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

Tất cả những dạng bài tập chương dao động và sóng điện từ được tringf bày cụ thể trong bài viết này.Mỗi dạng sở hữu phương pháp, ví dụ và bài tập tự luyện.

DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ

A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT

1. Dao động điện từ.

a. Sự biến thiên điện tích và dòng điện trong mạch dao động

+ Mạch dao động là một mạch điện kín gồm một tụ điện sở hữu điện dung C và

   một cuộn dây sở hữu độ tự cảm L, sở hữu điện trở thuần ko đáng kể nối với nhau.

+ Điện tích trên tụ điện trong mạch dao động: q = Q0 cos(ωt + φ).

+ Điện áp giữa hai bản 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 với  điện tích trên tụ điện

+ Cường độ dòng điện trong cuộn dây:

i = q' = - ωq0sin(ωt + φ) =  I0cos(ωt +φ + (frac{pi }{2}) ); với  I0 = q0.ω.

  Nhận xét : Cường độ dòng điện NHANH PHA hơn Điện tích trên tụ điện góc

+ Hệ thức liên hệ : ((frac{q}{q_{0}})^{2}+(frac{i}{I_{0}})^{2}=1)  Hay:((frac{qomega }{Io})^{2}+(frac{i}{Io})^{2}=1)  Hay: ((frac{q}{q_{0}})^{2}+(frac{i}{omega .q_{0}})^{2}=1)

 + Tần số góc : (omega =frac{1}{sqrt{LC}}) Những liên hệ ; (Io=omega Qo=frac{Qo}{sqrt{LC}}) (;Uo=frac{Qo}{C}=frac{Io}{omega C}=Iosqrt{frac{L}{C}})        

+ Chu kì và tần số riêng của mạch dao động: T = (2pi sqrt{LC})  và f = (frac{1}{2pi sqrt{LC}})

+ Liên hệ giữa trị giá biên độ và hiệu dụng: U0 = U(sqrt{2});   I0 = I (sqrt{2})A

b. Năng lượng điện từ trong mạch dao động

+Năng lượng điện trường tập trung trong tụ điện:     

            

+Năng lượng từ trường tập trung trong cuộn cảm:

 

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

   ω’ = 2ω ; f’=2f và chu kì T’ = (frac{T}{2}) .

+Năng lượng điện từ trong mạch:

   

Hay: 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)

+ Liên hệ giữa q0, I0 và U0 trong mạch dao động: Q0 = CU0 = (frac{Io}{omega }=Iosqrt{LC}) = I0.

Chú ý

 + Trong một chu kì dao động điện từ, sở hữu 4 lần năng lượng điện trường bằng năng lượng từ trường.

 + Khoảng thời kì giữa hai lần bằng nhau liên tục của năng lượng điện trường và năng lượng từ trường là (frac{T}{4})

 + Mạch dao động sở hữu điện trở thuần R ≠ 0 thì dao động sẽ tắt dần. Để duy trì dao động cần sản xuất cho  mạch một năng lượng sở hữu công suất:

 + Lúc tụ phóng điện thì q và u giảm và trái lại lúc tụ nạp điện thì q và u tăng .

 + Khoảng thời kì giữa hai lần liên tục mà điện tích trên một bản tụ điện sở hữu độ to cực đại là (Delta t=frac{T}{2})

 + Khoảng thời kì ngắn nhất Dt để điện tích trên bản tụ này tích điện bằng một nửa trị giá cực đại là (frac{T}{6}).

 

2. Điện từ trường.

* Liên hệ giữa điện trường biến thiên và từ trường biến thiên

+ Nếu tại một nơi sở hữu một từ trường biến thiên theo thời kì thì tại nơi đó xuất hiện một điện trường xoáy.   

    Điện trường xoáy là điện trường sở hữu những đường sức là đường cong kín.

+ Nếu tại một nơi sở hữu điện trường biến thiên theo thời kì thì tại nơi đó xuất hiện một từ trường.

    Đường sức của từ trường luôn khép kín.

* Điện từ trường :Mỗi biến thiên theo thời kì của từ trường thọ ra trong ko gian xung quanh một điện trường xoáy biến thiên theo thời kì, trái lại mỗi biến thiên theo thời kì của điện trường cũng sinh ra một từ trường biến thiên theo thời kì trong ko gian xung quanh.

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

3. Sóng điện từ - Thông tin liên lạc bằng vô tuyến.

    Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong ko gian.

a. Đặc điểm của sóng điện từ

+ Sóng điện từ lan truyền được trong chân ko với véc tơ vận tốc tức thời bằng véc tơ vận tốc tức thời ánh sáng (c ≈ 3.108m/s). Sóng điện từ lan truyền được trong những điện môi. Tốc độ lan truyền của sóng điện từ trong những điện môi nhỏ hơn trong chân ko và phụ thuộc vào hằng số điện môi.

+ Sóng điện từ là sóng ngang. Trong quá trình lan truyền (vec{E}) và (vec{B}) xoành xoạch vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng. Tại mỗi điểm dao động của điện trường và từ trường  luôn cùng pha với nhau.

+ Lúc sóng điện từ họp mặt phân cách giữa hai môi trường thì nó cũng bị phản xạ và khúc xạ như ánh sáng. Ngoài ra cũng sở hữu hiện tượng giao trâm, nhiễu xạ... sóng điện từ.

+ Sóng điện từ mang năng lượng. Lúc sóng điện từ truyền tới một anten, làm cho những electron tự do trong anten dao động .

 +Nguồn phát sóng điện từ rất phổ biến, như tia lửa điện, cầu dao đóng, ngắt mạch điện, trời sấm sét ... .

b. Thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến

+ Sóng vô tuyến là những sóng điện từ tiêu dùng trong vô tuyến, sở hữu bước sóng từ vài m tới vài km. Theo bước sóng, người ta chia sóng vô tuyến thành những loại: sóng cực ngắn, sóng ngắn, sóng trung và sóng dài.

+ Tầng điện li là lớp khí quyển bị ion hóa mạnh bởi ánh sáng Mặt Trời và nằm từ độ cao từ 80 km đếm 800 km, sở hữu tác động rất to tới sự truyền sóng vô tuyến điện.

+ Những phân tử ko khí trong khí quyển hấp thụ rất mạnh những sóng dài, sóng trung và sóng cực ngắn nhưng ít hấp thụ những vùng sóng ngắn. Những sóng ngắn phản xạ tốt trên tầng điện li và mặt đất.

+ Nguyên tắc chung của thông tin liên lạc  bằng sóng vô tuyến điện:

  - Biến điệu sóng mang:

        *Biến âm thanh (hoặc hình ảnh) muốn truyền đi thành những dao động điện từ sở hữu tần số thấp gọi là tín hiệu âm tần (hoặc tín hiệu thị tần).

        *Trộn sóng: Tiêu dùng sóng điện từ tần số cao (cao tần) để mang (sóng mang) những tín hiệu âm tần hoặc thị tần đi xa . Muốn vậy phải trộn sóng điện từ âm tần hoặc thị tần với sóng điện từ cao tần (biến điệu). Qua anten phát, sóng điện từ cao tần đã biến điệu được truyền đi trong ko gian.

    -Thu sóng :  Tiêu dùng máy thu với anten thu để chọn và thu lấy sóng điện từ cao tần muốn thu.

    -Tách sóng: Tách tín hiệu ra khỏi sóng cao tần (tách sóng) rồi tiêu dùng loa để nghe âm thanh truyền tới hoặc tiêu dùng màn hình để xem hình ảnh.

    -Khuếch đại:Để tăng cường độ của sóng truyền đi và tăng cường độ của tín hiệu thu được người ta tiêu dùng những mạch khuếch đại.

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

Ăng ten phát: là sườn dao động hở (những vòng dây của cuộn L hoặc Hai bản tụ C xa nhau), sở hữu cuộn dây mắc xen sắp cuộn dây của máy phát. Nhờ cảm ứng, bức xạ sóng điện từ cùng tần số máy phát sẽ phát ra ngoài ko gian.

