(SKKN HAY NHẤT) phương pháp giải bài tập dao động và sóng điện từ

1 Lý chọn đề tài Hiện nay, mà hình thức thi trắc nghiệm khách quan áp dụng kì thi tốt nghiệp tuyển sinh đại học, cao đẳng yêu cầu việc nhận dạng để giải nhanh câu trắc nghiệm, đặc biệt câu trắc nghiệm định lượng cần thiết để đạt kết cao kì thi Trong đề thi tuyển sinh đại học, cao đẳng năm gần đây, mơn Vật lý có câu trắc nghiệm định lượng khó, chưa gặp lần thí sinh khó mà giải nhanh xác câu Để giúp em học sinh giải nhanh xác tập đề thi, giảng dạy chuyên đề, lựa chọn tập điển hình sách giáo khoa, sách tập, đề thi tốt nghiệp THPT, thi tuyển sinh đại học, cao đẳng theo dạng đưa phương pháp giải cho dạng Trong năm học trước, trình bày chuyên đề: - Dao động học với tên đề tài: “Giải tập dựa vào mối quan hệ dao động điều hoà chuyển động tròn đều” (năm 2009) - Dòng điện xoay chiều với đề tài“ Phương pháp giải toán điện xoay chiều giản đồ véc tơ” (năm 2010) - Sóng cơ, sóng âm với tên đề tài: “Xây dựng công thức tổng quát để giải nhanh tập Giao thoa sóng chương trình Vật lý 12 THPT” (năm 2011) Các đề tài Sở GD&ĐT Lào Cai thẩm định công nhận Tôi đồng nghiệp trường thường xuyên áp dụng vào thực tế giảng dạy nâng cao rõ rệt chất lượng học tập môn Vật lý nhà trường Vì vậy, năm học này, tơi xin viết tiếp chuyên đề Dao động sóng điện từ với tên đề tài: “Phương pháp giải tập Dao động sóng điện từ” LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nội dung sáng kiến 2.1 Cơ sở lý luận 2.1.1 Dao động điện từ mạch dao động Mạch dao động mạch kín gồm tụ điện có điện dung C cuộn cảm có độ tự cảm L Mạch dao động lý tưởng mạch dao động có điện trở Khi mạch hoạt động, điện tích tụ, cường độ dòng điện mạch, hiệu điện hai tụ biến thiên điều hòa theo thời gian với tần số góc   chu kỳ riêng T  2 LC ; tần số riêng f  LC , 2 LC Biểu thức điện tích tụ: q = Q0cos(t + ) Biểu thức dòng điện mạch:  i = q’ = -Q0sin(t + ) = I0cos(t +  + ) với I  Q0  Q0 LC Suy ra, i nhanh pha q góc π/2 Biểu thức điện áp tức thời: uC  q Q0  cos(t   )  U cos(t   ) C C Công thức độc lập với thời gian: q2 i2  1 Q02 I 02 u2 i2  1 U 02 I 02 Năng lượng điện từ mạch dao động lý tưởng: + Năng lượng điện trường tụ điện: Q2 1 q2 Q02 Q02  cos2 (t   )   cos(2t  2 ) EC  Cu  qu  C C 2 2C 2C LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com + Năng lượng từ trường cuộn cảm: EL  Q02 Q02 Q02 Q02 Q02 Li  sin (t   )   cos(2t  2 )   cos(2t  2   ) 2C C C C C Nhận xét: Năng lượng điện trường lượng từ trường biến thiên điều hoà ngược pha quanh giá trị Q02 C với tần số tần số góc hai lần tần số tần số góc điện tích, chu kì nửa chu kì điện tích => Năng lượng điện từ: Q2 1 E = EC  EL  CU 02  Q0U   LI 02 2 2C Chú ý: + Mạch dao động có tần số góc , tần số f chu kỳ T Eđ Et biến thiên với tần số góc 2, tần số 2f chu kỳ T/2 + Khoảng thời gian hai lần liên tiếp lượng điện trường lượng từ trường T/4 + Tính nhanh lượng điện, lượng từ: C  E L = Li  (U  u )   E = Cu  L ( I  i )  C 2 2.1.2 Phương pháp giản đồ véc tơ Vì đại lượng x biến thiên điều hồ biểu diễn véc tơ quay Giả sử cần biểu diễn đại lượng x  Acos(t   )  Dùng véc