DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ

Microsoft Word DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ docx DAO ��NG VÀ SÓNG �I�N T�DAO ��NG VÀ SÓNG �I�N T�DAO ��NG VÀ SÓNG �I�N T�DAO ��NG VÀ SÓNG �I�N T� 1 DAO ��NG VÀ SÓNG �I�N T�DAO ��NG VÀ SÓNG �I�N T�DAO[.]

DAO NG VÀ SÓNG I N T DAO NG VÀ SÓNG I N T PHẦN A: TÓM TẮT LÝ THUYẾT: CHỦ ĐỀ 1: MẠCH DAO ĐỘNG Mạch dao động: + Mạch dao động LC mạch điện gồm tụ điện có điện dung C mắc với cuộn cảm có hệ số tự cảm L Mach lí tưởng điện trở mạch a) Muốn mạch hoạt động ta tích điện cho tụ điện cho phóng điện mạch Tụ phóng điện qua lại mạch nhiều lần tạo dòng điện xoay chiều có tần số cao Ta nói mạch có dao động điện từ tự Điện tích tụ điện, hiệu điện hai tụ điện, cường độ dòng điện chạy mạch biến đổi điều hịa theo thời gian với cùng: - Tần số góc: ω = - Tần số: f= ; - Chu kỳ: T = 2π LC ; LC 2π LC Các biểu thức: a Biểu thức điện tích: q = q cos ωt (Chọn t = cho ϕ = 0) b Biểu thức điện áp: u = q q0 = cos(ωt +ϕ) =U0cos(ωt +ϕ) C C b Biểu thức dòng điện: i = I cos(ωt + ϕ + π U0 = q0 C I0 = ωq0 ) π d Cảm ứng từ: B = B0 cos(ωt + ϕ + ) Trong đó: ω = q0 tần số góc T = 2π LC = 2π chu kỳ riêng f = tần số riêng I0 LC 2π LC I = ω q0 = q0 LC U0 = q0 I L = = ω LI = I C ωC C DAO NG VÀ SÓNG I N T Nhận xét: - Điện tích q điện áp u pha với - Cường độ dịng điện i ln sớm pha (q u) góc - Cảm ứng từ B ln sớm pha (q u) góc π π Năng lượng điện từ: Tổng lượng điện trường tụ điện lượng từ trường cuộn cảm gọi lượng điện từ BẢO TOÀN q02 1 = LI a Năng lượng điện từ: W=Wđ + Wt W = CU = q0U = 2 2C 2 q q2 Wđ = cos (ωt + ϕ ) W = Cu = qu = b Năng lượng điện trường: đ 2C 2 2C q02 sin (ωt + ϕ ) c Năng lượng từ trường: Wt = Li = 2C d Khi lượng điện n lần lượng từ: Wd = nWt ⇒ ( n + 1)W t = W ⇒ ( n + 1) W = Wd + Wt 2 Li = LI ⇒ i = ± 2 I0 n +1 Nhận xét: Mạch dao động có tần số góc ω, tần số f chu kỳ T Wđ Wt biến thiên với tần số góc 2ω, tần số 2f chu kỳ T Cơng suất: Mạch dđ có điện trở R ≠ dđ tắt dần Để trì dđ cần cung cấp cho mạch lượng có cơng suất: P =I R= ω 2C 2U02 U02 RC R= 2L Chú ý: + Trong chu kì dao động điện từ, có lần lượng điện trường lượng từ trường + Khoảng thời gian hai lần liên tiếp lượng điện trường lượng từ trường T + Mạch dao động có điện trở R ≠ dao động tắt dần Để trì dao động cần cung cấp cho I 02 ω 2C 2U 02 U 02C R= R= R mạch lượng có cơng suất: P = I R = 2 2L + Khi tụ phóng điện q u giảm ngược lại tụ nạp điện q u tăng + Khoảng thời gian hai lần liên tiếp mà điện tích tụ điện có độ lớn cực đại ∆t = T + Khoảng thời gian ngắn ∆t để điện tích tụ tích điện nửa giá trị cực đại T DAO NG VÀ SÓNG I N T L: độ tự cảm, đơn vị henry(H) C:điện dung đơn vị Fara (F) f:tần số đơn vị Héc (Hz) 1mH = 10-3 H [mili (m) = 10−3 ] 1mF = 10-3 F [mili (m) = 10−3 ] 1KHz = 103 Hz [ kilô = 103 ] 1µ µH = 10-6 H [micrơ( µ )= 10−6 ] 1µ µF = 10-6 F [micrơ( µ )= 10−6 ] 1MHz = 106 Hz [Mêga(M) = 106 ] 1nH = 10-9 H [nanô (n) = 10−9 ] 1nF = 10-9 F [nanô (n) = 10−9 ] 1GHz = 109 Hz [Giga(G) = 109 ] 1pF = 10-12 F [picô (p) = 10−12 ] q > ứng với tụ ta xét tích điện dương i > ứng với dòng điện chạy đến tụ mà ta xét + Nếu C1 // C2 hay L1 nối tiếp L2 ⇒ λ = λ12 + λ22 ⇒ T = T12 + T22 C1 // C2 ⇒ C b = C1 + C + Nếu C1 nối tiếp C2 hay L1 song song L2 f = C1 nối tiếp C2 ⇒ C b = f12 + f 22 ⇒ λ = λ1λ2 λ12 + λ22 ⇒T = T1T2 T12 + T22 C1 C C1 + C i2 u2 i2 q2 + Có thể sử dụng công thức: + = 1; + = 1; I0 U I q0 + Thời gian để tụ phóng hết điện tích + Cứ sau thời gian T T lượng điện lại lượng từ + Thời gian từ lúc Imax đến lúc điện áp đạt cực đại T + Khi vật qua VTCB x = vận tốc đạt cực đại vmax, ngược lại biên, xmax = A, v = Tương tự, q= i = I0 i = q = q0 Đặc biệt nên vận dụng tương quan dđđh chuyển động trịn để giải tốn liên quan đến thời gian chuyển động + Mắc mạch LC vào DC E; I = E ; mắc AC điện áp U0 = E R+r Tụ xoay: C = C + α Tính điện dung tụ tụ xoay góc α là: ZCi = Zc αi 180 1 − 1 Z Z C1 Công thức tổng quát tụ xoay là: = + C2 α i ; Đk: ZC2 < ZC1 Z Ci Z C1 180 DAO NG VÀ SÓNG I N T Trường hợp C1 ≤ C ≤ C2 ZC2 ≤ ZC ≤ ZC1 Nếu tính cho điện dung: Ci = C1 + C2 − C1 α i Điều kiện: C2 > C1 180 CHỦ ĐỀ 2: SÓNG ĐIỆN TỪ Giả thuyết Mắc xoen điện từ trường: Nếu nơi có điện trường biến thiên theo thời gian nơi xuất từ trường Mỗi biến thiên theo thời gian từ trường, sinh không gian xung quanh điện trường xoáy biến thiên theo thời gian, ngược lại, biến thiên theo thời gian điện trường sinh từ trường biến thiên theo thời gian không gian xung quanh Từ trường điện trường biến thiên theo thời gian không tồn riêng biệt, độc lập với nhau, mà biểu trường tổng quát, nhất, gọi điện từ trường Điện từ trường dạng vật chất đặc biệt tồn tự nhiên Sóng điện từ: điện từ trường lan truyền khơng gian a Đặc điểm sóng điện từ: - Sóng điện từ lan truyền chân khơng với tốc độ c = 3.108 m/s - Sóng điện từ sóng ngang có thành phần thành phần điện E thành phần từ B vng góc với vng góc với phương truyền sóng p thà nh tam diệ n thuậ n: xoay đinh ốc để vectơ E trùng vectơ B thì chiều + Cá c vectơ E , B v lậ tiến của đinh ốc