Rightarrow \) ban đêm nghe đài sóng trung rõ hơn ban ngày
Sóng ngắn	\(3-30MHz\)	\({{10}^{2}}-10m\)	Năng lượng lớn, bị tầng điện li và mặt đất phản xạ nhiều lần \(\Rightarrow \) thông tin trên mặt đất kể cả ngày và đêm.
Sóng cực ngắn	\(30-30000MHz\)	\(10-{{10}^{-2}}m\)	Có năng lượng rất lớn, không bị tầng điện li hấp thụ, xuyên qua tầng điện li nên dùng thông tin vũ trụ, vô tuyến truyền hình.

1.3. Bước sóng của sóng điện từ:

\(\lambda =\frac{c}{f}=c.2\pi .\sqrt{LC}=c.2\pi \frac{{{q}_{o}}}{{{I}_{o}}}\); với: \(c={{3.10}^{8}}{m}/{s}\;\)

1.4. Bài toán ghép tụ:

+ Nếu \({{C}_{1}}\) ss \({{C}_{2}}\) \((C={{C}_{1}}+{{C}_{2}})\) hay \({{L}_{1}}\) nt \({{L}_{2}}\) \((L={{L}_{1}}+{{L}_{2}})\) thì \({{\lambda }^{2}}=\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2};\)

+ Nếu \({{C}_{1}}\) nt \({{C}_{2}}\) \((\frac{1}{C}=\frac{1}{{{C}_{1}}}+\frac{1}{{{C}_{2}}})\) hay \({{L}_{1}}\) ss \({{L}_{2}}\) \((\frac{1}{L}=\frac{1}{{{L}_{1}}}+\frac{1}{{{L}_{2}}})\) thì \(\frac{1}{{{\lambda }^{2}}}=\frac{1}{\lambda _{1}^{2}}+\frac{1}{\lambda _{2}^{2}}\)

Kinh nghiệm: Đừng học thuộc lòng, bạn chỉ cần nhớ mối liên hệ thuận - nghịch giữa các đại lượng T, f, \(\lambda \), C, L với nhau ta sẽ có ngay các công thức trên!

1.5. Mạch dao động có L biến đổi từ \({{L}_{Min}}\to {{L}_{Max}}\)và C biến đổi từ \({{C}_{Min}}\to {{C}_{Max}}\) thì bước sóng \(\lambda \) của sóng điện từ phát (hoặc thu):

\({{\lambda }_{Min}}\) tương ứng với \({{L}_{Min}}\) và \({{C}_{Min}}:{{\lambda }_{min}}=c2\pi \sqrt{{{L}_{\min }}{{C}_{\min }}}\)

\({{\lambda }_{Max}}\) tương ứng với \({{L}_{Max}}\) và \({{C}_{Max}}:{{\lambda }_{max}}=c2\pi \sqrt{{{L}_{\max }}{{C}_{\max }}}\)

1.6. Góc quay \(\alpha \) của tụ xoay

- Tụ xoay có điện dung C tỉ lệ theo hàm số bậc nhất đối với góc xoay \(\alpha :C=a\alpha +b\)

+ Từ các dữ kiện \({{\alpha }_{\min }};{{\alpha }_{\max }};{{C}_{min}};{{C}_{max}}\) ta tìm được 2 hệ số a và b.

+ Từ các dữ kiện \(\lambda \) và L ta tìm được C rồi thay vào: \(C=a.\alpha +b\), suy ra góc xoay \(\alpha .\)

Hoặc:

+ Khi tụ quay từ \({{\alpha }_{\min }}\) đến \(\alpha \) (để điện dung từ \({{C}_{\min }}\) đến C) thì: \(\frac{\alpha -{{\alpha }_{\min }}}{{{\alpha }_{\max }}-{{\alpha }_{\min }}}=\frac{C-{{C}_{\min }}}{{{C}_{\max }}-{{C}_{\min }}}\)

+ Khi tụ quay từ vị trí \({{\alpha }_{\max }}\) về vị trí \(\alpha \) (để điện dung từ \(C\) đến \({{C}_{\max }}\)) thì: \(\frac{{{\alpha }_{\max }}-\alpha }{{{\alpha }_{\max }}-{{\alpha }_{\min }}}=\frac{{{C}_{\max }}-C}{{{C}_{\max }}-{{C}_{\min }}}\)

- Khi tụ xoay \({{C}_{x}}//{{C}_{0}}:\frac{\lambda _{1}^{2}}{\lambda _{2}^{2}}=\frac{{{C}_{1}}}{{{C}_{2}}}=\frac{{{C}_{0}}+{{C}_{{{x}_{1}}}}}{{{C}_{0}}+{{C}_{{{x}_{2}}}}}\)

1.7. Nguyên tắc chung của việc thông tin truyền thanh bằng sóng vô tuyến

a) Phát và thu sóng điện từ: Dựa vào nguyên tắc cộng hưởng điện từ trong mạch LC\(\left( f={{f}_{0}} \right)\)

- Để phát sóng điện từ người ta mắc phối hợp 1 máy phát dao động điều hòa với 1 ăngten (là 1 mạch dao động hở)

- Để thu sóng điện từ người ta mắc phối hợp 1 ăngten với 1 mạch dao động có tần số riêng điều chỉnh được (để xảy ra cộng hưởng với tần số của sóng cần thu).

b) Nguyên tắc chung:

A. Phải dùng sóng điện từ cao tần để tải thông tin gọi là sóng mang.

B. Phải biến điệu các sóng mang: "trộn" sóng âm tần với sóng mang.

C. Ở nơi thu phải tách sóng âm tần ra khỏi sóng mang.

D. Khuếch đại tín hiệu thu được.

Lưu ý: Sóng mang có biên độ bằng biên độ của sóng âm tần, có tần số bằng tần số của sóng cao tần.

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

Máy phát	Máy thu
(1): Micrô. (2): Mạch phát sóng điện từ cao tần. (3): Mạch biến điệu. (4): Mạch khuyếch đại. (5): Anten phát.	(1): Anten thu. (2): Mạch khuyếch đại dao động điện từ cao tần. (3): Mạch tách sóng. (4): Mạch khuyếch đại dao động điện từ âm tần. (5): Loa.

Ví dụ 1: Một mạch LC dao động tự do trong đó: \(C=1nF;L=1mH\). Hãy xác định tần số góc của sóng mà mạch dao có thể thu được?

A. \({{10}^{6}}{rad}/{s}\;\)                               

B. \({{2.10}^{6}}{rad}/{s}\;\) 

C. \({{10}^{7}}{rad}/{s}\;\) 

D. \({{10}^{-6}}{rad}/{s}\;\)

Giải

Ta có: \(\omega =\frac{1}{\sqrt{LC}}=\frac{1}{\sqrt{{{10}^{-9}}{{.10}^{-3}}}}={{10}^{6}}\left( {rad}/{s}\; \right)\)

→ Chọn đáp án A

Ví dụ 2: Khi mắc tụ điện có điện dung \({{C}_{1}}\) với cuộn cảm L thì mạch thu sóng thu được sóng có bước sóng \({{\lambda }_{1}}=60m\); khi mắc tụ điện có điện dung \({{C}_{2}}\) với cuộn cảm L thì mạch thu được sóng có bước sóng \({{\lambda }_{2}}=80m\). Khi mắc \({{C}_{1}}\) nối tiếp \({{C}_{2}}\) và nối tiếp với cuộn cảm L thì mạch thu được bước sóng là:

A. \(\lambda =100m.\)    

B. \(\lambda =140m.\) 

C. \(\lambda =70m.\)   

D. \(\lambda =48m.\)

Giải

Ta có: \(\lambda =c.2\pi \sqrt{LC}=c.2\pi \sqrt{L\left( {{C}_{1}}+{{C}_{2}} \right)}\)

\(\Rightarrow \lambda =\sqrt{\lambda _{1}^{2}+\lambda _{2}^{2}}=\sqrt{{{60}^{2}}+{{80}^{2}}}=100m\)

→ Chọn đáp án A

Ví dụ 3: Mạch dao động để bắt tín hiệu của một máy thu vô tuyến gồm một cuộn cảm có hệ số tự cảm \(L=2\mu F\) và một tụ điện. Để máy thu bắt được sóng vô tuyến có bước sóng \(\lambda =16m\) thì tụ điện phải có điện dung bằng bao nhiêu?

A. 36pF.                          

B. 320pF.                     

C. 17,5pF.                    

D. 160pF.

→ Chọn đáp án A

Ví dụ 4: Một mạch dao động LC của máy thu vô tuyến cộng hưởng với sóng điện từ có bước sóng \(\lambda \). Để máy này có thể thu được sóng điện từ có bước sóng \(2\lambda \) người ta ghép thêm 1 tụ nữa. Hỏi tụ ghép thêm phải ghép thế nào và có điện dung là bao nhiêu?

A. Ghép nối tiếp với tụ C và có điện dung 3C.    

B. Ghép nối tiếp với tụ C và có điện dung C.

C. Ghép song song với tụ C và có điện dung 3C.

D. Ghép song song với tụ C và có điện dung C.

Giải

Ta có: đặt \({{C}_{1}}=C\)

\({{\lambda }_{1}}=C.2\pi \sqrt{L{{C}_{1}}};{{\lambda }_{2}}=C.2\pi \sqrt{L{{C}_{2}}}\)

Lập tỉ số vế theo vế ta có: \(\frac{{{\lambda }_{1}}}{{{\lambda }_{2}}}=\sqrt{\frac{{{C}_{1}}}{{{C}_{2}}}}=\frac{1}{2}\Rightarrow \frac{{{C}_{1}}}{{{C}_{2}}}=\frac{1}{4}\)