tơ OM có độ dài biên độ A (theo tỉ lệ xích quy ước), quay quanh O mặt phẳng chứa trục gốc Ox với tốc độ góc  theo chiều dương (ngược chiều kim đồng hồ)  + Ở thời điểm t = 0, góc OM Ox pha ban đầu   + Ở thời điểm t, góc giữ OM Ox pha dao động ( t   ) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com  Khi đó, độ dài đại số hình chiếu trục Ox véc tơ quay OM giá trị x thời điểm t  i Lưu ý: + Khi véc tơ nửa trục toạ   q u  +/2 độ, đại lượng biểu diễn giảm + Khi véc tơ nửa trục toạ độ, đại lượng biểu diễn tăng i O q,u 2.2 Thực trạng việc dạy học phần Dao động sóng điện từ trường THPT số Bảo Yên Trong chương trình vật lý 12, chương Dao động sóng điện từ chương ngắn nhất, dạng tập không nhiều (chiếm 05 tiết, số tiết tập có 01 tiết) Mặc dù nội dung chương số câu đề thi tốt nghiệp, đại học, cao đẳng chiếm tỷ lệ đáng kể (03 câu thi tốt nghiệp, 05 câu đề thi đại học, cao đẳng) Tuy nhiên, học sinh thường có tâm lý ngại học chương lý do: - Đây chương trừu tượng, liên quan đến kiến thức điện từ lớp 11 mà đa số HS quên kiến thức - Thời lượng phân bố cho chương ít, em khơng củng cố lý thuyết, rèn luyện kỹ nhiều - Tài liệu tham khảo cho chuyên đề Nhằm giúp học sinh xử lý hầu hết tập Dao động sóng điện từ mà khơng phải nhiều thời gian, phân chia tập chuyên đề theo dạng đưa phương pháp giải Phương pháp giải tập dao động sóng điện từ Dạng Bài tốn tần số dao động riêng; thu, phát sóng điện từ mạch dao động A Phương pháp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Vận dụng công thức tần số góc, tần số chu kì dao động riêng mạch LC:  LC ; f 2 LC ; T  2 LC Vận dụng cơng thức bước sóng sóng điện từ: Sóng điện từ mà mạch dao động LC phát thu có tần số tần số riêng mạch có bước sóng:   cT  2c LC (vận tốc truyền sóng khơng khí lấy c = 3.108m/s) Cách 1: Mỗi giá trị L C, cho ta giá trị tần số, chu kì, bước sóng tương ứng: Ví dụ: Khi độ tự cảm cuộn dây L1, điện dung tụ điện C1 chu kì dao động T1 Khi độ tự cảm cuộn dây L2, điện dung tụ điện C2 chu kì dao động T2 Ta viết biểu thức chu kì tương ứng: T1  2 L1C , T2  2 L C Sau xác lập mối liên hệ tốn học biểu thức Thường lập tỉ số; bình phương hai vế cộng, trừ biểu thức; phương pháp Cách 2: Suy luận dựa vào quan hệ tỷ lệ mặt toán:  ;f LC ;T LC LC ;  LC Nếu mạch dao động gồm nhiều tụ ghép với C điện dung tụ điện + Nếu tụ gồm C1, C2, C3, mắc nối tiếp, điện dung C tụ tính 1 1     C C1 C C LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com + Nếu tụ gồm C1, C2, C3, mắc song song, điện dung tụ C = C1 + C2 + C3 +… Nếu điện tích cực đại tụ Q0, cường độ dòng điện cực đại mạch I0 I0  Q0  CU B Bài tập minh họa Bài Nếu điều chỉnh điện dung mạch dao động tăng lên lần mà giữ nguyên độ tự cảm chu kì dao động riêng mạch thay đổi nào? Giải: Có hai giá trị điện dung: C C’ = 4C, tương ứng với hai giá trị chu kì   T  2 LC T'  2 LC '  2 L.4C  2 L.C  2T  chu kì tăng lần Khi làm trắc nghiệm, khơng phải trình bày tiết kiệm thời gian, ta có nhận định sau: Từ biểu thức tính chu kì ta thấy T tỉ lệ với bậc hai điện dung C độ tự cảm L Tức là, C tăng (hay giảm) n lần T tăng (hay giảm) lần, L tăng (hay