Chi tiết thông tin

Bài 22: Sóng điện từ

43 View

Lý thuyết Sóng điện từ

I) Sóng điện từ

- Khái niệm: là sự lan truyền điện từ trường trong không gian. - Đặc điểm của sóng điện từ: +) Tốc độ truyền sóng: Sóng điện từ lan truyền được trong môi trường rắn, lỏng, khí và cả chân không. Vận tốc truyền sóng trong chân không là: c = 3.10⁸. Trong các môi trường khác thì nhỏ hơn. v_ck > v_k > v_l > v_r +) Bước sóng: Trong chân không sóng điện từ có chu kỳ T có bước sóng là: λ = cT

+) Phương truyền sóng: sóng điện từ là sóng ngang. Vectơ

;

luôn vuông góc với phương truyền sóng. Ba vec tơ

tại một điểm tạo với nhau thành một tam diện thuận. +) Pha dao động: của điện trường và từ trường tại một điểm luôn luôn đồng pha với nhau. - Tính chất của sóng điện từ: +) Sóng điện từ mang năng lượng. +) Sóng điện từ bị phản xạ và khúc xạ khi gặp mặt phân cạch giữa hai môi trường như ánh sáng. +) Tuân theo các quy luật giao thoa, nhiễu xạ,.. của sóng.

II) Sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển.

- Khái niệm: sóng vô tuyến là sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài kilomet được dùng trong thông tin liên lạc. - Phân loại và so sánh

	Sóng dài	Sóng trung	Sóng ngắn	Sóng cực ngắn
Bước sóng	> 1000 m	100 → 1000 m	10 → 100 m	0,01 → 10 m
Tính chất	Có năng lượng nhỏ → không truyền được đi xa. Bị không khí hấp thụ mạnh Nước hấp thụ ít Phản xạ trên tầng điện li	Ban ngày bị tầng điện ly hấp thụ mạnh, ban đêm bị phản xạ mạnh Bị không khí hấp thụ mạnh	Có năng lượng lớn, phản xạ rất tốt trên tầng điện li và mặt đất → truyền thông tin đi rất xa Có một vùng tương đối hẹp hầu như không bị không khí hấp thụ	Có năng lượng rất lớn. Bị không khí hấp thụ mạnh Có thể xuyên qua tầng điện li
Ứng dụng	Thông tin liên lạc dưới nước	Thông tin liên lạc ban đêm. Truyền thông trong phạm vi hẹp	Thông tin liên lạc trên mặt đất	Thông tin liên lạc vũ trụ

Tầng điện li là một lớp khí quyển, trong đó các phần tử khí đã bị ion hóa rất mạnh dưới tác dụng của các ia ử ngoại trong ánh sáng Măt Trời. tầng điện ly kéo dài từu độ cao 80÷800 km.

C1 trang 112 SGK:

Sóng điện từ và điện từ trường có gì khác nhau? Trả lời: - Sóng điện từ và điện từ trường không có gì khác nhau. Sóng điện từ chính là điện từ trường lan truyền trong không gian.

C2 trang 112 SGK:

Viết công thức liên hệ giữa bước sóng điện từ (λ) với tần số sóng (f) Trả lời: - Công thức: λ = c/f (với c ≈ 3.10⁸ m/s)

Bài 1 (trang 115 SGK Vật Lý 12):

Sóng điện từ là gì? Nêu những đặc điểm của sóng điện từ. Lời giải: • Sóng điện từ chính là điện từ trường lan truyền trong không gian. • Các đặc điểm: + Sóng điện từ lan truyền trong chân không và trong các điện môi. + Sóng điện từ là sóng ngang: vecto điện trường

và vecto cảm ứng từ

luôn luôn vuông góc với nhau và vuông góc với với phương truyền sóng. Ba vecto

tạo thành một tam diện thuận.

+ Trong sóng điện từ thì dao động của điện trường và của từ trường tại một điểm luôn luôn đồng pha với nhau. + Khi sóng điện từ gặp mặt phân cách giữa hai môi trường thì sóng điện từ cũng bị phản xạ, khúc xa như sóng ánh sáng. + Sóng điện từ mang năng lượng.

