nghiên cứu chương trình DAO ĐỘNG và SÓNG điên từ

MỞ ĐẦU “Nghiên cứu chương trình vật lí phổ thông” nhiệm vụ quan trọng thiếu người Giáo viên trình dạy học môn Vật lí THPT Đặc biệt, năm gần đây, chương trình sách giáo khoa biên soạn lại đưa vào giảng dạy nhằm nâng cao chất lượng dạy học, đáp ứng yêu cầu đổi giáo dục toàn diện theo chủ trương ngành giáo dục nước nhà Vì việc nghiên cứu cấu trúc chương trình, nội dung kiến thức, cách trình bày nội dung kiến thức sách giáo khoa Vật lí cần thiết, đặc biệt học viên cao học thuộc chuyên ngành LL & PPDH Vật lý Đây nhiệm vụ học phần “ Nghiên cứu chương trình Vật lý phổ thông” Để giảng dạy tốt môn Vật lí trường phổ thông người giáo viên lòng đam mê nhiệt huyết cần phải hiểu biết sâu sắc kiến thức môn học.Người giáo viên phải hiểu sâu kiến thức ý đồ SGK tổ chức hoạt động dạy học có hiệu kích thích hứng thú học sinh lựa chọn phương pháp dạy học phù hợp với đặc trưng môn học Trong tiểu luận đề cập đến nội dung chương trình hai chương đồng thời cung cấp phương hướng giảng dạy cho giáo viên CHƯƠNG 1 DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIÊN TỪ Mạch dao động (khung dao động) 1.1 Khái niệm C L Mạch dao động khái niệm mà HS tiếp xúc nghiên cứu dao động điện từ Mạch dao động gồm cuộn cảm có độ tự cảm L mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C thành mạch kín Ta thường gọi mạch dao động LC Nếu điện trở mạch nhỏ (coi không) mạch dao động lí tưởng.Thực tế, cuộn dây có điện trở r ≠ 0, nên mạch dao động lí tưởng.Chính điện trở làm cho lượng hệ bị tiêu hao dạng nhiệt nên dao động mạch LC bị tắt dần Mạch hình vẽ mạch dao động lí tưởng, đơn giản Thông thường mạch dao động chứa cuộn dây tụ điện mà chứa hệ tụ điện cuộn dây ghép nối tiếphoặc song songtùytheoyêu cầu mục đích sử dụng  Lưu ý Mạch LRC mà ta xét toán dòng điện xoay chiều sau xem mạch dao động điện từ, mạch dao động điện từ lí tưởng Dao động điện từ 2.1 Một số khái niệm 2.1.1 Dao động điện từ Để nghiên cứu dao động điện từ ta khảo sát trình phóng (1) (2) điện trình nạp điện tụ điện C K qua cuộn L (hình 1) L Để mạchdaođộngbanđầu ta cần cung E C cấp cho mạch lượng E Ban đầu khóa K (1) nguồn điện Hình 1: Mạch dao động điện từ tự tíchđiệnchochohaibảntụ điện đến điện tích Q hiệu điện cực đại hai tụ điện U0 = Q0/C Với U0 = E – I.r = E (do mạch hở) Khi tụ điện có dự trữđiệnnăng: Khi chuyển K từ (1) đến (2), tụ điện tạo thành mạch kín với cuộn dây L Lúc tụ điện bắt UC , IL đầu phóng điện (đóng vai trò nguồn UC điện tức thời) IL Ban đầu: t0 đến t1 cường độ t1 t2 t3 t4 t t0 dòng điện qua mạch tăng dần tạo từ trường quanh cuộn dây làm tập trung lượng tụ điện chuyển sang cuộn dây Trong Hình 2: Sự biến thiên i u mạch LC cuộn dây xuất dòng điện tựcảmvới (địnhluậtLenx) làm chậm phóng điện tụ Nên tụ C phóng điện điện tụ giảm độ tăng dòng điện giảm Tại thời điểm t dòng điện qua cuộn dây đạt cực đại I0 điện áp tụ Tất điện lúc chuyển hóa hoàn toàn thành lượng từ trường tập trung cuộn dây, trị số lượng đượcxácđịnh: Đối với mạchlítưởng: Wt max= Wđ max Khi điện tích tụ điện q = cuộn cảm trở thành nguồn lượng, từ t1 đến t2 dòng điện giảm, tụ điện bắt đầu nạp điện trở lại, điện áp tụ điện tăng lên nhiên dấu điện tích hai tụ điện ngược lại Năng lượng từ trường biến đổi trở lại thành lượng điện trường tụ điện.Sau điện tích tụ đạt giá trị cực đại, tụ điện lại phóng điện  trình tiếp diễn.quá trình dao động điện từ mạch LC tương tự lắc đơn Trong mạch có biến thiên q i ta nói mạch LC có đặc điểm mạch dao động điện từ 2.1.2 Dao động điện từ tự Quá trình tuần hoàn việc biến đổi lượng tụ C cuộn L mạch dao động không tác động nguồn bên gọi dao động riêng (dao động tự do) mạch dao động 2.1.3 Dao động điện từ tắt dần Như khảo sát mạch dao động xem mạch lí tưởng có nghĩa điện trở dây dẫn cuộn dây r ≈ lượng điện trường lượng từ trường mạch biến thiên qua lại lẫn Thực tế, cuộn dây có điện trở r ≠ 0, nên mạch dao động lí tưởng.Chính điện trở làm cho lượng hệ bị tiêu hao dạng nhiệt nên dao động mạch LC bị tắt dần R Hình 3: mạch DĐ cưỡng dùngnguồnđiệnngòai u 2.1.4 Dao động điện từ trì Nguyên nhân dao động điện từ tự hệ thực tắt dần lượng dao động phần chuyển thành nhiệt lượng thông qua điện trở Để tránh tắt dần dao động tự người ta tìm cách cấp thêm lượng cho vật dao động để bù lại phần lượng chuyển thành nhiệt, mà không làm thay đổi tần số riêng dao động gọi dao động trì Trong kỹ thuật vô tuyến điện tử, có hai phương pháp để bù tiêu hao lượng: - Dùng lượng nguồn điện ngoài: dao động cưỡng hay gọi kích thích - Thiết lập mạch điện tử để tự bù tiêu hao: máy tạo dao động hình sin tự kích thích 2.1.5 Dao động điện từ cưỡng Dao động cưỡng dao động mạch dao động LC kích thích lượng nguồn điện bên để bù tiêu hao.Nguồn lượng bên điện áp xoay chiều hình sin.Mạch dao động dao động với tần số nguồn cưỡng Khi tần số dao động cưỡng tần số dao động riêng mạch ta có tượng cộng hưởng Sóng điện từ 3.1 Khái niệm Quá trình lan truyền điện từ trường gọi sóng điện từ Maxwell tiên đoán tồn sóng điện từ xây dựng phương trình toán học quy luật gọi phương trình Maxwell 3.2 Đặc điểm sóng điện từ - Vận tốc lan truyền sóng điện từ chân không c = 3.10 m/s; môi trường vật chất đồng vàđẳnghướnglà , Hình 9: Mô hình lan truyền sóng điện từ không gian với làchiết suất tuyết đối môi trường; ε μ hệ số điện môi từ môi môi trường Vì ε, μ > nên n > v < c - Sóng điện từ sóng ngang: điểm không gian có sóng điệntừ, cácvectơ luôndao động theo hai phương vuông góc vàcảhaivectơnàycùng vuông góc với phương truyền sóng - Khác với sóng học, sóng điện từ truyền môi trường vật chất chân không Trong chân không, sóng điện từ có bước sóng là: λ = c T Những đặc điểm kiểm chứng thực tế Sau sóng điện từ phát thu phương tiện ngày tiến 3.3 Tính chất sóng điện từ - Sóng điện từ có mang lượng Năng lượng sóng điện từ lượng điện từ trường Mật độ lượng sóng điệntừlà: - Sóng điện từ tuân theo quy luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ - Sóng điện từ tuân theo quy luật giao thoa, nhiễu xạ  Nguồn phát sóng điện từ (còn gọi chấn tử) đa dạng, vật thể tạo điện trường từ trường biến thiên như: tialửađiện,dâydẫnđiệnxoay chiều, cầu dao đóng ngắt mạch điện,… Thang sóng điện từ Ứng dụng sóng điện từ kỹ thuật 4.1 Anten Antenchínhlàmột dạng mạch dao động hở công cụ hữu hiệu để thu phát sóng điện từ Antencónhiềudạng khác tuỳ theo tần số sóng nhu cầu sử dụng Hình 10d Hình 10 Sơ đồ phát sóng điện từ đixabằngAntencódâynối trời nối đất Một số ví dụ vềcácloạiAntenđangđượcsử dụng Hình12: Antenthusóngvô tuyến Mic không dây Hình 11: An ten có chấn tử kim loại Hình13: Antencómặtkim loại phản xạ a Nguyên tắc thu phát thông tin sóng điện từ Liên lạc sóng điện từ phương pháp phát thu thông tin khoảng cách xa xa nhờ sóng điện từ không cần dây dẫn