giảm) m lần T tăng (hay giảm) n m lần Như tập trên, C tăng lần, suy chu kì tăng  lần Với tần số f ngược lại Bài Nếu tăng điện dung mạch dao động lên lần, đồng thời giảm độ tự cảm cuộn dây lần tần số dao động riêng mạch tăng hay giảm lần?  f  2 LC f' 1    Hay f '  f  tần số giảm hai lần 1  f 2 f '  2 L' C'   2 L.8C  2 Có thể suy luận: C tăng lần, L giảm lần suy chu kỳ thay đổi  lần  f giảm hai lần LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài Một mạch dao động gồm có cuộn cảm có độ tự cảm L = 10 -3H tụ điện có điện dung điều chỉnh khoảng từ 4pF đến 400pF Mạch có tần số riêng nào? Giải: fmax ứng với Cmin, Lmin fmin ứng với Cmax Lmax ta có:  f  2   f   max 2  LC max LC   3 2 10 400.10 3 2 10 4.10 12 12  2,52.10 Hz  2,52.10 Hz tức tần số biến đổi từ 2,52.105Hz đến 2,52.106Hz Bài Một mạch dao động gồm cuộn dây L tụ điện C Nếu dùng tụ C1 tần số dao động riêng mạch 60kHz, dùng tụ C2 tần số dao động riêng 80kHz Hỏi tần số dao động riêng mạch nếu: a)Hai tụ C1 C2 mắc song song; b)Hai tụ C1 C2 mắc nối tiếp Cách 1: Bài toán đề cập đến mạch dao động với tụ khác nhau, ta lập biểu thức tần số tương ứng: + Khi f2  dùng 2 LC f1  C 1: 2 LC1 1  f  4 LC1   ; f   4 LC1 dùng C2: 1  f  4 LC   f  2  4 LC a) Khi dùng hai tụ C1 C2 mắc song song, điện dung tụ C = C1 + C2 f 2 L(C1  C ) Suy    4 L(C1  C ) f 1  2 2f  f f1 f2 f1 f f f 2  60.80 602  802  48kHz LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com b) Khi dùng hai tụ C1 C2 mắc nối tiếp, điện dung tụ xác định 1   C C1 C f 1 1   1     f      2 L  C1 C  4 L  C1 C  Suy f  f12  f 22  f  f12  f 22  60  80  100kHz Cách 2: Suy luận dựa vào quan hệ tỷ lệ: f ra: C f hay C  f2 LC Với L không đổi, suy LC f2 Do đó, C = C1 + C2 1 1 1 f  f12  f 22   ;   f f1 f2 C C1 C Bài Mạch dao động để chọn sóng máy thu gồm cuộn dây có độ tự cảm L = 11,3H tụ điện có điện dung C = 1000pF Để thu dải sóng từ 20m đến 50m, người ta phải ghép thêm tụ xoay CV với tụ C nói Hỏi phải ghép giá trị CV thuộc khoảng nào? Giải: Mạch dao động ban đầu thu bước sóng:   2c LC  2.3.108 11,3.10 6.1000.10 12  200m Nhận xét: Dải sóng cần thu có bước sóng nhỏ bước sóng 0 nên điện dung tụ phải nhỏ C Do phải ghép CV nối tiếp với C: Khi đó:   2 c LCb  Cb  1   CV Cb C 2 4 2c L Từ tính được: CV  10,1.1012 F  10,1 pF ; CV max  66,7.1012 F  66,7 pF Vậy 10,1pF  C V  66,7pF Bài Mạch dao động LC có cường độ dịng điện cực đại I0 = 10mA, điện tích cực đại tụ điện Q  4.10 8 C Tính tần số dao động mạch LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Từ công thức: I0  Q0  2 fQ0 suy f  40000Hz hay f  40kHz Bài Mạch dao động LC lí tưởng dao động với chu kì riêng T = 10 -4s, hiệu điện cực đại hai tụ U0 = 10V, cường độ dòng điện cực đại qua cuộn dây I0 = 0,02A Tính điện dung tụ điện hệ số tự cảm cuộn dây I  Q0  CU ta tính C = 3,2.10 F -8 Từ cơng thức: T  2 LC , ta tính L = 7,9.10-3H Dạng Bài toán giá trị tức thời A Phương pháp Sử dụng tương tự điện Đại lượng Đại lượng điện Tọa độ x q điện tích Vận tốc v i cường độ dòng điện Biểu diễn điện tích, dịng điện mạch véc tơ quay Biểu diễn q, u tương ứng véc tơ quay Q0 , I quay quanh O