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

Ăng ten thu: là Một sườn dao động hở, nó thu được nhiều sóng, sở hữu tụ C thay đổi. Nhờ sự cùng hưởng với tần số sóng cần thu ta thu được sóng điện từ sở hữu  f = f0

4.Sự tương tự giữa dao động cơ và dao động điện

B. CÁC DẠNG BÀI TẬP

DẠNG 1:  Xác định những đại lượng :T, f, ω, bước sóng λ mà máy thu sóng thu được.

a. Những công thức:

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

(T=2pi sqrt{LC};f=frac{1}{2pi sqrt{LC}}=frac{1}{2pi }.frac{Io}{Qo};omega =frac{1}{sqrt{LC}})

- Bước sóng điện từ: trong chân ko:

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

 -Máy phát hoặc máy thu sóng điện từ sử dụng mạch dao động LC thì tần số sóng điện từ phát hoặc thu được bằng tần số riêng của mạch.Mạch chọn sóng của máy thu vô tuyến thu được sóng điện từ sở hữu bước sóng:

(lambda=frac{c}{f}=2pi csqrt{LC})

-Nếu mạch chọn sóng sở hữu cả L và C biến đổi thì bước sóng mà máy thu vô tuyến thu được sẽ thay đổi trong giới hạn từ:    

 λmin =  2πc(sqrt{L_{min}C_{min}}) tới λmax =  2πc(sqrt{L_{max}C_{max}}).

+ Ghép cuộn cảm.

  - sở hữu hai cuộn cảm  sở hữu độ tự cảm  tuần tự là L1 và L2 được ghép thành bộ tụ sở hữu điện dung Lbộ = Lb

-Nếu Hai cuộn dây ghép 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 cảm kháng

 

Nếu Hai cuộn dây ghép tiếp nối:  

(L_{nt}=L_{1}+L_{2})   tăng  độ tự cảm

ZLb     =   ZL1    +   ZL2   tăng cảm kháng

 

+ Ghép tụ:

- Sở hữu hai tụ điện sở hữu điện dung tuần tự là C1 và C2 được ghép thành bộ tụ sở hữu điện dung Cbộ = Cb

-Nếu Hai tụ ghép song song:

 (C_{//}=C_{1}+C_{2})     tăng điện dung

 (frac{1}{Z_{C_{b}}}=frac{1}{Z_{C_{1}}}+frac{1}{Z_{C_{2}}}) giảm dung kháng

 

Nếu Hai tụ ghép tiếp nối:  

(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 dung kháng

 

+Bộ tụ xoay:

 

Tụ xoay: (C_{x}//C_{0}: (frac{lambda _{1}}{lambda _{0}})^{2}=frac{C_{x1}+C_{0}}{C_{0}})

 Công thức  Tụ xoay

b. Bài tập tự luận:

Bài  1: Một mạch dao động điện từ LC gồm cuộn dây thuần cảm sở hữu độ tự cảm L = Hai mH và tụ điện sở hữu điện dung  C = 0,Hai μF. Biết dây dẫn sở hữu điện trở thuần ko đáng kể và trong mạch sở hữu dao động điện từ riêng. Xác định chu kì, tần số riêng của mạch.

Giải:  Ta sở hữu: T = 2π(sqrt{LC})= 4π.10-5 = 12,57.10-5 s; f = (frac{1}{T}) = 8.103 Hz.

Bài  2:  Mạch dao động của một máy thu thanh với cuộn dây sở hữu độ tự cảm L = 5.10-6 H, tụ điện sở hữu điện dung    2.10-8 F; điện trở thuần R = 0. Hãy cho biết máy đó thu được sóng điện từ sở hữu bước sóng bằng bao nhiêu?

Giải:  Ta sở hữu: λ= 2πc(sqrt{LC})= 600 m.

Luyện Bài tập trắc nghiệm môn Vật lý lớp 12 - Xem ngay

Leave a Comment

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *