Bài tập thu phát sóng điện từ

Khóa học Dòng điện xoay chiều và Dao động điện từ Bài giảng Dao động điện từ Website: www.hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt! Mobile: 0985074831 I. ĐIỆN TỪ TRƯỜNG 1) Các giả thuyết của Măcxoen  Giả thuyết 1: - Mọi từ trường biến thiên theo thời gian đều sinh ra một điện trường xoáy. - Điện trường xoáy là điện trường mà các đường sức bao quanh các đường cảm ứng từ.  Giả thuyết 2: - Mọi điện trường biến thiên theo thời gian đều sinh ra một từ trường xoáy. - Từ trường xoáy là từ trường mà các đường cảm ứng từ bao quanh các đường sức của điện trường. 2) Điện từ trường  Phát minh của Măcxoen dẫn đến kết luận không thể có điện trường hoặc từ trường tồn tại riêng biệt, đôc lập với nhau. Điện trường biến thiên nào cũng sinh ra từ trường biến thiên và ngược lại từ trường biến thiên nào cũng sinh ra điện trường biến thiên.  Điện trường và từ trường là hai mặt thể hiện khác nhau của một loại trường duy nhất gọi là điện từ trường. 3) Sự lan truyền tương tác điện từ Giả sử tại 1 điểm O trong không gian có một điện trường biến thiên E 1 không tắt dần. Nó sinh ra ở các điểm lân cận một từ trường xoáy B 1 ; từ trường biến thiên B 1 lại gây ra ở các điểm lân cận nó một điện trường biến thiên E 2 và cứ thế lan rộng dần ra. Điện từ trường lan truyền trong không gian ngày càng xa điểm O. Kết luận: Tương tác điện từ thực hiện thông qua điện từ trường phải tốn một khoảng thời gian để truyền được từ điểm nọ đến điểm kia. II. SÓNG ĐIỆN TỪ 1) Sóng điện từ a) Sự hình thành sóng điện từ khi một điện tích điểm dao động điều hòa  Khi tại một điểm O có một điện tích điểm dao động điều hòa với tần số f theo phương thẳng đứng Nó tạo ra tại O một điện trường biến thiên điều hòa với tần số f. Điện trường này phát sinh một từ trường biến thiên điều hòa với tần số f.  Vậy tại O hình thành một điện từ trường biến thiên điều hòa. Điện từ trường này lan truyền trong không gian dưới dạng sóng. Sóng đó gọi là sóng điện từ. b) Sóng điện từ Sóng điện từ là quá trình truyền đi trong không gian của điện từ trường biến thiên tuần hoàn trong không gian theo thời gian. 2) Tính chất của sóng điện từ  Sóng điện từ truyền được trong các môi trường vật chất và cả trong chân không. Vận tốc truyền sóng điện từ trong chân không lớn nhất, và bằng vận tốc ánh sáng v = c = 3.10 8 m/s.  Sóng điện từ là sóng ngang. Trong quá trình truyền sóng, tại một điểm bất kỳ trên phương truyền, vectơ E  , vectơ B  luôn vuông góc v ớ i nhau và vuông góc v ớ i ph ươ ng truy ề n sóng.  Trong sóng đ i ệ n t ừ , đ i ệ n tr ườ ng và t ừ tr ườ ng t ạ i m ộ t đ i ể m luôn dao độ ng cùng pha v ớ i nhau. Bài giảng 3: ®iÖn tõ tr−êng ®iÖn tõ tr−êng ®iÖn tõ tr−êng ®iÖn tõ tr−êng – sãng ®iÖn tõ sãng ®iÖn tõ sãng ®iÖn tõ sãng ®iÖn tõ Khóa học Dòng điện xoay chiều và Dao động điện từ Bài giảng Dao động điện từ Website: www.hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt! Mobile: 0985074831 Hình 1. Mô phỏng sự lan truyền của sóng điện từ trong không gian.  