Khi biểu diễn trục toạ độ, I quay trước Q0 Ed  góc Biểu diễn lượng điện trường, từ trường E Et véc tơ quay 2t  2E Eđ Et; Ed Et Các đại lượng Eđ, Et biểu diễn véc tơ quay Ed , Et quanh gốc E , quay theo chiều dương lượng giác với tốc độ góc 2 -Q0  3  Q0  3 O 2 Q0 2  Q0 q  LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com B Bài tập minh họa Bài Biểu thức điện tích tụ mạch dao động có dạng q=Q0sin(2π.106t)(C) Xác định thời điểm lượng từ lượng điện Có thể viết lại biểu thức điện tích dạng hàm số cosin thời gian, quen thuộc sau:  q  Q cos(2.10 t  ) coi q li độ vật dao động điều O -Q0 hòa  Ban đầu, pha dao động  , vật qua vị trí t= cân theo chiều dương Wđ = Wt lần q  Q 2 Q0   Q0 q T t= , vectơ quay  vị trí cung  , tức quét góc  2 tương ứng với thời gian  T Vậy thời điểm toán cần xác định t = 2  T =   5.10 7 s 8 2.10 Bài Mạch dao động lí tưởng gồm cuộn dây có độ tự cảm L = 0,2H tụ điện có điện dung C = 20F Người ta tích điện cho tụ điện đến hiệu điện cực đại U = 4V Chọn thời điểm ban đầu (t = 0) lúc tụ điện bắt đầu phóng điện Viết biểu thức tức thời điện tích q tụ điện mà thời điểm ban đầu tích điện dương Điện tích tức thời: q  Q cos(t  ) Trong   LC  0,2.20.10 6  500rad / s 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tóm lại, sau thời gian T lượng điện lại lượng từ Bài Mạch dao động LC lý tưởng gồm cuộn dây cảm L  0,39H tụ điện C  18,94nF Thời gian ngắn hai lần điện tích tụ khác dấu lượng từ trường Wt  15.104 J t  1,8.104 s Tính điện tích cực đại tụ điện Giải: T  2 LC  5, 4.104 s Vậy khoảng thời gian trên, véc tơ quay biểu diễn I,q cường độ dòng điện quay góc:  t 360  1200 T Cường độ dịng điện hai trường hợp là: i Wt  0, 0877 A L Vậy, cường độ dòng điện cực đại là: I0 = 2i =0,175A Q02 -5  Q0  CL I  1,5.10 C Áp dụng định luật BTNL: LI  2 C Bài 10 Mạch dao động LC thực dao động điện từ tự với chu kỳ T Tại thời W WL WC điểm dịng điện mạch có cường độ 8 (mA) tăng, sau khoảng thời gian 3T/4 điện tích tụ có độ lớn 2.10-9 C Chu kỳ dao động điện từ mạch A 0,5 ms B 0,25ms C 0,5s D 0,25s   T t1 T  T    3T t2 t Giải: 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cách 1: Năng lượng mạch dao động q2 Li W = wC + wL = + 2C Đồ thị biến thiên wC wL hình vẽ Ta thấy sau 3T : wC2 = wL1 q2 Li q2 = > LC = 2C i Do T = 2 LC = 2 Wt q 2.10 9 = 2 = 0,5.10-6 (s) = 3 i 8 10 W d 0,5s Chọn đáp án C W W/ W t Nhận xét: Cách cho đáp án nhiên Wd chưa thật chặt chẽ wC2 = wL1 chưa thực tổng quát Cách 2: Biểu diễn động véc tơ quay, ta thấy, sau  2k  1 T T T  đổi vị trí   2k  1 d   2k  1 t Wd Wt quay góc  2k  1 2 cho nên: Wd  Wt1  q22 q  Li1  T  2 LC  2  0,5 s 2C i Bài 11 Hai mạch dao động giống hệt Điện tích cực đại tụ mạch = 4μC, tụ mạch hai = μC, Điện tích mạch thứ hai sớm pha điện tích mạch thứ Trong trình dao động, độ chênh điện tích hai tụ có giá trị cực đại 4μC Khi lượng từ trường Q2 Q12 I2 Q12 O  i O Q1 i2 I1 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com mạch thứ cực đại W lượng từ trường mạch thứ hai là: A 3W/4 B 2W/3 C 4W/9 D W Giải: Lập luận tương tự trên, độ lớn Q12 4μC Vậy hình bình hành trở thành hình thoi.với góc  = 300 Tức Q2 quay nhanh Q1 góc  = 300, góc mà I quay nhanh I1 Khi lượng từ trường mạch thứ cực đại véc tơ I1 , I nằm vị trí hình vẽ Do đó: i2  I 3  Wt  Li22  LI 02  W 2 4 Bài 12 Trong mạch dao động, điện tích tụ điện biến thiên theo thời gian theo  qui luật: q  3cos(4000 t+ )C Tìm điện lượng chuyển qua tiết diện thẳng dây dẫn khoảng thời gian từ lúc lượng từ trường lượng điện trườngvà điện tích giảm tới lượng từ trường lượng điện trường điện tích tăng sau Tìm độ lớn lượng điện tích dịch chuyển (theo hai chiều) thời gian Giải: Rõ ràng vận tốc có qui luật biến thiên giống dịng điện, li độ có qui luật biến thiên điện tích nên tốn điện lượng độ lớn lượng điện tích dịch chuyển theo hai chiều giống tốn tìm độ rời qng đường dao động Q01 Ta có: Wd  Wt  Wd  W=>q=  Q0 O q Xảy hai trường hợp: TH1: Lúc đầu q=  Q0 giảm, sau q=  Q0 tăng Q02 17 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com q    Nhìn hình vẽ ta thấy:  2  q  Q    0     TH2: Lúc đầu q=  Q0 Q01 giảm, sau q=  Q0 q O q q tăng   2 q  2Q0 1    Nhìn hình vẽ ta thấy:     q  2Q0 Q02 Bài Điện tích hai mạch dao động LC lí tưởng biến đổi theo phương  trình: q1  2cos(4000 t ) C; q2  3cos(4000 t+ )C Tìm số lần điện tích hai tụ 2,1ms kể từ thời điểm ban đầu A 11 lần B lần C lần D lần Q12 Q2 Q12 Q12 O O Q1 q Giải: Điện tích hai tụ tức q1 = q2 => q12 = q2 – q1 = Tức véc tơ Q21  Q2  Q1 vng góc với trục Oq 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com T  2   2  0,5.103 s t = 2,1ms = 4000 4T + 0,1ms Trong 0,1s, Q21 quay 0.1 360  720 Do đó, số lần Q21  Q2  Q1 vng góc với trục Oq 2,1ms T lần Dạng Tính tốn liên quan đến lượng mạch dao động A Phương pháp - Dùng cơng thức tính lượng điện từ mạch: W= 2 q2 1 Q 02 = const Li  Cu  Li   LI  CU 02  2 2 C 2 C - Có hai cách để cấp lượng ban đầu cho mạch (2) k (1) dao động: Cấp lượng điện ban đầu Ban đầu khóa k chốt (1), tụ điện tích điện (nếu L E C thời gian đủ dài) đến hiệu điện suất điện động E nguồn Năng lượng điện mà tụ tích W  CE Chuyển khóa k sang chốt (2), tụ phóng điện qua cuộn dây k Năng lượng điện chuyển dần thành lượng từ cuộn dây mạch dao động Như hiệu điện cực đại trình dao động L C E,r hiệu điện ban đầu tụ U0 = E, lượng điện ban đầu mà tụ tích từ nguồn lượng toàn phần (năng lượng điện từ) mạch dao động W  CU = CE 2 Cấp lượng từ ban đầu Ban đầu khóa k đóng, dịng điện qua cuộn dây khơng đổi có cường độ : I0  E r 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Năng lượng từ trường cuộn dây không đổi bằng: 1 E W  LI 02  L  2 r Cuộn dây điện trở nên hiệu điện hai đầu cuộn dây (cũng hiệu điện hai tụ điện) khơng Tụ chưa tích điện Khi ngắt khóa k, lượng từ cuộn dây chuyển hóa dần thành lượng điện tụ điện mạch dao động Như vậy, với cách kích thích dao động này, lượng toàn phần (năng lượng điện từ) lượng từ ban đầu cuộn dây W E LI  L  , cường độ dòng điện cực đại mạch dao động 2 r cường độ dòng điện ban đầu qua cuộn dây I  E r B Bài tập minh họa Bài Mạch dao động lí tưởng gồm tụ điện có điện dung C  1F cuộn dây có độ từ cảm L  1mH Trong trình dao động, cường độ dịng điện qua cuộn dây có độ lớn lớn 0,05A