Bài 2 (trang 115 SGK Vật Lý 12):

Nêu những đặc điểm của sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển. Lời giải: Sóng vô tuyến bị môi trường không khí hấp thụ. Chỉ có những sóng điện từ nằm trong một số vùng tương đối hẹp là không bị môi trường không khí hấp thụ. Các vùng này gọi là dải sóng vô tuyến. + Sóng dài: có năng lượng thấp, bị các vật trên mặt đất hấp thụ mạnh nhưng nước lại hấp thụ ít, do đó sóng dài và cực dài được dùng trong thông tin liên lạc dưới nước (VD: liên lạc giữa các tàu ngầm,...). Tuy nhiên, chúng bị yếu đi rất nhanh khi đi ra xa khỏi nguồn phát, vì vậy nguồn phát phải có công suất lớn. + Sóng trung: Ban ngày bị hấp thụ mạnh nên không truyền đi xa. Ban đêm sóng ít bị hấp thụ, phản xạ tốt ở tầng điện li nên sóng có thể truyền đi xa. Sóng trung được dùng trong vô tuyến truyền thanh (thường sử dụng chỉ trong phạm vi một quốc gia). Tuy nhiên, về ban ngày thì ta chỉ bắt được các đài ở gần, còn về ban đêm sẽ bắt được các đài ở xa hơn (ban đêm nghe đài sóng trung rõ hơn ban ngày). + Sóng ngắn: có năng lượng lớn, bị phản xạ nhiều lần giữa tầng điện ly và mặt đất. Do đó một đài phát sóng ngắn có công suất lớn có thể truyền sóng tới mọi điểm trên Trái Đất. Sóng ngắn thường được dùng trong liên lạc vô tuyến hàng hải và hàng không, các đài phát thanh,... + Sóng cực ngắn: không bị tầng điện li hấp thụ hay phản xạ, nó xuyên qua tầng điện li vào vũ trụ. Sóng cực ngắn thường được dùng trong việc điều khiển bằng vô tuyến, trong vô tuyến truyền hình, trong thông tin vũ trụ,... Chú ý: Vô tuyến truyền hình dùng các sóng cực ngắn, không truyền được xa trên mặt đất, không bị tầng điện li hấp thụ hay phản xạ, nó xuyên qua tầng điện li. Muốn truyền hình đi xa, người ta phải đặt các đài tiếp sóng trung gian, hoặc dùng vệ tinh nhân tạo để thu rồi phát trở về Trái Đất.

Bài 3 (trang 115 SGK Vật Lý 12):

Hãy chọn câu đúng. Nhiều khi ngồi trong nhà không thể dùng được điện thoại di động vì không có sóng. Nhà đó chắc chắn phải là A. nhà sàn B. nhà lá C. nhà gạch D. nhà bê tông Lời giải: Chọn đáp án D.

Bài 4 (trang 115 SGK Vật Lý 12):

Sóng điện từ có tần số 12 MHz thuộc loại sóng nào dưới đây? A. Sóng dài B. Sóng trung C. Sóng ngắn D. Sóng cực ngắn Lời giải: Chọn đáp án C.

Bài 5 (trang 115 SGK Vật Lý 12):

Trong các hình sau, hình nào diễn tả đúng phương và chiều của cường độ điện trường E, cảm ứng từ B và tốc độ truyền sóng V của một sóng điện từ?

A. Hình a B. Hình b C. Hình c D. Hình d Lời giải: Véc tơ E, v, B từng đôi một vuông góc với nhau, tuân theo quy tắc tam diện thuận: Duỗi thẳng bàn tay phải sao cho chiều của véc tơ v hướng ra từ lòng bàn tay; chiều từ cổ tay đến 4 ngón tay là chiều véc tơ cảm ứng từ B; ngón tay cái choãi ra 90^o là chiều của véc tơ cường độ điện trường E. Chọn đáp án C.

Bài 6 (trang 115 SGK Vật Lý 12):

Tính tần số của các sóng ngắn có bước sóng 25m, 31m và 41m. Biết tốc độ truyền sóng điện tử là 3.108 m/s. Lời giải: Ta có công thức:

Với λ = 25m thì

Với λ = 31m thì

Với λ = 41m thì

Trắc nghiệm Bài 22

Bài 1: Nguyên tắc phát sóng điện từ là: A. dùng mạch dao động LC dao động điều hòa B. đặt nguồn xoay chiều vào hai đầu mạch LC C. kết hợp mạch chọn sóng LC với anten D. kết hợp máy phát dao động điện từ duy trù với anten.

Hiển thị đáp án

- Nguyên tắc phát sóng điện từ là kết hợp máy phát dao động điện từ duy trì với anten. Chọn đáp án D

Bài 2: Kí hiệu các loại sóng điện từ như sau: (1) sóng dài ; (2) sóng trung ; (3) sóng ngắn ; (4) sóng cực ngắn. Những sóng điện từ nào kể trên đều bị tầng điện li phản xạ với mức độ khác nhau? A. Chỉ (10 B. (2) và (3) C. (3) và (4) D. (1), (2) và (3)

Hiển thị đáp án

- Những sóng điện từ đều bị tầng điện li phản xạ với mức độ khác nhau là sóng dài, sóng trung và sóng ngắn. Chọn đáp án D

Bài 3: Để truyền các tín hiệu truyền hình vô tuyến, người ta thường dùng các sóng điện từ có bước sóng vào khoảng A. 1 km đến 3 km B. vài trăm mét C. 50 m trở lên D. dưới 10 m

Hiển thị đáp án

- Để truyền các tín hiệu truyền hình vô tuyến, người ta thường dùng các sóng điện từ có bước sóng vào khoảng dưới 10m. Chọn đáp án D

Bài 4: Đặc điểm nào sau đây là đặc điểm chung giữa sóng điện từ và sóng cơ: A. Có vận tốc lan truyền phụ thuộc vào môi trường truyền sóng. B. Truyền được trong chân không. C. Mang năng lượng tỉ lệ với lũy thừa bậc 4 của tần số sóng. D. Đều là sóng dọc.