Sóng điện từ có tính chất giống sóng cơ học: phản BÀI TOÁN THU PHÁT SÓNG ĐIỆN TỪ I LÝ THUYẾT Các giả thuyết Mắcxoen Giả thuyết - Mọi từ trường biến thiên theo thời gian sinh điện trường xoáy - Điện trường xoáy điện trường mà đường sức bao quanh đường cảm ứng từ Giả thuyết - Mọi điện trường biến thiên theo thời gian sinh từ trường biến thiên - Từ trường xoáy từ trường mà đường cảm ứng từ bao quanh đường sức điện trường Điện từ trường - Phát minh Mắcxoen dẫn đến kết luận có điện trường từ trường tồn riêng biệt, độc lập với Điện trường biến thiên sinh từ trường biến thiên ngược lại từ trường biến thiên sinh từ trường biến thiên - Điện trường từ trường hai mặt thể khác loại trường gọi điện từ trường Sự lan truyền tương tác điện từ Giả sử điểm O không gian có điện trường biến thiên E1 không tắt dần Nó sinh điểm lân cận từ trường xoáy B1; từ trường biến thiên B1 lại gây điểm lân cân điện trường biến thiên E2 lan rộng dần Điên từ trường lan truyền không gian xa điểm O Kết luận Tương tác điện từ thực thông qua điện từ trường phải tốn khoảng thời gian để truyền từ điểm tới điểm Sóng điện từ ■ Sự hình thành sóng điện từ điện tích điểm dao động điều hòa - Khi điểm O có điện tích điểm dao động điều hòa với tần số f theo phương thẳng đứng Nó tạo o điện trường biến thiên điều hòa với tần số f - Tại O hình thành điện từ trường biến thiên điều hòa Điện từ trường lan truyền không gian dạng sóng Sóng gọi sóng điện từ ■ Nguồn phát: Nguồn phát SĐT (còn gọi chấn tử) đa dạng tia lửa điện, dây đẫn điện xoay chiều, cầu dao điện … ■ Sóng điện từ trình truyền không gian điện từ trường biến thiên tuần hoàn theo không gian theo thời gian Tính chất sóng điện từ Sóng điện từ truyền môi trường vật chất chân không Vận tốc truyền sóng điện từ chân Không lớn vận tốc ánh sáng v = c = 3.108m/s Sóng điện từ sóng ngang Trong trình truyền sóng, điểm phương truyền, vectơ cường độ điện trường vectơ cảm ứng từ vuông góc với vuông góc với phương truyền Trong sóng điện từ, điện trường từ trường điểm dao động pha với Sóng điện từ có tính chất giống sóng học: Phản xạ, khúc xạ giao thoa với Bài tập lý thuyết Câu 1: Phát biểu sau sai nói điện từ trường? A Khi từ trường biến thiên theo thời gian, sinh điện trường xoáy B Khi điện trường biến thiên theo thời gian, sinh từ trường C Điện trường xoáy điện trường mà đường sức đường cong có điểm đầu điểm cuối D Từ trường có đường sức từ bao quanh đường sức điện trường biến thiên Câu 2: Trong điện từ trường, vectơ cường độ điện trường vectơ cảm ứng từ A phương, ngược chiều B phương, chiều C có phương vuông góc với D có phương lệch góc 450 Câu 3: Phát biểu sau không đúng? A Điện trường tĩnh điện trường có đường sức điện xuất phát từ điện tích dương kết thúc điện tích âm B Điện trường xoáy điện trường có đường sức điện đường cong kín C Từ trường tĩnh từ trường nam châm vĩnh cửu đứng yên sinh D Từ trường xoáy từ trường có đường sức từ đường cong kín Câu 4: Phát biểu sau không nói điện từ trường? A Khi điện trường biến thiên theo thời gian, sinh từ trường xoáy B Điện trường xoáy điện trường có đường sức đường cong C Khi từ trường biến thiên theo thời gian, sinh điện trường D Từ trường xoáy có đường sức từ bao quanh đường sức điện Câu 5: Đặc điểm số đặc điểm đặc điểm chung sóng sóng điện từ? A Mang lượng B Là sóng ngang C Bị nhiễu xạ gặp vật cản D Truyền chân không II PHÂN DẠNG BÀI TẬP Dạng 1: Xác định đại lượng đặc trưng ■ Bước sóng: ■ Chu kỳ: T c LC ■ Tần số: f LC LC Ví dụ 1: Một mạch dao động LC dao động tự Người ta đo điện tích cực đại tụ Q0 = 10–6 C dòng điện cực đại mạch I0 = 10A Bước sóng điện từ mà mạch phát là: A λ = 1,885 m B λ = 18,85 m C λ = 188,5 m D λ = 1885 m Hướng dẫn I0 - Xác định tần số góc: - Xác định chu kỳ: T Q0 10.106 rad / s 10 s - Bước sóng: c.T 188,5m  Chọn C Câu 6: Một sóng điện từ có tần số f = MHz Bước sóng sóng điện từ A λ = 25 m B λ = 60 m C λ = 50 m D λ = 100 m Câu 7: Sóng điện từ chân tần số f = 150 kHz, bước sóng sóng điện từ A λ = 2000 m B λ = 2000 km C λ = 1000 m D λ = 1000 km Câu 8: Một mạch thu sóng có L = 10 μH, C = 1000/π2 pF thu sóng có bước sóng A λ = 0,6 m B λ = m C λ = 60 m D λ = 600 m Câu 9: Mạch chọn sóng máy thu vô tuyến điện gồm tụ điện C = 880 pF cuộn cảm L = 20 μH Bước sóng điện từ mà mạch thu A λ = 100 m B λ = 150 m C λ = 250 m D λ = 500 m Câu 10: Mạch dao động bắt tín hiệu máy thu vô tuyến điện gồm cuộn cảm L = μH tụ điện C0 = 1800 pF Nó thu sóng vô tuyến điện với bước sóng là: A λ = 11,3 m B λ = 6,28 m C λ = 13,1 m D λ = 113 m Dạng 2: Ghép tụ điện phù hợp để bắt bước sóng xác định B1: Xác định điện dung ban đầu B2: Xác định điện dung hệ tụ (Chệ) từ bước sóng cần đo B3: So sánh Chệ với C0 - Nếu Chệ > C0  Ghép Cx  C0 - Nếu Chệ < C0  Ghép Cx nối tiếp C0 Ví dụ 2: Mạch dao động máy thu sóng vô tuyến có tụ điệnvới điện dung C cuộn cảm với độ tự cảm L, thu sóng điện từ có bước sóng λ= 20 m Để thu sóng điện từ có bước sóng λ′= 40 m, người ta phải mắc song song với tụ điện mạch dao động tụ điện có điện dung C’ A C’ = 4C B C’ = C C C’ = 3C D C’ = 2C Hướng dẫn - Lập tỉ số: C Cb Cb 4C - Cb > C  Ghép song song  Cx = 4C – ...Khóa h ọ c LTĐH Đ B V ậ t Lí – Th ầ y Đoàn Công Th ạ o BT mạch LC. Sóng điện từ và thu phát sóng vô tuyến Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 1 - I. Bài tập mạch LC (tiếp ) Bài 4: (viết phương trình q, i) Cho mạch điện như hình vẽ, biết e, L, C. Ban đầu khóa k đóng ổ a. Tại thời điểm t=0, khóa k đóng vào b. Viết phương trình điện tích bản 1 và bản 2 của tụ, và dòng điện đi qua cuộn cảm L Hướng dẫn giải + Khi khóa k đóng vào a 0 0 0 . . U e Q C U C e ⇒ = ⇒ = = + Gọi 1 q là điện tích bản 1, chọn chiều dương dòng điện hướng về phía bản 1 1 0 0 1 os( ) 1 ; ; . ' q Q c t Q C e i q LC ω ϕ ω = +  = =  =  1 1( 0) 0 0 1 ( 0) 0 2 1 1 . . os os 1 1 0 0 ' . sin 0 sin 0 1 . . os t t q C e c t LC q Q Q c t i q C e t i Q LC LC q q C e c t LC ϕ ϕ ω ϕ = =  =   = + =   = ⇒ ⇒ = ⇒ = = −   = = =     = − =   Bài 5: Cho mạch điện như hình vẽ biết: L, C, e, r. Ban đầu khóa k đóng vào a. Tại thời điểm t=0, k được đóng vào b, viết phương trình điện tích bản tụ 1 và 2, và dòng điện đi qua cuộn cảm L Hướng dẫn giải Khi k đóng vào a: 2 2 0 0 1 1 ax 2 2 t e e I E m LI L r r   = ⇒ = =     Khi k đóng vào b thì có mạch dao động LC Gọi 1 q là điện tích bản 1, chọn chiều dương dòng điện hướng về phía bản 1 1 0 0 0 1 os( ) 1 ; ; . ' q Q c t I e Q LC i q r LC ω ϕ ω ω = +  = = =  =  BÀI TẬP MẠCH LC. SÓNG ĐIỆN TỪ VÀ THU PHÁT SÓNG VÔ TUYẾN ĐIỆN (TÀI LIỆU BÀI GIẢNG) Khóa h ọ c LTĐH Đ B V ậ t Lí – Th ầ y Đoàn Công Th ạ o BT mạch LC. Sóng điện từ và thu phát sóng vô tuyến Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 2 - 1 1( 0) 1 ( 0) 0 0 0 2 1 1 . os 2 0 1 0 ' sin sin sin 2 2 1 sin 2 t t e q LC c t r LC q e t i q t i I Q I r LC e q q t r LC π π π ϕ ω ϕ ϕ π = =    = +       =       = ⇒ ⇒ = ⇒ = = − +     = − = = −          = − = +       II. Dạng 2: Sóng điện từ và thu phát sóng vô tuyến điện A. Tóm