Sau hiệu điện hai tụ điện có độ lớn lớn nhất, độ lớn bao nhiêu? Thời gian từ lúc cường độ dòng điện đạt cực đại đến lúc hiệu điện đạt cực đại T (T chu kì dao động riêng mạch) Vậy thời gian cần tìm là: t  1 2c LC  2 10 6.10 2  1,57.10 4 s 4 Năng lượng điện cực đại lượng từ cực đại trình dao động L 10 2 1 2  0,05  5V CU  LI  U  I C 2 10 6 20 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài Tại thời điểm cường độ dòng điện qua cuộn dây mạch dao động có độ lớn 0,1A hiệu điện hai tụ điện mạch 3V Tần số dao động riêng mạch 1000Hz Tính giá trị cực đại điện tích tụ điện, hiệu điện hai đầu cuộn dây cường độ dòng điện qua cuộn dây, biết điện dung tụ điện 10F Từ công thức Với f  Q0  2 Q 02 , suy Q 02  LCi  C u Li  Cu  2 C 2 LC  LC  i2  C2u  4 f , thay vào ta 4 f 0,12  (10.10 6 ) 32  3,4.10 5 C 4. 1000 Q 3,4.10 5   3,4V Hiệu điện cực đại: U  C 10 5 Cường độ dòng điện cực đại: I  Q  2fQ0  2..1000.3,4.10 5  0,21A Bài Một mạch dao động LC, cuộn dây có độ tự cảm L = 2mH tụ điện có điện dung C = 0,2F Cường độ dòng điện cực đại cuộn cảm I0 = 0,5A Tìm lượng mạch dao động hiệu điện hai tụ điện thời điểm dịng điện qua cuộn cảm có cường độ i = 0,3A Bỏ qua mát lượng trình dao động 2 Năng lượng điện từ mạch W  LI 02  2.10 3.0,5  0,25.10 3 J 2 Áp dụng cơng thức tính lượng dao động: W  Li  Cu , suy u 2W  Li  C 2.0,25.10 3  2.10 3.0,32  40V 0,2.10 6 Bài Cường độ dòng điện tức thời mạch dao động LC lí tưởng i = 0,08cos(2000t)A Cuộn dây có độ tự cảm L = 50mH Hãy tính điện dung tụ 21 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com điện Xác định hiệu điện hai tụ điện thời điểm cường độ dòng điện tức thời mạch giá trị cường độ dòng điện hiệu dụng Từ cơng thức tính tần số góc:  LC , suy C  1   5.10 6 F hay C = 5F 3 L 50.10 2000 Từ công thức lượng điện từ u  I0 I 2 Li  Cu  LI , với i  I  , suy 2 2 L 50.10 3  0,08  2V  5,66V 2C 25.10 6  Bài Mạch dao động LC có cuộn dây cảm với độ tự cảm L  10 2 H , tụ  điện có điện dung C  10 6 F Bỏ qua điện trở dây nối Tích điện cho tụ điện đến giá trị cực đại 0, mạch có dao động điện từ riêng a) Tính tần số dao động mạch b) Khi lượng điện trường tụ điện lượng từ trường cuộn dây điện tích tụ điện phần trăm 0? Tần số dao động: f 2 LC  10 2 10 6 2.    5000Hz Khi lượng điện lượng từ Wđ  Wt  Wđ  W hay  Wđ  Wt  W Q q 1 Q 02   q   70%Q C 2 C (2) k (1) Bài Cho mạch dao động lí tưởng hình vẽ bên Tụ điện có điện dung 20F, cuộn dây có độ tự cảm 0,2H, suất điện L C E động nguồn điện 5V Ban đầu khóa k chốt (1), tụ 22 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com điện tích đầy điện, chuyển k sang (2), mạch có dao động điện từ a) Tính cường độ dịng điện cực đại qua cuộn dây b) Tính cường độ dịng điện qua cuộn dây thời điểm điện tích tụ nửa giá trị điện tích tụ khóa k cịn (1) c) Tính hiệu điện hai tụ điện nửa lượng điện tụ điện chuyển thành lượng từ cuộn dây a) Khi k (1), tụ điện tích lượng điện: W  CE Khi k chuyển sang (2), lượng lượng tồn phần dao động mạch, ta có C 20.10 6 LI  CE  I  E   0,05A 2 L 0,2 q2 q2  LI  i  I  b) Từ cơng thức tính lượng điện từ Li  2 C LC Trong đó, điện tích nửa giá trị