trùng với chiều của vectơ v + Các phương khơng 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 Đơng Vì vậy: nếu giả sử vectơ E đang cực đại và hướng về phía Tây thì vectơ B cũng cực đại (do cùng pha) và hướng về phía Nam (như hình vẽ) - Dao động điện trường từ trường điểm đồng pha - Cũng có tính chất giống sóng học: phản xạ, khúc xạ, giao thoa Truyền tốt môi trường thường theo thứ tự: Chân không > khí > lỏng > rắn Khi truyền từ khơng khí vào nước: f không đổi; v λ giảm - Sóng điện từ mang lượng - Sóng điện từ bước sóng từ vài m đến vài km dùng thơng tin vơ tuyến gọi sóng vơ tuyến DAO NG VÀ SÓNG I N T b Sự truyền sóng vơ tuyến khí quyển: Khơng khí hấp thụ mạnh sóng dài, sóng trung, sóng cực ngắn; Sóng ngắn phản xạ tốt tầng điện li Tên sóng Bước sóng λ Tần số f Sóng dài Trên 3000 m Dưới 0,1 MHz Sóng trung 3000 m ÷ 200 m 0,1 MHz ÷ 1,5 MHz Sóng ngắn 200 m ÷ 10 m 1,5 MHz ÷ 30 MHz Sóng cực ngắn 10 m ÷ 0,01 m 30 MHz ÷ 30000 MHz c Bước sóng sóng điện từ: λ = π ( 10 ) LC Vận tốc lan truyền không gian v = c = 3.108m/s Máy phát máy thu sóng điện từ sử dụng mạch LC tần số sóng điện từ phát thu = tần số riêng Bước sóng sóng điện từ λ = q v = 2π v LC = 2πc I0 f CHỦ ĐỀ 3: ĐIỆN TỪ TRƯỜNG Điện trường xốy: có đường sức đường cong kín, bao quanh đường sức từ trường (các đường sức khơng có điểm khởi đầu điểm kết thúc: Khác với đường sức điện trường tỉnh) Tại nơi nào, có biến thiên điện trường xuất từ trường ngược lại Từ trường xốy có đường sức từ trường khép kín CHỦ ĐỀ 4: NGUYÊN TẮC THÔNG TIN LIÊN LẠC Nguyên tắc chung: a Phải dùng sóng điện từ cao tần để tải thơng tin gọi sóng mang b Phải biến điệu sóng mang: “Trộn” sóng âm tần với sóng mang c Ở nơi thu phải tách sóng âm tần khỏi sóng mang d Khuếch đại tín hiệu thu Sơ đồ khối máy phát thanh: Micrơ, phát sóng cao tần, mạch biến điệu, mạch khuếch đại ăng ten Sơ đồ khối máy thu thanh: Anten, mạch khuếch đại dao động điện từ cao tần, mạch tách sóng, mạch khuếch đại dao động điện từ âm tần loa DAO NG VÀ SÓNG I N T Sơ đồ khối máy phát vô tuyến điện đơn giản: Máy phát Máy thu 5 4 (1): Micrô (1): Anten thu (2): Mạch phát sóng điện từ cao tần (2): Mạch khuyếch đại dao động điện từ cao tần (3): Mạch biến điệu (3): Mạch tách sóng (4): Mạch khuyếch đại (4): Mạch khuyếch đại dao động điện từ âm tần (5): Anten phát (5): Loa Nguyên tắc thu sóng điện từ: Dựa vào nguyên tắc cộng hượng điện từ mạch LC (f = f0) S t ng t gi a dao Đại lượng Tọa độ x Đại lượng điện điện tích q Vận tốc v cường độ dòng điện i Khối lượng m độ tự cảm L Độ cứng k nghịch đảo điện dung ng c dao Dao động x” + ω 2x = C ω= k m Dao động điện q” + ω 2q = ω= LC x = Acos(ωt + ϕ) q = q0cos(ωt + ϕ) v = x’ = -ωAsin(ωt + ϕ) v = ωAcos(ωt + ϕ+ π/2) i = q’ = -ωq0sin(ωt + ϕ) i = ωq0sos(ωt + ϕ+ π/2 ) i q02 = q + ( )2 Lực F hiệu điện u v A2 = x + ( ) Hệ số ma sát µ Động Wđ Điệntrở R F = -kx = -mω2x NL từ trưởng (WL) Wđ = mv2 Thế Wt ng i! i !n ω Wt = kx2 NL điện trưởng (WC) ω q = Lω q C WL = Li2 q2 WC = 2C u= DAO NG VÀ SÓNG I N T PH$N B: CÁC D)NG BÀI T*P DẠNG 1: XÁC ĐỊNH CÁC ĐẠI LƯỢNG :T, f, ω, λ a Các công thức: -Chu kì, tần số, tần số góc mạch dao động: T = 2π LC ; f = 1 I0 = 2π LC 2π Q ω= LC c Q - Bước sóng điện từ: chân không: λ = f = cT = c2π LC Hay: λ = π 10 LC = 6π 108 I0 (m) -Trong môi trường: λ = v c = f nf (c = 3.108 m/s) -Máy phát máy thu sóng điện từ sử dụng mạch dao động LC tần số sóng điện từ phát thu tần số riêng mạch.Mạch chọn sóng máy thu vơ tuyến thu sóng điện từ có bước sóng: λ= c = 2πc LC f -Nếu mạch chọn sóng có L C biến đổi bước sóng mà máy thu vơ tuyến thu thay đổi giới hạn từ: λmin = 2πc Lmin C đến λmax = 2πc Lmax C max + Ghép cuộn cảm - có hai cuộn cảm có độ tự cảm L1 L2 ghép thành tụ có điện dung Lbộ = Lb -Nếu cuộn dây ghép song song: 1 LL = + ⇒ L/ / = giảm độ tự cảm L/ / L1 L2 L1 + L2 1 = + Z Lb Z L1 Z L2 f / 2/ = f12 + f 22 ⇒ giảm cảm kháng 1 λ1λ2 = + ⇒ λ/ / = T/ / T1 T2 λ12 + λ22 Nếu cuộn dây ghép nối tiếp: Lnt = L1 + L2 tăng độ tự cảm ZLb = ZL1 + ZL2 tăng cảm kháng 1 = + ⇒ Tnt2 = T12 + T22 ⇒ λnt = λ12 + λ22 f nt f1 f2 + Ghép tụ: - Có hai tụ điện có điện dung C1 C2 ghép thành tụ có điện dung Cbộ = Cb -Nếu tụ ghép song song: C/ / = C1 + C2 tăng điện dung DAO NG VÀ SÓNG I N T 1 = + Z Cb Z C1 Z C2 Giảm dung kháng 1 = + ⇒ T/ 2/ = T12 + T22 ⇒ λ/ / = λ12 + λ22 f// f1 f2 1 = + Cnt C1 C2 Nếu tụ ghép nối tiếp: ⇒ Cnt = C1 C2 C1 + C2 ZCb = ZC1 + ZC2 fnt2 = f12 + f22 ⇒ Giảm điện dung Tăng dung kháng λ1λ2 1 = + ⇒ λnt = Tnt T1 T2 λ12 + λ22 BÀI TẬP MẪU: Ví dụ 1: Một mạch dao động điện từ LC gồm cuộn dây cảm có độ tự cảm L = mH tụ điện có điện dung C = 0,2 µF Biết dây dẫn có điện trở khơng đáng kể mạch có dao động điện từ riêng Xác định chu kì, tần số riêng mạch Giải: Ta có: T = 2π LC = 4π.10-5 = 12,57.10-5 s; f = = 8.103 Hz T Ví dụ 2: Mạch dao động máy thu với cuộn dây có độ tự cảm L = 5.10-6 H, tụ điện có điện dung 2.10-8 F; điện trở R = Hãy cho biết máy thu sóng điện từ có bước sóng bao nhiêu? Giải: Ta có: λ = 2πc LC = 600 m Ví dụ 3: Mạch chọn sóng máy thu vô tuyến điện gồm cuộn dây