Bài toán đại cương về dao động và sóng điện từ môn Vật Lý 12 năm 2021-2022

W www hoc247 net F www facebook com/hoc247 net Y youtube com/c/hoc247tvc Trang | 1 Vững vàng nền tảng, Khai sáng tương lai BÀI TOÁN ĐẠI CƯƠNG VỀ DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ MÔN VẬT LÝ 12 NĂM 2021 2022 1[.]

Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai BÀI TOÁN ĐẠI CƯƠNG VỀ DAO ĐỘNG VÀ SĨNG ĐIỆN TỪ MƠN VẬT LÝ 12 NĂM 20212022 PHƯƠNG PHÁP GIẢI - Sử dụng cơng thức tần số góc, chu kì, tần số, bước sóng mạch dao động  LC ;T  2 LC;f  1  T 2 LC - Bước sóng sóng điện từ chân không:  c  cT f - Bước sóng sóng điện từ mơi trường có chiết suất n:  v c  f nf - 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:  c  cT  2c LC f - Nếu mạch chọn sóng có L C biến đổi bước sóng mà máy thu vô tuyến thu thay đổi giới hạn: 2 L Cmin       max  2 L max Cmax - Ghép cuộn cảm: + Giả sử ta có hai cuộn cảm có độ tự cảm L1 L2 ghép thành có độ tự cảm Lb + Nếu hai cuộn cảm ghép song song Lb giảm, cảm kháng giảm 1   L / / L1 L 1   Z Lb Z L1 Z L2 + Nếu hai cuộn cảm ghép nối tiếp Lb tăng, cảm kháng tăng L nt  L1  L ZLb  ZL1  ZL2 - Ghép tụ điện: + Giả sử có hai tụ điện có điện dung C1 C ghép thành tụ có điện dung Cbo  Cb + Nếu tụ ghép song song điện dung C b tăng, dung kháng giảm C / /  C1  C     Z  Cb ZC1 ZC2 W: www.hoc247.net F: www.facebook.com/hoc247.net Y: youtube.com/c/hoc247tvc Trang | Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai + Nếu tụ ghép nối tiếp điện dung C b giảm, dung kháng tăng 1  C  C  C  nt Z  Z  Z C1 C2  Cb VÍ DỤ MINH HỌA Ví dụ 1: Một mạch dao động gồm có cuộn cảm có độ tự cảm L  10 3 H tụ điện có điện dung điều chỉnh đuợc khoảng từ pF đến 400 pF 1pF  1012 F  Mạch có tần số biến thiên khoảng nào? Lời giải Vì f  2 LC nên tần số tỉ lệ nghịch với bậc hai điện dung C Do f max ứng với Cmin f ứng với Cmax  f  2  Ta có  f   max 2  LCmax LCmin   3 2 10 400.10 3 2 10 4.10 12 12  2,52.105 Hz  2,52.106 Hz Vậy tần số biến đổi 2,52.105 Hz đến 2,52.106 Hz Ví dụ 2: Một mạch dao động điện từ LC gồm cuộn dây cảm có độ tự cảm L  2mH tụ điện có điện dung C  0, 2F Biết dây dẫn có điện trở khơng đáng kể mạch có dao động điện từ riêng Xác định chu kì tần số riêng mạch B 7.103 Hz A 6.103 Hz D 5.5.103 Hz C 8.103 Hz Lời giải Chu kì mạch dao động LC là: T  2 LC  4.105  12,57.105 s Tân số f   8.103 Hz T Đáp án C Ví dụ 3: Cho mạch dao động LC Khi thay C  C1 tần số chu kì dao động mạch f1 T1 Khi thay C  C2 tần số chu kì dao động mạch f T2 Hỏi thay C C1 C nối tiếp tần số chu kì dao động mạch bao nhiêu? Lời giải Khi thay C  C1 tần số chu kì dao động mạch  2  T1  2 LC1      T     f1  2 LC   f1  42  LC1 LC1  I Khi thay C  C2 tần số chu kì dao động mạch W: www.hoc247.net F: www.facebook.com/hoc247.net Y: youtube.com/c/hoc247tvc Trang | Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai  2  T2  2 LC      T     f  2 LC  2  f  4  LC LC  II  Khi thay C C1 C nối tiếp, ta có điện dung 1   C b C1 C Cộng vế theo vế phương trình hệ (I) (II) ta có  2   2   2  1 1 1               LC1 LC L  C1 C  LC b  Tb   T1   T2   1 1  1   2 f1  f  42 LC  42 LC  42 L  C  C   42 LC  f b   b  Từ ta có: 