Chuyên đề dao động và sóng điện từ

Chuyên đ Luyn thi Tt nghip THPT và Luyn thi i hc, Cao đng 2009 Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Trang 1 CHUYÊN  LUYN THI TT NGHIP THPT VÀ LUYN THI I HC, CAO NG 2009 Môn : VT LÍ Chuyên đ : DAO NG và SÓNG IN T I. MC ÍCH CHUYÊN  •  hiu quá trình dao đng ca các đin tích nh th nào cng nh quá trình lan truyn sóng đin t hay nguyên tc phát và thu sóng vô tuyn thì đây là bài hc mà bn cn tìm hiu. • Cung cp k nng gii bài tp qua mt s bài có li gii chi tit, các dng bài tp phù hp vi chng trình thi tt nghip và đi hc. II. KIN THC C BN 1. Mch dao đng. 1.1 Dao đng đin t t do trong mch dao đng a) Dao đng đin t t do trong mch dao đng ¬ Biu thc mô t s bin thiên ca đin tích: q = q 0 cos(t + ). Vi 1 LC ω= , đn v  là rad/s. ¬ Phng trình dòng đin i trong mch: () sin cos 00 qdq iqtIt tdt 2 Δπ ⎛⎞ = = =−ω ω +ϕ = ω +ϕ+ ⎜⎟ Δ ⎝⎠ Vi 00 Iq=ω hay 0 0 I 1 q LC ω= = Kt lun : đin tích q trên t đin và cng đ dòng đin i trong mch dao đng bin thiên điu hòa theo thi gian, i sm pha 2 π so vi q. Biu thc tính chu kì dao đng: T 2LC=π + _ C L Chuyên đ Luyn thi Tt nghip THPT và Luyn thi i hc, Cao đng 2009 Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Trang 2 Tn s dao đng: 1 f 2LC = π b) Nng lng đin – t trng ¬ Ti thi đim t, đin tích trên t là: () cos 0 qq t = ω Trên t có mt hiu đin th: () cos 0 q q ut CC = =ω Nh vy: nng lng t đin là () () Wcos cos 22 2 00 d qq 1 qu t 1 2 t 22C 4C ⎡ ⎤ == ω= + ω ⎣ ⎦ ¬ Ti thi đim t khi t phóng đin thì trên cun dây xut hin dòng đin: ( ) 'sin 0 iq q t==−ω ω Tng ng vi nng lng tc thi trên cun cm: () () Wsincos 2 2222 0 t0 LI 11 Li L q t 1 2 t 22 4 ⎡ ⎤ ==ω ω= − ω ⎣ ⎦ Nh vy nng lng đin t trng: () () WW + W cos cos W 22 00 dt 22 2 00 0 qLI 12t 12t 4C 4 qLI 1 Cu 2C 2 2 ⎡ ⎤⎡ ⎤ ==+ω+−ω ⎣ ⎦⎣ ⎦ ⇒= = = Kt lun : ¬ Nng lng ca mch dao đng gm có nng lng đin trng tp trung  t đin và nng lng t trng tp trung  cun cm. ¬ Nng lng đin trng và nng lng t trng bin thiên tun hoàn vi tn s là 2 hay chu kì là T 2 . ¬ Tng nng lng đin trng và nng lng t trng ti thi đim bt kì là mt hng s. 2. in t trng 2.1 Mi quan h gia đin trng và t trng a) T trng bin thiên và đin trng xoáy ¬ Khi có mt t trng bin thiên theo thi gian, nó sinh ra mt đin trng xoáy tc là mt đin trng mà các đng sc bao quanh các các đng cm ng t. b) in trng bin thiên và t trng: ¬ Khi có mt đi n trng bin thiên theo thi gian, nó sinh ra mt t trng xoáy tc là mt t trng mà các đng cm ng t bao quanh các các đng sc t. 2.2 in t trng và thuyt đin t MC-XOEN a) in t trng ¬ in trng bin thiên theo thi gian sinh ra t trng, t trng bin thiên theo thi gian sinh ra đin trng xoáy. Hai trng bi n Chuyên đ Luyn thi Tt nghip THPT và Luyn thi i hc, Cao đng 2009 Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Trang 3 thiên này liên quan mt thit vi nhau và là hai thành phn ca mt trng thng nht, gi là đin t trng. b) Thuyt đin t Mc-xoen Mc-xoen đã xây dng đc h thng phng trình din t mi quan h ¬ in tích, đin trng, dòng đin và t trng. ¬ S bin thiên ca t trng theo th i gian và đin trng xoáy. ¬ S bin thiên ca đin trng theo thi gian và t trng. 3. Sóng đin t - thông