có độ tự cảm L = µH tụ điện C = 40 nF a) Tính bước sóng điện từ mà mạch thu b) Để mạch bắt sóng có bước sóng khoảng từ 60 m đến 600 m cần phải thay tụ điện C tụ xoay CV có điện dung biến thiên khoảng nào? Lấy π2 = 10; c = 3.108 m/s Giải: a) Ta có: λ = 2πc LC = 754 m λ12 b) Ta có: C1 = = 0,25.10-9 F; C2 = 4π c L biến thiên từ 0,25 pF đến 25 pF 2 λ22 = 25.10-9 F; phải sử dụng tụ xoay CV có điện dung 4π c L Ví dụ 4: Mạch chọn sóng máy thu gồm cuộn dây có độ tự cảm L = 2.10-6 H, tụ điện có điện dung C thay đổi được, điện trở R = Để máy thu thu sóng điện từ có bước sóng từ 57 m (coi 18π m) đến 753 m (coi 240π m) tụ điện phải có điện dung thay đổi khoảng nào? Cho c = 3.108 m/s Giải: Ta có: C1 = λ12 4π c L = 4,5.10-10 F; C2 = λ22 = 800.10-10 F 4π c L Vậy C biến thiên từ 4,5.10-10 F đến 800.10-10 F DAO NG VÀ SÓNG I N T Ví dụ 5: Mạch chọn sóng máy thu vơ tuyến mạch dao động có cuộn cảm mà độ tự cảm thay đổi khoảng từ 10 µH đến 160 µH tụ điện mà điện dung thay đổi 40 pF đến 250 pF Tính băng sóng vơ tuyến (theo bước sóng) mà máy bắt Giải: Ta có: λmin = 2πc Lmin Cmin = 37,7 m; λmax = 2πc Lmax Cmax = 377 m Ví dụ Một mạch dao động cấu tạo từ cuộn cảm L hai tụ điện C1 C2 Khi dùng L với C1 mạch dao động bắt sóng điện từ có bước sóng λ1 = 75 m Khi dùng L với C2 mạch dao động bắt sóng điện từ có bước sóng λ2 = 100 m Tính bước sóng điện từ mà mạch dao động bắt khi: a) Dùng L với C1 C2 mắc nối tiếp b) Dùng L với C1 C2 mắc song song Giải : a) Ta có: λnt = 2πc LC1C2 C1 + C2 λ1λ2 λnt = = 60 m λ12 + λ22 b) Ta có: λ// = 2πc L(C1 + C2 ) => λ// = λ12 + λ22 = 125 m Ví dụ 7: Một mạch dao động LC lí tưởng gồm cuộn cảm có độ tự cảm không đổi Khi mắc cuộn cảm với tụ điện có điện dung C1 tần số dao động riêng mạch 7,5 MHz mắc cuộn cảm với tụ điện có điện dung C2 tần số dao động riêng mạch 10 MHz Tính tần số dao động riêng mạch mắc cuộn cảm với: a) Hai tụ C1 C2 mắc nối tiếp b) Hai tụ C1 C2 mắc song song Giải : a) Ta có: fnt = b) Ta có: f// = LC1C 2π C1 + C2 fnt = 2π L(C1 +C ) f// = f12 + f 22 = 12,5 Hz f1 f f12 + f 22 = Hz BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM: Câu 1: Một mạch dao động gồm cuộn cảm L = π mH tụ C = 0,8 π µ F Tìm tần số riêng dao động mạch A 20kHz B 10kHz C 7,5kHz D 12,5kHz Câu 2: Khi L = 15mH C = 300pF Tần số dao động mạch nhận giá trị giá trị sau? A f = 65KHz B f = 87KHz C f = 75KHz D Một giá trị khác Câu 3: Sóng FM Đài Tiếng Nói Việt Nam có tần số 100MHz Tìm bước sóng λ A 10m B 3m C 5m Câu 4: Sóng FM Đài Hà Nội có bước sóng λ = A 90MHz B 