Phương pháp giải bài tập dao động và sóng điện từ ( đầy đủ)

Bài viết này trình bày chi tiết các bài tập về dao động và sóng điện từ, mỗi bài có phương pháp, ví dụ và bài tập tự học.

Sóng điện từ và rung động

Bạn Đang Xem: Phương pháp giải bài tập dao động và sóng điện từ ( đầy đủ)

Một. Tóm tắt lý thuyết

1. Dao động điện từ.

Một. Những thay đổi về điện tích và dòng điện trong mạch dao động

+ Mạch dao động là mạch kín gồm tụ điện có điện dung c

Một cuộn dây thuần cảm l, nối với nhau có điện trở thuần không đáng kể.

+ Điện tích trên tụ điện trong mạch dao động: q = q0 cos(ωt + φ).

+ Hiệu điện thế giữa hai bản của hai tụ điện: u = \(\frac{q}{c}\) = u0 cos(ωt + φ). với uo = \(\frac{q_{0}}{c}\)

Nhận xét: Điện áp giữa hai bản tụ điện cùng pha và điện tích trên tụ điện

+Ampe trong cuộn dây:

i = q’ = -ωq0sin(ωt + φ) = i0cos(ωt +φ + \(\frac{\pi }{2}\) ); i0 = q0.ω.

Nhận xét: Cường độ dòng điện nhanh pha so với điện tích trên tụ điện góc

+Mối quan hệ: \((\frac{q}{q_{0}})^{2}+(\frac{i}{i_{0}})^{2}= 1 ) hoặc: \((\frac{q\omega }{io})^{2}+(\frac{i}{io})^{2}=1\) hoặc: \ ( (\frac{q}{q_{0}})^{2}+(\frac{i}{\omega .q_{0}})^{2}=1\)

+ tần số góc: \(\omega =\frac{1}{\sqrt{lc}}\) contact; \(io=\omega qo=\frac{qo}{ \sqrt{lc}}\) \(;uo=\frac{qo}{c}=\frac{io}{ \omega c}=io\sqrt{\frac{l} {c}}\)

+ Chu kì và tần số riêng của mạch dao động: t = \(2\pi \sqrt{lc}\) và f = \(\frac{1}{2\pi \ căn bậc hai {lc}}\)

Mối quan hệ giữa + biên độ và giá trị bình phương trung bình gốc: u0 = u\(\sqrt{2}\); i0 = i \(\sqrt{2}\)a

b. Năng lượng điện từ trong mạch dao động

+Năng lượng tập trung ở tụ điện:

+Năng lượng từ trường tập trung ở cuộn cảm:

+Năng lượng điện trường và từ trường biến thiên tuần hoàn theo tần số góc:

ω’ = 2ω ; f’=2f và chu kỳ t’ = \(\frac{t}{2}\) .

+Năng lượng điện từ trong mạch:

Hoặc: w = wc + wl = \(\frac{1}{2}.\frac{{q_{0}}^{2}}{c}\)cos2(ωt + φ ) + \(\frac{1}{2}.\frac{{q_{0}}^{2}}{c}\)sin2(ωt + φ)

=> w= \(\frac{1}{2}.\frac{{q_{0}}^{2}}{c}\) \(\frac{1} {2}l{ i_{0}}^{2}=\frac{1}{2}c{u_{0}}^{2}\) = hằng số.

+ Mối quan hệ giữa q0, i0 và u0 trong mạch dao động: q0 = cu0 = \(\frac{io}{\omega }=io\sqrt{lc}\) = i0.

Chú ý

+ Trong một chu kỳ của dao động điện từ, năng lượng của điện trường gấp 4 lần năng lượng của từ trường.

Xem Thêm: Những mẫu tranh tô màu đồ chơi trường mầm non đẹp và độc đáo Update 12/2022

+ Khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp năng lượng điện trường và năng lượng từ trường là \(\frac{t}{4}\)

+ Mạch dao động có điện trở thuần r≠0 thì dao động tắt dần. Để duy trì dao động thì phải cung cấp cho mạch một công suất là:

+ quy ước: q > 0 ứng với điện dung ta coi là tích điện dương thì i > 0 ứng với cường độ dòng điện coi như chạy qua các bản của tụ điện.

+ Khi xả tụ thì q và u giảm, ngược lại khi tụ tích điện thì q và u tăng.

+ khoảng thời gian giữa hai lần liên tiếp điện tích trên bản tụ điện có độ lớn cực đại \(\delta t=\frac{t}{2}\)

+ Thời gian ngắn nhất dt từ khi tích điện trên tấm này đến khi tích điện bằng một nửa giá trị cực đại là \(\frac{t}{6}\).

2. trường điện từ.

Xem Thêm : Cong thuc tinh pH – Các công thức tính nồng độ pH “hay nhất”

*Mối quan hệ giữa điện trường biến thiên và từ trường biến thiên

+ Nếu một nơi thỉnh thoảng thay đổi từ trường thì sẽ xuất hiện điện trường xoáy.

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

+ Nếu ở đâu đó có điện trường biến thiên theo thời gian thì ở đó sẽ xuất hiện từ trường.

Đường sức của từ trường luôn kín.

* Điện từ trường: Mỗi sự thay đổi của từ trường sẽ tạo ra một vùng không gian xung quanh điện trường xoáy biến thiên theo thời gian và mỗi điện trường biến thiên theo thời gian cũng sẽ tạo ra một trường xung quanh vùng không gian đó. từ trường biến thiên theo thời gian.

Điện trường biến thiên và từ trường biến thiên cùng tồn tại trong không gian. Chúng có thể chuyển hóa lẫn nhau trong một trường thống nhất gọi là trường điện từ.

3. Sóng điện từ – thông tin vô tuyến.

Sóng điện từ là trường điện từ truyền trong không gian.

Một. Đặc điểm của sóng điện từ

+ Sóng điện từ lan truyền với vận tốc ánh sáng trong chân không (c≈3.108m/s). Sóng điện từ lan truyền trong chất điện môi. Tốc độ lan truyền của sóng điện từ trong môi trường điện môi nhỏ hơn trong chân không và nó liên quan đến hằng số điện môi.

+ Sóng điện từ là sóng ngang. Trong quá trình truyền sóng, \(\vec{e}\) và \(\vec{b}\) luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng. Tại mỗi điểm dao động điện trường và từ trường luôn cùng pha.

+ Khi sóng điện từ gặp mặt phân cách giữa hai môi trường thì nó sẽ bị phản xạ và khúc xạ như ánh sáng. Ngoài ra còn có hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ… sóng điện từ.

+ Sóng điện từ mang năng lượng. Khi một sóng điện từ truyền đến ăng-ten, nó sẽ làm cho các electron tự do trong ăng-ten dao động.

+ Nguồn phát sóng điện từ rất đa dạng như tia lửa điện, đóng cầu dao, cầu dao, sấm sét….

b. Truyền thông vô tuyến

+sóng vô tuyến là sóng điện từ được sử dụng trong đài phát thanh, có bước sóng từ vài mét đến vài km. Sóng vô tuyến được chia thành các bước sóng: vi sóng, sóng ngắn, sóng trung bình và sóng dài.

+ Tầng điện ly là tầng khí quyển bị ion hóa mạnh bởi ánh sáng mặt trời, nằm trong dải độ cao từ 80 km đến 800 km, có ảnh hưởng lớn đến sự lan truyền của sóng vô tuyến. đường dây điện.

+ Tầng điện ly p>

+ Các phân tử không khí trong khí quyển hấp thụ mạnh sóng dài, trung bình và vi ba nhưng kém hơn ở vùng sóng ngắn. Sóng ngắn bị tầng điện ly và mặt đất phản xạ tốt.

Xem Thêm: Tập làm văn lớp 4: Kể về một chuyến du lịch đáng nhớ của em Dàn ý & 12 bài văn mẫu lớp 4 hay nhất

+ Nguyên tắc chung của thông tin vô tuyến:

– Điều chế sóng mang:

*Chuyển đổi âm thanh (hoặc hình ảnh) bạn muốn truyền thành dao động điện từ tần số thấp được gọi là tín hiệu âm thanh (hoặc tần số hình ảnh).

*bộ trộn: Sử dụng sóng điện từ tần số cao (tần số cao) để mang (sóng mang) tín hiệu tần số âm thanh hoặc hình ảnh. Để làm được điều này, sóng điện từ tần số âm thanh hoặc video cần được trộn với sóng điện từ tần số cao (đã điều chế). Thông qua ăng-ten phát, sóng điện từ tần số cao đã được điều chế được truyền đi trong không gian.

–Tiếp nhận: Sử dụng bộ thu có ăng-ten thu để chọn và nhận sóng điện từ tần số cao mà bạn muốn nhận.

–Bộ dò: Tách tín hiệu khỏi sóng tần số cao (tách), sau đó nghe âm thanh đến bằng loa hoặc xem hình ảnh bằng màn hình.

-kBộ khuếch đại: Để tăng cường độ của sóng truyền đi và tăng cường độ của tín hiệu nhận được, một bộ khuếch đại được sử dụng.

c.Sơ đồ khối của một máy phát vô tuyến đơn giản

Anten phát: là một khung dao động hở (số vòng dây của cuộn dây l hoặc hai bản tụ điện đặt xa nhau), các cuộn dây đặt gần cuộn dây được đặt so le để phát ra máy. Do hiện tượng cảm ứng, các bức xạ điện từ cùng tần số với máy phát sẽ được phát vào không gian.

d.Sơ đồ khối của một máy thu thanh đơn giản

Anten thu sóng: là một khung máy hiện sóng mở thu được nhiều sóng và có điện dung thay đổi. Do cộng hưởng với tần số sóng mong muốn, chúng ta có sóng điện từ với f = f0

4.Sự giống nhau giữa dao động cơ học và dao động điện

b. Loại bài tập

Dạng 1: Xác định các đại lượng: t, f, ω, Bước sóng λ được máy thu nhận.

Xem Thêm : Soạn bài Sự phát triển của từ vựng – Lớp 9

Một. Công thức:

-Chu kì, tần số, tần số góc của mạch dao động:

\(t=2\pi \sqrt{lc};f=\frac{1}{2\pi \sqrt{lc}}=\frac{1}{2\ pi }.\frac{io}{qo};\omega =\frac{1}{\sqrt{lc}}\)

– Bước Sóng Điện Từ: Trong Chân Không:

– Trong môi trường: \(\lambda =\frac{v}{f}=\frac{c}{nf}\) (c = 3.108 m/s)

– Máy phát hoặc thu sóng điện từ dùng mạch dao động lc, tần số của sóng điện từ phát hoặc thu bằng tần số riêng của mạch. Mạch chọn sóng của máy thu thanh thu sóng điện từ có bước sóng:

\(\lambda=\frac{c}{f}=2\pi c\sqrt{lc}\)

-Nếu mạch chọn có cả biến l và c, thì bước sóng mà máy thu vô tuyến nhận được sẽ thay đổi trong phạm vi sau:

λmin = 2πc\(\sqrt{l_{min}c_{min}}\) đến λmax = 2πc\(\sqrt{l_{max}c_{max}}\).

+Cuộn cảm ghép nối.

Xem Thêm: Những bài hát về tình bạn tuổi học trò, bạn bè thầy cô hay nhất năm 2021

– Có hai cuộn cảm có độ tự cảm l1 và l2 ghép thành một tụ điện có điện dung lset = lb

-Nếu 2 cuộn dây mắc song song:

\(\frac{1}{l_{//}}=\frac{1}{l_{1}}+\frac{1}{l_{2}}\rightarrow l_{ //}=\frac{l_{1}.l_{2}}{l_{1}+l_{2}}\)Giảm độ tự cảm

\(\frac{1}{z_{l_{b}}}=\frac{1}{z_{l_{1}}}+\frac{1}{z_{l_{2 } }}}\)Giảm độ tự cảm

Nếu 2 cuộn dây mắc nối tiếp:

\(l_{nt}=l_{1}+l_{2}\)tăng độ tự cảm

zlb = zl1 + zl2 tăng độ nhạy

+Điện dung:

-Có hai tụ điện có điện dung c1 và c2 ghép thành bộ tụ điện có điện dung cb = cb

-Nếu ghép song song 2 tụ điện thì:

\(c_{//}=c_{1}+c_{2}\) tăng điện dung

\(\frac{1}{z_{c_{b}}}=\frac{1}{z_{c_{1}}}+\frac{1}{z_{c_{2 } }}}\) Điện trở giảm

Nếu 2 tụ điện mắc nối tiếp:

\(\frac{1}{{c_{nt}}}=\frac{1}{{c_{1}}}+\frac{1}{{c_{2}}} \rightarrow c_{nt}=\frac{c_{1}c_{2}}{c_{1}+c_{2}}\) giảm điện dung

zcb = zc1 + zc2 tăng điện dung

+Tụ xoay:

Tụ điện quay: \(c_{x}//c_{0}: (\frac{\lambda _{1}}{\lambda _{0}})^{2}=\ frac{c_{x1}+c_{0}}{c_{0}}\)

Công thức tính điện dung xoay

b. Thực hành sáng tác:

bài 1Mạch dao động điện từ lc gồm cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm l = 2 mh và tụ điện có điện dung c = 0,2 μf. Biết rằng điện trở thuần của dây dẫn không đáng kể, mạch có dao động điện từ riêng. Xác định chu kì, tần số riêng của mạch.

Lời giải: t = 2π\(\sqrt{lc}\)= 4π.10-5 = 12,57.1​​0-5 giây; f = \( frac{1}{t}\) = 8.103 Hz.

Bài 2: Mạch dao động của máy thu thanh, cuộn dây thuần cảm l = 5.10-6 h, tụ điện có điện dung 2.10-8 f; điện trở thuần r = 0. Máy đó có thể thu được bao nhiêu bước sóng sóng điện từ?

Giải: Ta có: λ= 2πc\(\sqrt{lc}\)= 600 m.

Tất cả nội dung bài viết. Vui lòng xem thêm và tải về các tài liệu chi tiết sau:

Tải xuống

Bài tập trắc nghiệm Vật Lý lớp 12 – Xem ngay