ban đầu q 1 Q  CE , thay trở lại ta 2 i  I 02  k 1C 20.10 6 E  0,05   0,043A 4L 0,2 L E,r C hay i = 43mA c) Khi nửa lượng điện trường chuyển thành lượng từ trường, ta có Wđ = Wt = W, hay 11 E Cu  CE  u    3,535V 22 2 Bài Cho mạch điện hình vẽ bên Cuộn dây cảm có độ tự cảm L  4.10 3 H , tụ điện có điện dung C = 0,1F, nguồn điện có suất điện động E = 6mV điện trở r =  Ban đầu khóa k đóng, có dịng điện chạy ổn định mạch, ngắt khóa k 23 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com a) Hãy so sánh hiệu điện cực đại hai tụ điện với suất điện động nguồn cung cấp ban đầu b) Tính điện tích tụ điện lượng từ cuộn dây gấp lần lượng điện trường tụ điện Giải: a) Ban đầu k đóng, dịng điện qua cuộn dây I  E   3mA r Điện trở cuộn dây không nên hiệu điện hai đầu cuộn dây, hiệu điện hai tụ điện 0, tụ chưa tích điện Năng lượng mạch hoàn toàn dạng lượng từ trường cuộn dây: 1 E W  LI 02  L   4.10 3.0,0032  1,8.10 8 J 2 r Khi ngắt k, mạch dao động với lượng toàn phần W, ta có U L 4.10 3 1 E CU 02  L      10 2 r E r C 10 5 Vậy, hiệu điện cực đại hai tụ điện trình dao động lớn gấp 10 lần suất điện động nguồn điện cung cấp q2  W, suy C CW  5 10 1,8.10 8  5,2.10 7 C b) Wt  3Wđ  W  q Bài Trong mạch dao động (h.vẽ) tụ điện gồm tụ C1 (1) k (2) giống cấp lượng W0 = 10-6J từ nguồn điện chiều có suất điện động E = 4V Chuyển K từ (1) sang (2) Cứ sau khoảng thời gian nhau: T1= 10-6s E C1 C2 k1 L lượng điện trường tụ điện lượng từ trường cuộn cảm 24 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com a) Xác định cường độ dòng điện cực đại cuộn dây b) Đóng K1 vào lúc cường độ dịng điện cuộn dây đạt cực đại Tính lại hiệu điện cực đại cuộn dây Giải: 2W0 2.10 6 T 6  0,125.10 6 F T1   T  4T1  4.10 s W0  CE  C   2 E Do C1 nt C2 C1 = C2 nên C1 = C2 = 2C = 0,25.10-6F T  2 LC  L  T2 16.10 12   3,24.10 6 H 4 C 4. 0,125.10 6 a) Từ công thức lượng LI  W0  I  2W0 2.10 6   0,785A L 3,24.10 6 b) Khi đóng k1, lượng tụ điện không, tụ C1 bị loại khỏi hệ dao động  i lượng không bị C1 mang theo, tức lượng điện từ không đổi W0 C U 02  W0  U  2W0 2.10 6   2,83V C2 0,25.10 6   q u  +/2 i O q,u 25 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài Mạch dao động điện từ lí tưởng gồm cuộn cảm hai tụ điện giống mắc nt hai tụ nối với khóa K ban đầu khóa K mở, cung cấp lượng cho mạch dao động điện áp cực đại đầu cuộn dây V Sau vào lúc thời điểm dịng điện qua cuộn dây có cường độ giá trị hiệu dụng đóng khóa K, điện áp cực đại đầu cuộn dây sau K đóng: Giải: Gọi C điện dung tụ Năng lượng ban đầu mạch C U CU W0 = = 96C  L C Khi nối tắt tụ (đóng khố k) i = I Năng lượng cuộn cảm C K W Li LI LI 02 WL = = = = 48C  2 2 Năng lượng tụ điện WC = (W0 – WL) = 24C Năng lượng mạch dao động sau đóng khố K CU W = WL + WC = = 72C=> U = 12V Bài 10 Mạch dao động điện từ gồm cuộn dây có độ tự cảm L hai tụ điện giống hệt ghép nối tiếp Mạch dao động với hiệu điện cực đại hai đầu cuộn dây U0, vào lúc lượng điện trường tụ lượng từ trường cuộn dây người ta nối tắt tụ Hiệu điện cực đại mạch bao nhiêu? Giải: Năng lượng ban đầu mạch 26 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com