1 1  T2  T2  T2  b f  f  f 2 b Ví dụ 4: Cho mạch dao động LC Khi thay L  L1 tần số chu kì dao động mạch f1 T1 Khi thay L  L2 tần số chu kì dao động mạch f T2 Hỏi thay C L1 L2 mắc nối tiếp tần số chu kì dao động mạch bao nhiêu? Lời giải Khi thay L  L1 tần số chu kì dao động mạch T1  2 L1C T12  4L1C   1  I    L C f  1   2 L1C  f1  Khi thay L  L2 tần số chu kì dao động mạch T2  2 L C T22  4L C   1  II   f   L C  f  4 L C  2  Khi thay C L1 L2 mắc nối tiếp, ta có độ tự cảm Lb  L1  L2 Cộng vế theo vế phương trình hệ (I) (II) ta có T  T  T 2 T  T  4 C  L1  L   T  b   1  f b  1    C L  L   2  1 f f fb    f12 f 22  W: www.hoc247.net 2 F: www.facebook.com/hoc247.net b Y: youtube.com/c/hoc247tvc Trang | Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai Ví dụ 5: Mạch dao động LC có tụ phẳng khơng khí hình trịn có bán kính R  48cm, hai tụ cách d  4cm phát sóng điện từ có bước sóng 100m Nếu đưa điện mơi kích thước với tụ nằm sát có số điện mơi 7, dày cm mạch phát sóng điện từ có bước sóng A 100 m B 132,29 m C 125 m D 175 m Lời giải   2.c LC  Ban đầu chưa thay đổi, ta có tụ phẳng khơng khí với   1.S C  k.4.d  Khi thêm mỏng, tụ lúc coi tụ khơng khí nối tiếp với tụ có số điện mơi Ta có  nt  2.c LC nt  C  C1C  nt C  C    2.c LC nt 7.S   14C   nt C1  d C nt  1, 75C k.4    1.S  2C C1  d  k.4  Từ ta có bước sóng mạch phát  nt C nt   1,33   nt  1,3229.  132, 29 m  C Đáp án B Ví dụ 6: Một mạch dao động LC lý tưởng gồm cuộn cảm có độ tự cảm khơng thay đổi tụ điện có hai tụ phẳng đặt song song cách khoảng cố định Để phát sóng điện từ có tần số dao động tăng gấp lần diện tích đối diện tụ phải: A tăng lần B giảm lần C giảm lần D tăng lần Lời giải S1  f1  2 LC ; C1  k4d f C2 S S  Ta có       S2  S2 f2 C1 S1 f   2; C2   k4d 2 LC2  Đáp án C Ví dụ 7: Một mạch dao động gôm cuộn dây cảm L tụ điện C Nếu gọi I max dòng điện cực đại mạch hệ thức liên hệ điện tích cực đại tụ Qmax I max A Q max  C I max L B Q max  LC I max  C Q max  LC.I max D Qmax  LC Imax Lời giải W: www.hoc247.net F: www.facebook.com/hoc247.net Y: youtube.com/c/hoc247tvc Trang | Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai Ta có Imax  .Qmax  LC Qmax  Q max  I max LC Đáp án C Ví dụ 8: Hai mạch dao động điện từ lý tưởng có dao động điện từ tự Điện tích tụ điện mạch dao động thứ thứ hai q1 q với 4q12  q 22  1,3.1017 tính C Ở thời điểm t, điện tích tụ điện cường độ dịng điện mạch dao động thứ 10 9 C mA, cường độ dòng điện mạch dao động thứ hai có độ lớn bằng: A 10 mA B mA C mA D mA Lời giải Thay q1  109 C vào 4q12  q 22  1,3.1017  q  3.109  C  Lấy đạo hàm hai vế thời gian phương trình 4q12  q 22  1,3.1017 thu 8q1i1  2q 2i2  Từ tính i  8mA Đáp án D Ví dụ 9: Một mạch dao động LC lý tưởng có dao động điện từ tự Biết điện tích cực đại tụ điện q cường độ dòng điện cực đại mạch I0 Tại thời điểm cường độ dòng điện mạch 0,5I điện tích tụ điện có độ lớn A q0 2 B q0 C q0 D q0 Lời giải  0,5I0   q i2 i2 Ta có hệ thức liên hệ: q  q   q  q   q 02     I0     q0  2 Đáp án B Ví dụ 10: Một tụ điện có điện dung C tích điện Q0 Nếu nối tụ điện với cuộn cảm có độ tự cảm L1 với cuộn cảm thuồn có độ tự cảm L2 mạch có dao động điện từ tự với cường độ cực đại 20 mA 10 mA Nếu nối tụ điện vưới cuộn cảm có độ tự cảm L3   9L1  4L  mạch có dao động điện từ tự vưới cường độ dòng điệnc ực đại A mA B mA C 10 mA D mA Lời giải Ta có I0  .Q0  Do Q0 LC suy L  Q02 , tức L tỉ lệ với I0 C I0 1 9 4 2 I 03 I 01 I02 Từ phương trình suy I03  4mA W: www.hoc247.net F: www.facebook.com/hoc247.net Y: youtube.com/c/hoc247tvc Trang | Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai Đáp án B Ví dụ 11: Hai mạch dao động điện từ lí tưởng có dao động điện từ tự với cường độ dòng điện cực đại I0 Chu kì dao động riêng mạch thứ T1 , mạch thứ hai T2  2T1 Khi cường độ dịng điện hai mạch có độ lớn nhỏ I0 độ lớn điện tích tụ mạch dao động thứ q1 mạch dao động thứ hai q Tỉ số A B 1,5 q1 q2 C 0,5 D 2,5 Lời giải i Ta có i q vng pha nhau, nên ta có q     Q02 , suy   2 2    i1   I0   i1  2 q1     Q 01 q1         I02  i  1    1   1   1  i1  i i      2   i2    I0   i1  2 q     Q 02 q         I  i  2  2   2   2     q1 q2  2 T1   0,5 1 T2 Đáp án C LUYỆN TẬP Câu 1: Một mạch dao động gồm tụ điện có điện dung C, cuộn cảm L Điện trở mạch R  Dòng điện qua mạch i  4.1011 sin  2.102 t   A  , điện tích tụ điện A Q0  109 C B Q0  4.109 C C Q0  2.109 C D Q0  8.109 C Câu 2: Phương trình dao động điện tích mạch dao động LC la q  Q cos  t    Biểu thức dòng điện mạch là: A i  Q cos  t      B i  Q cos  t     2    C i  Q cos  t     2  D i  Q sin  t    Câu 3: Biểu thức cường độ dòng điện mạch dao động LC q  I cos  t    Biểu thức điện tích mạch là: I0   cos  t      2  A i  I cos  t    B i    C i  Q cos  t     2  D i  Q sin  t    W: www.hoc247.net F: www.facebook.com/hoc247.net Y: youtube.com/c/hoc247tvc Trang | Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai Câu 4: Phương trình dao động điện tích mạch dao động LC q  Q cos  t    Biểu thức hiệu điện mạch A i  Q cos  t    B i  Q0 cos  t    C   C i  Q cos  t     2  D i  Q sin  t    Câu 5: Mạch dao động LC gồm cuộn dây cảm có độ tự cảm L  2mH tụ điện có điện dung C  5pF Tụ tích điện đến hiệu điện 10 V, sau người ta tụ phóng điện mạch Nếu chọn gốc thời gian lúc tụ bắt đầu phóng điện biểu thức điện tích tụ điện là: A q  5.1011 cos 106 t   C  B q  5.1011 cos 106 t     C    C q  2.1011 cos 106 t    C  2    D q  2.1011 cos 106 t    C  2  Câu 6: Mạch dao động gồm tụ điện có điện dung C cuộn dây có độ tự cảm L  104 H Điện trở cuộn dây dây nối không đáng kể Biết biểu thức điện áp hai đầu cuộn dây là:   u  80 cos  2.10 t    V  , biểu thức dòng điện mạch là: 2  A i  4sin  2.106 t   A  B i  0, 4cos  2.106     A  C i  0, 4cos  2.106   A  D i  0, 4sin  2.106     A  Câu 7: Một mạch dao động LC gồm cuộn cảm L  640H tụ điện có điện dung C  36pF Lấy   10 Giả sử thời điểm ban đầu điện tích tụ điện đạt giá trị cực đại q  6.106 C Biểu thức điện tích tụ điện cường độ dòng điện là:   A q  6.106 cos  6, 6.107 t   C  ;i  6, cos 1,1.107 t    C  2    B q  6.106 cos  6, 6.107 t   C  ;i  6, cos 1,1.107 t    C  2    C q  6.106 cos  6, 6.106 t   C  ;i  6, cos 1,1.106 t    C  2    D q  6.106 cos  6, 6.106 t   C  ;i  39, cos  6, 6.10 t    C  2  Câu 8: Cường độ dòng điện tức thời mạch dao động i  0, 05cos100t  A  Hệ số tự