tắt lý thuyết 1. Hai giả thuyết của Maxwell - Mỗi khi có một từ trường biến thiên trong không gian thì sẽ làm xuất hiện ở không gian lân cận một điện trường xoáy, và các đường sức điện là những đường tròn kín bao quanh đường sức từ - Nếu tồn tại một điện trường biến thiên thì xuất hiện ở không gian lân cận một từ trường xoáy, và các đường sức từ bao quanh các đường sức điện 2. Điện trường xoáy và đặc điểm điện trường xoáy + Khái niệm: Đường sức điện trường là đường cong kín + Đặc điểm: Kín, công của lực điện trường khác không, chiều tuân theo định luật Lenxơ 3. Dòng điện dẫn, dòng điện dịch - Có một mạch LC đang có dao động điện từ thì dòng điện chạy qua cuộn cảm là dòng điện dẫn, từ trường gây bởi dòng điện dẫn gọi là từ trường gây bởi dòng điện dẫn. - Trong không gian giữa 2 bản tụ có sự biến thiên điện tích nên có một điện trường Khóa h ọ c LTĐH ĐB V ậ t Lí – Th ầ y Đoàn Công Th ạ o Bài t ậ p thu phát sóng vô tuy ế n đi ệ n Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 1 - I. Nhớ: 1. Phương pháp tìm giải tần số, dải bước sóng mà máy thu thu được B1. Viết biểu thức của 1 2 r f LC π = B2: Viết biểu thức của f (f là tần số của máy thu thu được) B3: Cho r f f = a. Khi tìm dải tần số: từ 1 2 f LC π = , vì min ax ax min 1 1 2 2 m m C C C f LC LC π π ≤ ≤ ⇒ ≤ ≤ b. Khi tìm dải bước sóng v f λ = , từ điều kiện cộng hưởng 1 2 2 r v f f v LC LC λ π λ π = ⇒ = ⇒ = Vì min ax min max 2 2 m C C C v LC v LC π λ π ≤ ≤ ⇒ ≤ ≤ 2. Tụ xoay + Nhớ công thức điện dung của tụ phẳng: 4 S C k d ε π = + Tụ xoay là tụ có thể xoay được để thay đổi diện tích đối diện giữa hai bản tụ, từ đó làm thay đổi C. Bản chất của tụ xoay là 1 bộ tụ mắc song song, gồm nhiều tấm kim loại phẳng ghép cách điện với nhau và cách đều nhau. Nếu gọi n là tổng số tấm động và tấm tĩnh, tương đương với có (n-1) tụ giống nhau ghép song song thành 1 tụ 1 ( 1). X C n C = − II. Bài tập Bài tập 1 : Cho tụ xoay có tổng số tấm động, tấm tĩnh là 10, các tấm có 2 3,14 S cm = đặt cách đều nhau không khí là 1m 1. Tìm ax m C 2. Để ax ax ' 2. m m C C = thì số tấm cần thiết là bao nhiêu 3. Mắc tụ ở câu 1 với cuộn cảm có độ tự cảm 2 L F µ = để tạo thành mạch đầu vào của máy vô tuyến điện. Hỏi máy thu sẽ cộng hưởng với tín hiệu máy phát với tần số bằng bao nhiêu, bước sóng bằng bao nhiêu? Biết 8 9 2 2 3.10 / ; 9.10 / v m s k Nm c = = Bài tập 2: Cho một tụ xoay có điện dung C biến thiên từ ax min 490 10 m C pF C pF = → = . Khi góc xoay của tụ biến thiên từ 0 0 0 150 α = → , biết quy luật biến đổi của C theo hàm số: . C a b α = + 1. Tìm biểu thức ( ) C α BÀI TẬP THU PHÁT SÓNG VÔ TUYẾN ĐIỆN (TÀI LIỆU BÀI GIẢNG) Giáo viên: ĐOÀN CÔNG THẠO Khóa h ọ c LTĐH ĐB V ậ t Lí – Th ầ y Đoàn Công Th ạ o Bài t ậ p thu phát sóng vô tuy ế n đi ệ n Hocmai.vn – Ngôi trường chung của học trò Việt Tổng đài tư vấn: 1900 58-58-12 - Trang | 2 - 2. Mắc tụ xoay nói trên với cuộn cảm có độ tự cảm 2 L F µ = để tạo mạch đầu vào của sóng vô tuyến điện. Hỏi dải tần số, dải bước sóng mà máy thu thu được? 3. Để máy thu thu được đài phát có bước sóng 1 19,2 m λ = thì góc xoay của tụ 1 α =? Bài tập 3: Cho một tụ xoay có bản tụ dạng nửa hình tròn có bán kính R. Tụ gồm tổng số tấm động và số tấm tĩnh là n, các tấm đặt cách đều nhau là d, giữa các tấm là không khí. Khi ax 0 m C α = → , và góc quay 0 ax 5 150 6 m π α = = Rad 1. Tìm biểu thức ( ) C α 2. Mắc tụ xoay nói trên với cuộn cảm có độ tự cảm L để tạo mạch đầu vào của sóng vô tuyến điện. Hỏi dải tần số, Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn 1 BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM: SÓNG ĐIỆN TỪ 1. Điều nào sau đây là đúng khi nói về mối liên hệ giữa điện trường và từ trường? A. Khi từ trường biến thiên làm xuất hiện điện trường biến thiên và ngược lại điện trường biên thiên làm xuất hiện từ trường biến thiên. B. Điện trường biến thiên đều thì từ trường biến thiên cũng đều. C. Từ trưòng biến thiên càng nhanh làm điện trường sinh ra có tần số càng lớn. D. A, B và C đều đúng. 2. Phát biểu nào sau đây là Sai khi nói về điện từ trường? A. Khi một từ trường biến thiên theo thời gian, nói sinh ra một điện trường xoáy. B. Điện trường xoáy là điện trường mà đường sức là những đường cong. C. Khi một điện trường biến thiên theo thời gian, nó sinh ra một từ trường xoáy. D. Từ trường xoáy là từ trường mà đường cảm ứng từ bao quanh các đường sức điện trường. 3. Phát biểu nào sau đây là Chính xác khi nói về điện từ trường? A. Không thể có điện trường hoặc từ trường tồn tại riêng biệt, độc lập với nhau. B. Điện trường và từ trường là hai mặt thể hiện khác nhau của một loại trường duy nhất gọi là điện từ trường. C. Điện từ trường lan truyền được trong không gian. D. A, B và C đều chính xác. 4. Sóng điện từ là quá trình lan truyền trong không gian của một điện từ trường biến thiên. Kết luận nào sau đây là Đúng khi nói về tương quan giữa vectơ cường độ điện trường  E và vectơ cảm ứng từ  B của điện từ trường đó? A. E  và B  biến thiên tuần hoàn có cùng tần số. B. E  và B  biến thiên tuần hoàn lệch pha nhau một góc ð/2 C. E  và B  có cùng phương D. A, B và C đều đúng. 5. Phát biểu nào sau đây là Đúng khi nói về sự thông tin bằng vô tuyến? A. Những dao động điện từ có tần số từ 100Hz trở lên mới gọi là sóng vô tuyến. B. Sóng điện từ có tần số hàng ngàn Hz trở lên mới gọi là sóng vô tuyến. C. Sóng điện từ có tần số càng lớn thì bước sóng càng nhỏ. D. A, B và C đều đúng. 6. Dòng điện dịch A. Là dòng chuyển dịch của các hạt mang điện B. Là dòng điện dao động trong mạch LC C. Dòng chuyển dịch của các hạt mang điện qua tụ điện D. Là khái niệm chỉ sự biến đổi của điện trường giữa 2 bản tụ 7. Một mạch dao động gồm một tụ điện có điện dung 18000 pF và một cuộn cảm có độ tự cảm 6H,điện trở không đáng kể. Hiệu điện thế cực đại ở hai đầu tụ điện là U 0 = 2,4 V. Cường độ dòng điện cực đại trong mạch có thể nhận giá trị : A. I = 94,5.10 -3 A B. I = 94.10 -3 A C. I = 84. 10 -3 A. D. Một giá trị khác 8. Một mạch đao động gồm một tụ điện có điện dung 3500 pF, một cuộn cảm có độ tự cảm 30H và một điện trở thuần 1,5. Phải cung cấp cho mạch một công suất bằng bao nhiêu để duy trì dao động của nó, khi hiệu điện thế cực đại trên tụ điện là 15V? A. P = 19,69. 10 -3 W B. P = 16,9.10 -3 W C. P = 21,69.10 -3 W Sưu tầm bởi: www.daihoc.com.vn 2 D. Một giá trị khác. Trả lời các câu hỏi 9 và 10 nhờ sử dụng dữ kiện sau: Một mạch LC đang dao động tự do. Người ta đo được điện tích cực đại trên hai bản tụ điệnlà Q 0 và dòng điện cực đại trong mạch là I 0 . 9. Biểu thức chu kì của dao động trong mạch: A. T 0 =  Q 0 2I 0 B. T 0 =  Q 0 2 I 0 C. T 0 =  Q 0 4 I 0 D. Một biểu thức khác 10. Biểu thức nào sau