C U CU W0 =  Khi nối tắt tụ (đóng khố k) Năng lượng mạch W = W0 = W = W0'  CU 0'2 Do đo U’0 = U CU 02 4 Bài 11 Hai tụ điện C1 = C2 mắc song song Nối hai đầu tụ với ắc qui có suất điện động E = 6V để nạp điện cho tụ ngắt nối với cuộn dây cảm L để tạo thành mạch dao động Sau dao động mạch ổn định, thời điểm dòng điện qua cuộn dây có độ lớn giá trị dịng điện cực đại, người ta ngắt khóa K mạch nhánh chứa tụ C hở Kể từ đó, hiệu điện cực đại tụ cịn lại C1 là: A 3 B.3 C.3 D Giải: Gọi C0 điện dung tụ điên Năng lượng mạch dao động chư ngắt tụ C2 W0 = CU 2C0 E   36C0 2 I0 LI 02  Khi i = , lượng từ trường WL = Li = 2 Khi lượng điên trường WC = W0  9C0 3W0  27C0 ; ượng điên trường tụ WC1 =WC2 = 13,5C0 Sau ngắt tụ lượng lại mạch W = WL +WC1 = 22,5C0 C1U12 C0U12   22,5C0 => U1 = 45 => U1 = (V), Chọn đáp án C W= 2 27 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bài 12 Một mạch dao động gồm cuộn cảm L hai tụ C1=2C2 mắc nối tiếp, (hình vẽ ) Mạch hoạt động ta đóng khóa K thời điểm lượng cuộn cảm triệt tiêu Năng lượng toàn phần mạch sau A khơng đổi B giảm 1/3 C giảm 2/3 D giảm 4/9 Giải: Gọi Q0 điện tích cực đại mạch C1 Năng lượng ban đầu mạch C2 K L 3Q02 3Q02 Q02 W0 = = = (*) 2C1 4C 2C Khi lượng cuộn cảm triệt tiêu q = Q0 Q02 W0 = W1 + W2 với W2 = 2C Q02 Khi đóng khóa K thi lượng toàn phấn mạch W = W2 = (**) 2C Từ suy 2 W = => W = W0 Chọn đáp án C 3 W0 28 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.4 Hiệu áp dụng SKKN Năm học 2013-2014, áp dụng chuyên đề vào giảng dạy ôn tập nâng cao lớp chọn 12A6 Qua thực tiễn giảng dạy, thấy đa số học sinh có kỹ giải tập Dao động sóng điện từ, đặc biệt việc sử dụng giản đồ véc tơ giải tập mạch dao động Các em hứng thú học tập, tích cực làm So sánh kết kiểm tra kết thúc chuyên đề Dao động sóng điện từ năm học với năm học trước (cùng đối tượng học sinh lớp chọn) cho thấy chất lượng học tập học sinh có chuyển biến tích cực Cụ thể: Năm học Chất lượng (%) Giỏi Khá TB Yếu 2012-2013 22,6 48,4 22,6 6,4 2013-2014 40,6 43,8 15,6 Ghi Kết luận Từ việc nghiên cứu chuyên đề với kinh nghiệm giảng dạy thân học hỏi đồng nghiệp, hệ thống phương pháp cụ thể để giải tập Dao động sóng điện từ Hiệu việc áp dụng sáng kiến khả quan Tôi trao đổi kỹ thầy nhóm mơn sáng kiến thầy ủng hộ Vì thế, tơi nghĩ chun đề phổ biến rộng rãi toàn ngành để nâng cao hiệu chất lượng giảng dạy môn Vật lý Bảo Yên, ngày 10 tháng năm 2014 Người viết Đỗ Thị Hồng Phương 29 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... hầu hết tập Dao động sóng điện từ mà khơng phải nhiều thời gian, phân chia tập chuyên đề theo dạng đưa phương pháp giải Phương pháp giải tập dao động sóng điện từ Dạng Bài toán tần số dao động riêng;... luận 2.1.1 Dao động điện từ mạch dao động Mạch dao động mạch kín gồm tụ điện có điện dung C cuộn cảm có độ tự cảm L Mạch dao động lý tưởng mạch dao động có điện trở Khi mạch hoạt động, điện tích... kỹ giải tập Dao động sóng điện từ, đặc biệt việc sử dụng giản đồ véc tơ giải tập mạch dao động Các em hứng thú học tập, tích cực làm So sánh kết kiểm tra kết thúc chuyên đề Dao động sóng điện từ