cảm cuộn dây mH Lấy   10 Điện dung biêu thức điện tích tụ điện có giá trị sau đây? A C  5.102 F q  W: www.hoc247.net 5.10 4   cos 100t    C   2  F: www.facebook.com/hoc247.net Y: youtube.com/c/hoc247tvc Trang | Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai B C  5.103 F q  5.10 4   cos 100t    C   2  C C  5.103 F q  5.10 4   cos 100t    C   2  D C  5.102 F q  5.104 cos 100t  C   Câu 9: Mạch LC gồm cuộn dây có L  1mH tụ điện có điện dung C  0,1F thực dao động điện từ Khi i  6.103 A điện tích tụ q  8.108 C Lúc t  lượng điện trường lượng từ trường điện tích tụ dương giảm Biểu thức điện tích tụ   A q  107 cos 105 t    C  4    B q  107 cos 105 t    C  4  3   C q  107 cos 105 t    C    3   D q  107 cos 105 t    C    Câu 10: Mạch LC gồm L  10 4 H C  10nF Lúc đầu tụ nối với nguồn chiều E  4V Sau tụ tích điện cực đại, vào thời điểm t  nối tụ với cuộn cảm ngắt khỏi nguồn Biểu thức điện tích tụ A q  4.108 cos 106 t   C    B q  4.108 cos 106 t    C  2    C q  4.108 cos 106 t    C  2    D q  4.108 cos 106 t    C  4  ĐÁP ÁN 1-C 2-B W: www.hoc247.net 3-B 4-B 5-A F: www.facebook.com/hoc247.net 6-C 7-D 8-B 9-A Y: youtube.com/c/hoc247tvc 10-A Trang | Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai Vững vàng tảng, Khai sáng tương lai Website HOC247 cung cấp môi trường học trực tuyến sinh động, nhiều tiện ích thơng minh, nội dung giảng biên soạn công phu giảng dạy giáo viên nhiều năm kinh nghiệm, giỏi kiến thức chuyên môn lẫn kỹ sư phạm đến từ trường Đại học trường chuyên danh tiếng I.Luyện Thi Online Học lúc, nơi, thiết bi – Tiết kiệm 90% - Luyên thi ĐH, THPT QG: Đội ngũ GV Giỏi, Kinh nghiệm từ Trường ĐH THPT danh tiếng xây dựng khóa luyện thi THPTQG mơn: Tốn, Ngữ Văn, Tiếng Anh, Vật Lý, Hóa Học Sinh Học Luyện thi vào lớp 10 chuyên Toán: Ôn thi HSG lớp luyện thi vào lớp 10 chuyên Toán trường PTNK, Chuyên HCM (LHP-TĐN-NTH-GĐ), Chuyên Phan Bội Châu Nghệ An trường Chuyên khác TS.Trần Nam Dũng, TS Phạm Sỹ Nam, TS Trịnh Thanh Đèo Thầy Nguyễn Đức Tấn II.Khoá Học Nâng Cao HSG Học Toán Online Chuyên Gia Toán Nâng Cao THCS: Cung cấp chương trình Tốn Nâng Cao, Toán Chuyên dành cho em HS THCS lớp 6, 7, 8, u thích mơn Tốn phát triển tư duy, nâng cao thành tích học tập trường đạt điểm tốt kỳ thi HSG Bồi dưỡng HSG Tốn: Bồi dưỡng phân mơn Đại Số, Số Học, Giải Tích, Hình Học Tổ Hợp dành cho học sinh khối lớp 10, 11, 12 Đội ngũ Giảng Viên giàu kinh nghiệm: TS Lê Bá Khánh Trình, TS Trần Nam Dũng, TS Phạm Sỹ Nam, TS Lưu Bá Thắng, Thầy Lê Phúc Lữ, Thầy Võ Quốc Bá Cẩn đơi HLV đạt thành tích cao HSG Quốc Gia III.Kênh học tập miễn phí HOC247 NET cộng đồng học tập miễn phí HOC247 TV kênh Video giảng miễn phí HOC247 NET: Website hoc miễn phí học theo chương trình SGK từ lớp đến lớp 12 tất môn học với nội dung giảng chi tiết, sửa tập SGK, luyện tập trắc nghiệm mễn phí, kho tư liệu tham khảo phong phú cộng đồng hỏi đáp sôi động HOC247 TV: Kênh Youtube cung cấp Video giảng, chuyên đề, ôn tập, sửa tập, sửa đề thi miễn phí từ lớp đến lớp 12 tất môn Toán- Lý - Hoá, Sinh- Sử - Địa, Ngữ Văn, Tin Học Tiếng Anh W: www.hoc247.net F: www.facebook.com/hoc247.net Y: youtube.com/c/hoc247tvc Trang |