nên cự ly truyền thu sóng trở nên rộng lớn Từ điểm mặt đất thông tin truyền đến nơi giới Để truyền thông tin âm thanh, hình ảnh đến nơi xa, người ta áp dụng qui trình chung sau: - Biến âm từ micro, hình ảnh từ camera thành tín dao động điện tần số thấp gọi tín hiệu âm tần * Xét trình phát âm (phát thanh) Hình 17: Sơ đồ trình phát - Trộn tín hiệu âm tần hình 18.a có lượng thấp mang xa, vào sóng cao tần( tần số cao) hình 18.b có lượng lớn nhiều để mang sóng âm tần xa Quá trình gọi biến điệu tần số, kết trình biến điệu sóng có tần số tần số sóng cao tần biên độ biến thiên theo tần số sóng âm tần( hình 18.c) Hình 18: Biến điệu sóng cao tần -Các tín hiệu truyền khônggianđếnAntencủamáythu, trongAntencủamáythu có vô số sóng vô tuyến từ đài phát khác Cuộn dây L’ củaAntenmắc song song với cuộn dây L mạch dao động, cần chọn sóng ta điều chỉnh tụ C mạch LC để có tần số dao động trùng với tần số dao động sóng cần thu Trong mạch dao động có tượng cộng hưởng với sóng cần thu Sóng vô tuyến khuếch đại truyền đến phận phát âm Hình 19: Sơ đồ thu sóng phát I C KẾT LUẬN Qua nghiên cứu nội dung chương trình vật lí trung học phổ thông với nghiên cứu sâu sắc chương dòng điện xoay chiều có cách nhìn khái quát, thống loại dao động, nắm kiến thức vật lí chương trình THPT đặc biệt hiểu rõ ý nghĩa vật lí”.Nghiêncứunộichương trình vật lí phổ thông giúp có cách tiếp cận kiến thức phổ thông, tổng kết khái quát chúng để từ có hướng dạy học phù hợp hỗ trợ học sinh học tập tự chủ, tích cực song hành với việc phát triển tư I I [...]... tụ C trên mạch LC để có tần số dao động trùng với tần số dao động của sóng cần thu Trong mạch dao động sẽ có hiện tượng cộng hưởng với sóng cần thu đó Sóng vô tuyến đó sẽ được khuếch đại và truyền đến bộ phận phát ra âm thanh Hình 19: Sơ đồ thu sóng phát thanh I C KẾT LUẬN Qua nghiên cứu nội dung chương trình vật lí trung học phổ thông 2 với sự nghiên cứu sâu sắc về chương dòng điện xoay chiều chúng... dòng điện xoay chiều chúng tôi đã có được một cách nhìn khái quát, thống nhất về các loại dao động, nắm chắc hơn về các kiến thức vật lí của chương trình THPT đặc biệt hiểu rõ ý nghĩa vật lí”.Nghiêncứunộichương trình vật lí phổ thông 2 giúp có cách tiếp cận mới về kiến thức phổ thông, tổng kết và khái quát chúng để từ đó có hướng dạy học phù hợp hỗ trợ học sinh học tập tự chủ, tích cực song hành với việc...là một sóng có tần số là tần số sóng cao tần nhưng biên độ biến thiên theo tần số sóng âm tần( hình 18.c) Hình 18: Biến điệu sóng cao tần -Các tín hiệu này được truyền đi trong khônggianđếnAntencủamáythu, trongAntencủamáythu có vô số sóng vô tuyến từ các đài phát khác nhau Cuộn dây L’ củaAntenmắc song song với cuộn dây L của mạch dao động, khi cần chọn một sóng nào đó ta điều chỉnh ... sau xem mạch dao động điện từ, mạch dao động điện từ lí tưởng Dao động điện từ 2 .1 Một số khái niệm 2 .1. 1 Dao động điện từ Để nghiên cứu dao động điện từ ta khảo sát trình phóng (1) (2) điện trình... dao động điện từ 2 .1. 2 Dao động điện từ tự Quá trình tuần hoàn việc biến đổi lượng tụ C cuộn L mạch dao động không tác động nguồn bên gọi dao động riêng (dao động tự do) mạch dao động 2 .1. 3 Dao. .. sin.Mạch dao động dao động với tần số nguồn cưỡng Khi tần số dao động cưỡng tần số dao động riêng mạch ta có tượng cộng hưởng Sóng điện từ 3 .1 Khái niệm Quá trình lan truyền điện từ trường gọi sóng