\(\Rightarrow \) cần ghép song song thêm tụ điện có độ lớn là \({{C}_{0}}=3{{C}_{1}}=3C\)

→  Chọn đáp án C

Bài 1: Điện trường xoáy là điện trường:

  A. có các đường sức bao quanh các đường sức từ của từ trường biến thiên

  B. của các điện tích đứng yên

  C. có các đường sức không khép kín

  D. giữa hai bản tụ điện có điện tích không đổi

Bài 2: Phát biểu nào sau đây sai:

  A. Trong sóng điện từ, điện trường và từ trường luôn dao động theo hai hướng vuông góc với nhau nên chúng vuông pha nhau

  B. Trong sóng điện từ, điện trường và từ trường luôn dao động cùng pha nhưng theo hai hướng vuông góc với nhau

  C. Sóng điện từ dùng trong thông tin vô tuyến gọi là sóng vô tuyến

  D. Sóng điện từ là sự lan truyền của điện trường biến thiên và từ trường biến thiên trong không gian theo thời gian

Bài 3: Phát biểu nào sau đây không đúng khi nói về điện từ trường?

  A. Nếu tại một nơi có một từ trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một điện trường xoáy

  B. Nếu tại một nơi có một điện trường không đều thì tại nơi đó xuất hiện một từ trường xoáy

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

  D. Điện từ trường xuất hiện xung quanh một chỗ có tia lửa điện

Bài 4: Sóng điện từ và sóng cơ học không có cùng tính chất nào sau đây?

  A. mang theo năng lượng

  B. chỉ truyền được trong các môi trường vật chất có tính đàn hồi

  C. có tính phản xạ, khúc xạ, giao thoa

  D. tốc độ truyền sóng phụ thuộc môi trường

Bài 5: Hãy chọn phát biểu 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

Bài 6: Phát biểu nào sai khi nói về sóng điện từ?

  A. Sóng điện từ là sự lan truyền trong không gian của điện từ trường biến thiên theo thời gian.

  B. Trong sóng điện từ, điện trường và từ trường luôn dao động lệch pha nhau \({\pi }/{2}\;\)

  C. Trong sóng điện từ, điện trường và từ trường biến thiên theo thời gian với cùng chu kì

  D. Sóng điện từ dùng trong thông tin vô tuyến gọi là sóng vô tuyến

Bài 7: Khi nói về sóng điện từ, phát biểu nào sai?

  A. Trong quá trình truyền sóng điện từ, vectơ cường độ điện trường và vectơ cảm ứng từ luôn cùng phương

  B. Sóng điện từ truyền được trong môi trường vật chất và trong chân không

  C. Trong chân không, sóng điện từ lan truyền với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng

  D. Sóng điện từ bị phản xạ khi gặp mặt phân cách giữa hai môi trường

Bài 8: Tìm phát biểu sai về sóng điện từ:

  A. Sóng điện từ mang năng lượng

  B. Sóng điện từ có đầy đủ các tính chất như sóng cơ học: phản xạ, khúc xạ, giao thoa

  C. Sóng điện từ là sóng ngang

  D. Giống như sóng cơ học, sóng điện từ cần môi trường vật chất đàn hồi để lan truyền

Bài 9: Tính chất nào sau đây của sóng điện từ là chưa đúng?

  A. Sóng điện từ có thể giao thoa với nhau

  B. Sóng điện từ lan truyền với vận tốc ánh sáng

  C. Trong quá trình lan truyền sóng, vectơ B và vectơ E luôn luôn trùng phương nhau và vuông góc với phương truyền

  D. Truyền được trong mọi môi trường vật chất và trong cả môi trường chân không

Bài 10: Chọn câu có nội dung sai?

  A. Sóng điện từ là sóng ngang

  B. Cũng giống như sóng cơ học, sóng điện từ truyền được trong mọi môi trường vật chất, kể cả chân không

  C. Khi truyền đi trong không gian sóng điện từ mang năng lượng

  D. Vận tốc sóng điện từ trong chân không là \(300.000{km}/{s}\;\)

---(Để xem đầy đủ, chi tiết của tài liệu vui lòng xem tại online hoặc đăng nhập để tải về máy)---

ĐÁP ÁN PHẦN LUYỆN TẬP

1A	2A	3B	4B	5A	6B	7A	8D	9C	10D
11C	12D	13D	14B	15A	16B	17D	18C	19B	20C
21A	22B	23A	24B	25C	26B	27C	28B	29C	30B

 

Trên đây là một phần trích dẫn nội dung Kỹ thuật cơ bản giải bài tập về sóng điện từ môn Vật Lý 12 năm 2021-2022. Để xem toàn bộ nội dung các em đăng nhập vào trang hoc247.net để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.

Ngoài ra các em có thể tham khảo thêm một số tư liệu cùng chuyên mục sau:

Phương pháp giải bài tập về sóng cơ môn Vật Lý 12 năm 2021-2022