120MHz D 1m 10 m Tìm tần số f C 80MHz D 140MHz DAO NG VÀ SÓNG I N T Câu 5: Một mạch dao động gồm cuộn cảm L = 5mH tụ C = 50 pF Chu kỳ dao động mạch A 10−6 π ( s ) B 2.10−6 π ( s ) C 2.10−14 π ( s ) D 10−6 ( s ) Câu 6: Một mạch dao động gồm cuộn cảm L = 2mH tụ xoay Cx Tìm giá trị Cx để chu kì riêng mạch T = 1µ s A 10pF B 27,27pF C 12,66pF D 21,21pF Câu 7: Một mạch dao động gồm cuộn cảm L = µ H tụ C = 10 pF Bước sóng mạch dao động : A 48m B 4,8m C 8,4m D 84m Câu 8: Người ta điều chỉnh L C để bắt sóng vơ tuyến có bước sóng 25m, biết L= 10−6 H Điện dung C tụ điện phải nhận giá trị sau đây? A C = 16, 6.10−10 F B C = 1,16.10 −12 F C C = 2,12.10−10 F D Một giá trị khác Câu 9: Mạch dao động LC máy thu vô tuyến điện gồm cuộn cảm L = 1mH tụ xoay Cx Tìm giá trị Cx để mạch thu sóng vơ tuyến có bước sóng ngắn λ = 75m A 2,25pF B 1,58pF C 5,55pF D 4,58pF Câu 10: Một tụ điện C = 0, µ F Để mạch có tần số dao động riêng 500Hz hệ số tự cảm L phải có giá trị bao nhiêu? Cho π = 10 A 0,3H B 0,4H C 0,5H D 0,6H Câu 11: Một mạch chọn sóng máy thu vô tuyến điện gồm cuộn cảm L = 5µ H tụ xoay, điện dung biến đổi từ C1 = 10pF đến C2 = 250pF Dải sóng máy thu là: A 10,5m – 92,5m B 11m – 75m C 15,6m – 41,2m D 13,3m – 66,6m Câu 12: Mạch dao động bắt tín hiệu máy thu vô tuyến điện gồm cuộn cảm L = 25µ H có điện trở khơng đáng kể tụ xoay có điện dung điều chỉnh Hỏi điện dung phải có giá trị khoảng để máy thu bắt sóng ngắn phạm vi từ 16m đến 50m A 10 ÷ 123( pF ) B 8,15 ÷ 80, 2( pF ) C 2,88 ÷ 28,1( pF ) D 2,51 ÷ 57, 6( pF ) Câu 13: Một mạch chọn sóng gồm cuộn cảm có độ tự cảm µ H tụ điện có điện dung biến đổi từ 10pF đến 360pF Lấy π = 10 Dải sóng vơ tuyến thu với mạch có bước sóng khoảng: A Từ 120m đến 720m B Từ 48m đến 192m C Từ 4,8m đến 19,2m D Từ 12m đến 72m Câu 14: Trong mạch dao động cường độ dòng điện dao động i = 0, 01cos100π t (A) Hệ số tự cảm cuộn dây 0,2H Tính điện dung C tụ điện 10 ... kì dao động điện từ, có lần lượng điện trường lượng từ trường + Khoảng thời gian hai lần liên tiếp lượng điện trường lượng từ trường T + Mạch dao động có điện trở R ≠ dao động tắt dần Để trì dao. .. t gi a dao Đại lượng Tọa độ x Đại lượng điện điện tích q Vận tốc v cường độ dòng điện i Khối lượng m độ tự cảm L Độ cứng k nghịch đảo điện dung ng c dao Dao động x” + ω 2x = C ω= k m Dao động... 140MHz DAO NG VÀ SÓNG I N T Câu 5: Một mạch dao động gồm cuộn cảm L = 5mH tụ C = 50 pF Chu kỳ dao động mạch A 10−6 π ( s ) B 2.10−6 π ( s ) C 2.10−14 π ( s ) D 10−6 ( s ) Câu 6: Một mạch dao động