Hiển thị đáp án

- Cả sóng điện từ và sóng cơ đều có vận tốc truyền sóng phụ thuộc vào bản chất của môi trường truyền sóng. Chọn đáp án A

Bài 5: Một mạch chọn sóng là mạch dao động LC có L = 2 mH, C = 8 pF. Lấy π² = 10. Mạch trên thu được sóng vô tuyến có bước sóng nào dưới đây trong môi trường không khí? A. λ = 120 m. B. λ = 240 m. C. λ = 12 m. D. λ = 24 m.

Hiển thị đáp án

- Bước sóng mà mạch LC thu được:

Chọn đáp án B

Bài 6: Phát biểu nào sau đây là đúng khi nói về sóng điện từ? A. Điện tích dao động không thể bức xạ sóng điện từ. B. Tốc độ của sóng điện từ trong chân không nhỏ hơn nhiều lần so với tốc độ của ánh sáng trong chân không. C. Tần số của sóng điện từ bằng 2 lần tần số dao động của điện tích. D. Khi một điện tích điểm dao động thì sẽ có điện từ trường lan truyền trong không gian dưới dạng sóng.

Hiển thị đáp án

- Khi một điện tích điểm dao động thì sẽ có điện từ trường lan truyền trong không gian dưới dạng sóng. Chọn đáp án D

Bài 7: Phát biểu nào sau đây sai khi nói về sóng điện từ? A. Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian. B. Sóng điện từ không lan truyền được trong chân không. C. Sóng điện từ là sóng ngang. D. Dao động của điện từ trường và từ trường trong sóng điện từ luôn đồng pha nhau

Hiển thị đáp án

- Sóng điện từ chính là điện từ trường lan truyền trong không gian. - Các đặc điểm: + Sóng điện từ lan truyền trong chân không và trong các điện môi. + Sóng điện từ là sóng ngang, có thành phần vecto điện trường E vuông góc với thành phần vecto cảm ứng từ B và cùng vuông góc với với phương truyền sóng, ba vecto

tạo thành một tam diện thuận.

Chọn đáp án B

Bài 8: Sóng vô tuyến nào sau đây không bị phản xạ ở tần điện li? A. Sóng trung B. Sóng ngắn C. Sóng cực ngắn D. Sóng dài

Hiển thị đáp án

- Sóng vô tuyến không bị phản xạ ở tầng điện li là sóng cực ngắn. Chọn đáp án C

Bài 9: Một anten vệ tinh có công suất phát sóng là 1570 W hướng về một vùng của Trái Đất. Tín hiệu nhận được từ vệ tinh ở vùng đó trên mặt đất có cường độ là 5.10^-10W/m². Bán kính đáy của hình nón tiếp xúc với mặt đất được vệ tinh phủ sóng là A. 1000 km B. 500 km C. 10000 km D. 5000 km

Hiển thị đáp án

- Ta có:

Chọn đáp án A

Bài 10: Sóng điện từ có tần số f = 300 MHz thuộc loại A. sóng dài B. sóng trung C. sóng ngắn D. sóng cực ngắn

Hiển thị đáp án

- Ta có: λ = c/f = 3.10⁸/300.10⁶ = 1m - Vậy đây là sóng cực ngắn. Chọn đáp án D Bài 11: Khi nói về sóng điện từ, phát biểu nào sau đây sai? A. Sóng điện từ chỉ truyền được trong môi trường vật chất đàn hồi B. Sóng điện từ bị phản xạ khi gặp mặt phân cách giữa hai môi trường C. Sóng điện từ lan truyền trong chân không với tốc độ 3.10⁸ m/s D. Sóng điện từ là sóng ngang và truyền được trong chân không

Hiển thị đáp án

- Sóng điện từ không chỉ lan truyền được trong môi trường đàn hồi mà còn lan truyền được trong môi trường chân không. Chọn đáp án A

Bài 12: Sóng điện từ và sóng âm khi truyền từ không khí vào thủy tinh thì tần số: A. sóng điện từ giảm, còn sóng âm tăng. B. cả hai sóng đều không đổi. C. sóng điện từ tăng, còn sóng âm giảm. D. cả hai sóng đều giảm.