tin vô tuyn và thông tin liên lc bng sóng vô tuyn 3.1 Sóng đin t a) Khái nim: ¬ Sóng đin t là đin t trng lan truyn trong không gian theo thi gian. b) Tính cht: ¬ Sóng đin t truyn đc trong các môi trng rn, lng, khí và c trong chân không. Sóng đin t truyn trong chân không vi vn tc là c = 3.10 8 m/s. Trong các môi trng khác thì sóng đin t truyn vi vn tc nh hn c và ph thuc vào hng s đin môi. ¬ Sóng đin t là sóng ngang, tc là vec-t E f , B f vuông góc vi nhau và vuông góc vi phng truyn sóng (vuông góc vi vec-t v f ). ¬ Dao đng ca đin trng và t trng ti mt đim luôn luôn đng pha nhau. ¬ Sóng đin t b phn x, khúc x nh sóng c. ¬ Sóng đin t mang nng lng. 3.2 Thông tin vô tuyn a) Khái nim sóng vô tuyn ¬ Là sóng đin t có tn s t hàng nghìn hec (Hz) tr lên. b) Phân loi sóng vô tuyn ¬ Sóng dài: n ng lng sóng càng ln do đó tn s càng cao, các sóng dài ít b nc hp th nên đc dùng đ thông tin di nc. ¬ Sóng trung: truyn tt vào ban đêm vì ban ngày chúng b tng đin li hp th mnh nên không truyn xa đc. ¬ Sóng ngn: có nng lng ln hn sóng trung, chúng đc tng đin li phn x li mt đt và phn x tip lên tng đin li … do đó sóng ngn đc dùng ph bin trong thông tin vô tuyn. ¬ Sóng cc ngn: có nng lng ln nht, không b tng đin li hp th hay phn x, có kh nng truyn đi xa theo đng thng và đc ng dng trong thông tin v tr, vô tuyn truyn hình, thông tin v tinh. 3.3 Thông tin liên lc bng sóng vô tuyn a) Nguyên tc chung: ¬ Dùng sóng đin t cao tn, nhng sóng vô tuyn dùng đ ti các thông tin gi là sóng mang. ¬ Bin điu sóng mang. Chuyên đ Luyn thi Tt nghip THPT và Luyn thi i hc, Cao đng 2009 Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Trang 4 ¬ Tách sóng âm tn ra khi sóng cao tn. ¬ Khuch đi tính hiu âm tn. b) S đ khi ¬ S đ khi ca máy phát thanh (1): Micro. (2): Mch phát sóng đin t cao tn. (3): Mch bin điu. (4): Mch khuch đi. (5): Angten phát. ¬ S đ khi ca máy thu thanh (1): Loa. (2): Mch khuch đi dao đng đin t âm tn. (3): Mch tách sóng. (4): Mch khuch đi dao đng đin t cao tn. (5): Angten thu. III. CNG C KIN THC Bài tp 1 (Trích t đ thi trên Hocmai.vn): Cng đ tc thi ca dòng đin trong mch dao đng là i = 0,05sin(2000t). T đin trong mch có đin dung C = 5F.  t cm ca cun cm là: A. 5.10 -5 H. B. 0,05H. C. 100H. D. 0,5H. 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 Chuyên đ Luyn thi Tt nghip THPT và Luyn thi i hc, Cao đng 2009 Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Trang 5 Tr li: Biu thc dòng đin: i = 0,05sin(2000t), tn s là: () ,. 226 111 2000 L 0 05 H LC C 2000 5 10 − ω= = ⇒ = = = ω Phng án tr li: B. Bài tp 2 (Trích t đ thi trên Hocmai.vn): Mt mch dao đng có t đin C = 0,5F.  tn s dao đng ca mch bng 960Hz thì đ t cm ca cun dây là: A. 52,8 H. B. 5,49.10 -2 H. C. 0,345 H. D. 3,3.10 2 H. Tr li: Ta có t biu thc tính tn s dao đng () ,. . ,. 2 22 2 2 6 11 1 fL 54910H 2LC 4 f C 4 960 0 5 10 − − =⇒= = = π ππ Phng án tr li: B. Bài tp 3 (Trích t đ thi trên Hocmai.vn): Mch dao đng LC có đin dung ca t C = 10 -6 F. Ngi ta dùng hiu đin th không đi U = 100(V) np đin vào t. Nng lng đin t trong mch là: A. 5 mJ. B. 10 mJ. C. 5 J. D. 10 J. Tr li: Ta có nng lng đin trng: () ( ) W , 2 262 2 0 Q 11 CU 10 100 0 5 10 J 5 mJ 2C 2 2 −− == = = = Phng án tr li: A. Bài tp 4 (Trích t đ thi trên Hocmai.vn): Mt mch dao đng LC đang dao đng t do. in tích cc đi trên t đin là 2.10 -6 C và dòng đin cc đi trong mch là 0,314 (A). Ly  2 = 10. Tn s dao đng đin t t do trong khung là: A. 25 kHz. B. 3.10 3 kHz. C. 50 kHz. D. 2500 kHz. Tr li: Ta có nng lng t trng cc đi bng nng lng đin trng cc đi: () ( ) W , . ., 2 2 22 00 0 0 0 3 0 6 0 QI 11 CU 2C 2 LC Q I 2f Q I 0314 f2510Hz25kHz 2Q 2314210 − ⎛⎞ == ⇒ω== ⎜⎟ ⎝⎠ ⇒ω= π = ⇒= = = = π Phng án tr li: A. Bài tp 5 (Trích t đ thi trên Hocmai.vn): Mch dao đng LC gm cun dây thun cm có L = 5mH và t đin có C = 5 F. Bit giá tr cc đi ca hiu đin th gia hai đu cun dây là U 0 = 12V. Ti thi Chuyên đ Luyn thi Tt nghip THPT và Luyn thi i hc, Cao đng 2009 Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Trang 6 đim cng đ dòng đin trong mch có giá tr i = 0,2(A), nng lng đin trng trong t đin có giá tr bng: A. W d = 2,6 mJ. B. W d = 2,6.10 -4 J. C. W d = 1,0.10 -4 J. D. W d = 1,6 mJ. Tr li: Ta có tn s dao đng trong mch: 4 36 11 rad 10 5s LC 510 510 −− π ⎛⎞ ω= = ≈ ⎜⎟ ⎝⎠ Nng lng t trng trên cun cm khi i = 0,2A. () () W , . 2 23 4 t 11 Li 5 10 0 2 10 J 22 −− == = Nng lng đin - t trng () () W , 2 26 4 11 CU 5 10 12 3 6 10 J 22 −− == = Vy nng lng đin trng khi i = 0,2 A là W d = W - W t = 3,6.10 -4 - 10 -4 = 2,6.10 -4 (J). Phng án tr li: B. Bài tp 6 (Trích t đ thi trên Hocmai.vn): Mi liên h gia đin trng và t trng th hin: A. Tn s ca đin trng ph thuc vào tc đ bin thiên ca t trng. B. Khi t trng bin thiên làm xut hin đin trng bin thiên và ngc li đin trng bin thiên làm xut hin t trng bin thiên. C. T n s ca t trng ph thuc vào tc đ bin thiên ca đin trng. D. Các vect E f ; B f ; v f lp thành 1 tam din thun. Tr li: S bin thiên ca đin trng sinh ra t trng xoáy. - S bin thiên ca t trng sinh ra đin trng xoáy. Do vy mi liên h gia đin trng và t trng th hin khi t trng bin thiên làm xut hin đin trng bin thiên và ngc li đin trng bin thiên làm xu t hin t trng bin thiên. Phng án tr li: B. Bài tp 7 (Trích t đ thi trên Hocmai.vn): Sóng nào sau đây truyn đi xa nht trên mt đt khi ngun phát có cùng công sut đ ln. A. Sóng dài. B. Sóng trung bình. C. Sóng ngn. D. Sóng rt ngn. Tr li: Sóng truyn đi xa nht trên mt đt khi ngun phát có cùng công sut đ ln là sóng ngn vì sóng ngn b tng đin phn x. Phng án tr li: C. Bài tp 8 (Trích t đ thi trên Hocmai.vn): Phát biu nào sau đây là ÚNG khi nói v sóng đin t: A. Nng lng sóng đin t t l vi lu tha bc hai ca tn s. B. Sóng đin t truyn đi xa đc nh s bin dng ca nhng môi trng đàn hi. C. Vn tc ca sóng đin t trong chân không nh hn nhi u ln so vi vn tc ca ánh sáng trong chân không. Chuyên đ Luyn thi Tt nghip THPT và Luyn thi i hc, Cao đng 2009 Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Trang 7 D. in t trng do mt đin tích đim dao đng theo phng thng đng s lan truyn trong không gian di dng sóng. Tr li: Quá trình lan truyn đin t trng trong không gian di dng sóng gi là sóng đin t. Phng án tr li: D. Bài tp 9 (Trích t đ thi trên Hocmai.vn): Mch chn sóng ca máy thu thanh gm cun dây đ t cm L = 2 H, t đin có đin dung C. Máy thu đc sóng đin t có bc sóng  = 18 (m) và vn tc 3.10 -8 m/s, thì đin dung t đin có giá tr là: A. 0,9.10 -9 (F). B. 0,45.10 -9 (F). C. 0,9.10 -6 (F). D. 0,45.10 -6 (F). Tr li: Ta có bc sóng ca máy thu: c2c 2c 2cLC 1 f LC ππ λ= = = = π ω in dung ca t đin () () () () ,. , . . 2 2 10 9 22 2 28 6 18 C 4510 F 04510 F 4cL 4310210 −− − π λ == = = π π Phng án tr li: B. Bài tp 10 (Trích t đ thi trên Hocmai.vn): Chn câu đúng. Nguyên tc thu sóng đin t: A. Mc phi hp mt máy phát dao đng điu hòa vi mt ngten. B. Mi máy thu đu phi có ngten đ thu sóng. C. Mc phi hp mch dao đng vi mt ngten. D. Máy h th và ng ten. Tr li: ngten ca máy thu đóng vai trò cng vào: tip nhn sóng cn thu. - Mch dao đng đc cm ng vi mng ngten. - Nu mc phi hp mch dao đng vi mng ngten thì sóng cn thu s làm cho mch dao đng. Phng án tr li: C. IV. BÀI TP V NHÀ Bài tp 1: Dùng mt t đin 10 F đ lp mt b chn sóng sao cho có th thu đc các sóng đin t trong mt gii tn s t 400 Hz đn 500 Hz phi dùng cun cm có th bin đi trong phm vi: A. 10 mH đn 15 mH. B. 8 mH đn 16 mH. C. 1 mH đn 1,6 mH. D. 1 mH đn 16 mH. Bài tp 2: Mt mch chn sóng vi L không đi có th thu đc sóng các sóng trong khong t f 1 ti f 2 (vi f 1 < f 2 ) thì giá tr ca t C trong mch phi là: A. . 22 1 1 C 4fL = π B. . 22 2 1 C 4fL = π Chuyên đ Luyn thi Tt nghip THPT và Luyn thi i hc, Cao đng 2009 Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Trang 8 C. . 22 22 12 11 C 4fL 4fL >> ππ D. . 22 22 12 11 C 4fL 4fL << ππ Bài tp 3: Mch dao đng đ chn sóng ca mt máy thu thanh gm cun cm L = 1760nH và mt t đin C = 10nF. Mch dao đng trên thu đc sóng có bc sóng bao nhiêu? A.  = 40 m. B.  = 7,9 m. C.  = 250 m. D.  = 1,26 m. Bài tp 4: Khi mc t đin có đin dung C 1 vi cun cm L thì mch thu đc sóng có bc sóng  1 = 60 m, khi mc t đin có đin dung C 2 vi cun L thì mch thu đc sóng có bc sóng  2 = 80 m. Khi mc ni tip C 1 và C 2 vi cun L thì mch thu đc sóng có bc sóng là bao nhiêu? A.  = 48 m. B.  = 70 m. C.  = 100 m. D.  = 140 m. Bài tp 5: Trong máy phát dao đng điu hòa dùng tranzito, ngun nng lng b sung cho mch LC chính là A. tranzito. B. cun cm ng L’. C. pin. D. t đin C’. Bài tp 6: Sóng nào sau đây đc dùng trong truyn hình bng sóng vô tuyn đin? A. Sóng dài. B. Sóng trung. C. Sóng ngn. D. Sóng cc ngn. Bài tp 7: Phát biu nào sau đây v tính cht ca sóng đin t là không đúng? A. Sóng đin t là sóng ngang. B. Sóng đin t mang nng lng. C. Sóng đin t có th phn x, khúc x, giao thoa. D. Sóng đin t không truyn đc trong chân không. Bài tp 8: T ng đin li có nh hng khác nhau đi vi các loi sóng đin t A. phn x mnh vi sóng cc ngn FM. B. phn x mnh vi sóng ngn SM. C. hp th mnh vi sóng cc ngn FM. D. hp th mnh vi sóng ngn SW. Bài tp 9: Thuyt đin t Mc-xoen đ cp đn vn đ gì? A. Tng tác ca đi n trng vi đin tích. B. Mi quan h gia đin trng và t trng. C. Tng tác ca t trng vi dòng đin. D. Tng tác ca đin t trng vi các đin tích. Bài tp 10: Ch ra câu phát biu sai? A. in t trng gn lin vi đin tích và dòng đin. B. in trng g n lin vi đin tích. C. T trng gn lin vi dòng đin. D. in t trng xut hin  ch có đin trng hoc t trng bin thiên. Bài tp 11: Trong trng hp nào sau đây xut hin đin t trng? A. Êlectron chuyn đng trong dây dn thng. B. Êlectron chuyn đng trong dây dn tròn. C. Êlectron chuyn đng trong ng dây đin. D. Êlectron trong đèn hình vô tuyn đn và va chm vào màn hình. Bài tp 12: Hãy chn câu đúng? Chuyên đ Luyn thi Tt nghip THPT và Luyn thi i hc, Cao đng 2009 Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Trang 9 A. in t trng do mt tích đim dao đng s lan truyn trong không gian di dng sóng. B. in tích dao đng không th bc x sóng đin t. C. Vn tc ca sóng đin t trong chân không nh hn nhiu vn tc ánh sáng trong chân không. D. Tn s ca sóng đin t ch bng na tn s dao đng ca đin tích. Bài t p 13: Phát biu nào sau đây là không đúng khi nói v đin t trng? A. Khi mt đin trng bin thiên theo thi gian, nó sinh ra mt t trng xoáy. B. in trng xoáy là đin trng có các đng sc là nhng đng cong không khép kín. C. Khi mt t trng bin thiên theo thi gian, nó sinh ra mt đin trng xoáy. D. in t trng có các đng sc t bao quanh các đng sc đi n. Bài tp 14: Mch dao đng đin t gm t đin C = 16 nF và cun cm L = 25 mH. Tn s góc dao đng ca mch là: A.  = 200 Hz. B.  = 200 rad/s. C.  = 5.10 -5 Hz. D.  = 5.10 4 rad/s. Bài tp 15: Khi mc t đin có đin dung C 1 vi cun cm L thì mch thu đc sóng có bc sóng  1 = 60 m; khi mc t đin có đin dung C 2 vi cun L thì mch thu đc sóng có bc sóng  2 = 80 m. Khi mc C 1 song song C 2 vi cun L thì mch thu đc sóng có bc sóng là bao nhiêu? A.  = 48 m. B.  = 70 m. C.  = 100 m. D.  = 140 m. Bài tp 16: Khi mc t đin có đin dung C 1 vi cun cm L thì tn s dao đng ca mch là f 1 = 6 kHz; khi mc t đin có đin dung C 2 vi cun L thì tn s dao đng ca mch là f 2 = 8 kHz. Khi mc C 1 song song C 2 vi cun L thì tn s dao đng ca mch là bao nhiêu? A. f = 4,8 kHz. B. f = 7 kHz. C. f = 10 kHz. D. f = 14 kHz. Bài tp 17: Mt khung dao đng gm mt cun dây L và t đin C thc hin dao đng đin t t do. in tích cc đi trên mt bn t đin là Q o = 10 -5 C và cng đ dòng đin cc đi trong khung là I o = 10A. Chu k dao đng ca khung dao đng là: A. 6,28.10 7 s. B. 62,8.10 6 s. C. 0,628.10 -5 s. D. 2.10 -3 s. Bài tp 18: Mch chn sóng ca máy thu gm cun cm 2 H và t đin 1800 pF thì có th thu tt sóng có bc sóng là: A. 113 m. B. 62,8 m. C. 13,1 m. D. 6,28 m. Bài tp 19: in tr thun R trong mch dao đng LC s gây ra A. dao đng tt dn. B. gim tn s. C. tng biên đ. D. gim chu kì. Bài tp 20: Mt khung dao đng gm cun dây thun cm L và hai t đin C 1 , C 2 . Khi mc C 1 song song vi C 2 thì tn s dao đng trong khung là f 1 = 24.000Hz. Khi mc C 1 ni tip C 2 thì tn s dao đng trong khung là f 2 = 50.000Hz. Hi nu mc riêng t C 1 vi L thì tn s dao đng có giá tr nào di đây: A. 10.000 Hz. B. 15.000 Hz. C. 20.000 Hz. Chuyên đ Luyn thi Tt nghip THPT và Luyn thi i hc, Cao đng 2009 Hocmai.vn – Ngôi trng chung ca hc trò Vit Trang 10 D. 30.000 Hz hoc 40.000 Hz. ÁP ÁN CÂU HI TR LI CÂU HITR LI CÂU HI TR LI Câu 1 A Câu 10 A Câu 19 A Câu 2 C Câu 11 D Câu 20 D Câu 3 C Câu 12 A Câu 4 A Câu 13 B Câu 5 C Câu 14 A Câu 6 D Câu 15 C Câu 7 D Câu 16 A Câu 8 B Câu 17 C Câu 9 B Câu 18 A Giáo viên: Phm Vn Quang Ngun: Hocmai.vn