Hiển thị đáp án

- Khi sóng âm và sóng điện từ truyền qua các môi trường khác nhau thì tần số của cả hai sóng đều không đổi. Chọn đáp án B

Bài 13: Mạch dao động của một máy thu vô tuyến điện, tụ điện có điện dung biến thiên từ 56 pF đến 667 pF. Muốn cho máy thu bắt được các sóng từ 40 m đến 2600 m, bộ cuộn cảm trong mạch phải có độ tự cảm nằm trong giới hạn nào? A. Từ 8 µH trở lên. B. Từ 2,84 mH trở xuống. C. Từ 8 µH đến 2,84 mH. D. Từ 8 mH đến 2,84 µH.

Hiển thị đáp án

- Bước sóng mà mạch LC có thể bắt được:

→ Với dãi sóng từ 40 m đến 2600 m ta tìm được khoảng giá trị tương ứng của L từ:

Đến:

Chọn đáp án C

Bài 14: Chọn phát biểu đúng: A. Sóng điện từ cũng giống sóng cơ và chỉ truyền được trong môi trường vật chất. B. Trong sóng điện từ thì điện trường và từ trường tại một điểm dao động đồng pha. C. Trong chân không, các sóng điện từ truyền đi với vận tốc khác nhau. D. Trong sóng điện từ thì điện trường và từ trường tại một điểm dao động cùng phương.

Hiển thị đáp án

- Trong sóng điện từ thì điện trường và từ trường tại một điểm luôn dao động cùng pha. Chọn đáp án B

Bài 15: Phát biểu nào sau đây là sai? Sóng điện từ và sóng cơ: A. đều tuân theo quy luật phản xạ. B. đều mang năng lượng. C. đều truyền được trong chân không. D. đều tuân theo quy luật giao thoa.

Hiển thị đáp án

Chỉ sóng điện từ truyền được trong chân không, sóng cơ không truyền được trong chân không → C sai. Chọn đáp án C

Bài 16: Một mạch chọn sóng gồm một cuộn dây có hệ số tự cảm không đôi và một tụ điện có điện dung biến thiên . Khi điện dung của tụ là 60nF thì mạch thu được bước sóng λ = 30m. Nếu mốn thu được bước sóng λ = 60m thì giá trị điện dung của tụ khi đó là: A. 90 nF B. 80 nF C. 240 nF D. 150 nF

Hiển thị đáp án

- Khi tụ có điện dung C1 bước sóng mà mạch thu được xác định bởi biểu thức:

- Khi tụ có điện dung C2 bước sóng mà mạch thu được xác định bởi biểu thức:

- Vậy ta có tỷ số:

Chọn đáp án C

Bài 17: Mạch chọn sóng của một máy thu vô tuyến điện dung của tụ điện có thể điều chỉnh từ 200pF đến 600pF và độ tự cảm của cuộn dây có thể điều chỉnh từ 0,01mH đến 0,1mH. Bước sóng điện từ trong không khí mà máy có thể thu được: A. Từ 84,3m đến 461,7m. B. từ 36,8m đến 146,9m. C. từ 42,2m đến 230,9m. D. từ 37,7m đến 113,1m.

Hiển thị đáp án

- Ta có

Chọn đáp án A

Bài 18: Một sóng điện từ đang truyền từ một đài phát sóng ở Hà Nội đến máy thu. Biết cường độ điện trường cực đại là 10 (V/m) và cảm ứng từ cực đại là 0,15 (T). Tại điểm A có sóng truyền về hướng Bắc theo phương nằm ngang, ở một thời điểm nào đó khi cường độ điện trường là 4 (V/m) và đang có hướng Đông thì véc tơ cảm ứng từ có hướng và độ lớn là: A. Hướng xuống 0,06 (T) B. Hướng xuống 0,075 (T) C. Hướng lên 0,075 (T) D. Hướng lên 0,06 (T)

Hiển thị đáp án

- Vì E và B dao động cùng pha cùng tần số nên ta có:

- Dùng quy tắc bàn tay phải ta xác định được chiều của B hướng xuống. Chọn đáp án A

Bài 19: Mạch chọn sóng của máy thu vô tuyến điện gồm tụ điện C = 1 nF và cuộn cảm L = 100 µH (lấy π² = 10). Bước sóng mà mạch thu được: A. λ = 300 m. B. λ = 596 m. C. λ = 300 km. D. λ = 1000 m.

Hiển thị đáp án

- Bước sóng mà mạch thu được:

Chọn đáp án B

Bài 20: Trong chân không, tốc độ truyền sóng điện từ bằng 3.10⁸ m/s, một máy phát sóng phát ra sóng cực ngắn có bước sóng 4 m. Sóng cực ngắn đó có tần số bằng: A. 75 kHz B. 75 MHz C. 120 kHz D. 120 MHz

Hiển thị đáp án

- Tần số của sóng: