Lý thuyết và bài tập Vật lý 12: Dao động và sóng điện từ

Chương IV DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ A TÓM TẮT LÝ THUYẾT I MẠCH DAO ĐỘNG Dao động điện - từ mạch LC lí tưởng a) Mạch dao động LC: Gồm tụ điện có điện dung C mắc nối tiếp với cuộn dây cảm có độ tự cảm L tạo thành mạch điện kín b) Khảo sát định lượng dao động điện từ mạch dao động LC * Các phương trình dao động điện - từ: - Điện tích tụ biến thiên điều hòa: q = q0cos(t + ) với q0 = CU0 = CE tần số góc   LC - Suất điện động cảm ứng cuộn dây cảm L biến thiên điều hòa: q q e  u   cos(t  ) C C với u hiệu điện tức thời; U0 = q0/C hiệu điện cực đại hai tụ - Cường độ dòng điện chạy cuộn cảm L biến thiên điều hòa:  i  q '  q sin(t  )  I cos(t    ) với I0 = q0 cường độ dòng điện cực đại - Hiệu điện u hai tụ điện: q q u   cos(t  ) C C - Cường độ dòng điện nhanh pha điện tích hiệu điện hai tụ góc  * Tần số góc (), chu kì (T), tần số (f): Dao động mạch LC lí tưởng dao động tự có 2 1  ;T   2 LC ; f    T 2 LC LC Năng lượng điện từ mạch dao động LC lí tưởng - Điện tích tu: q = q0 cos(t + ) q q 02 + Năng lượng điện trường tụ điện: WC   cos (t  ) C 2C q 02 2 + Năng lượng từ trường cuộn dây: WL = Li = LI sin (t  ) = sin2(t + ) 2C 2 + Năng lượng điện từ mạch dao động LC: q LI W  WC  WL    const 2C - Kết luận: + Năng lượng điện trường tập trung tụ điện lượng từ trường tập trung cuộn cảm, lượng điện trường lượng từ trường biến thiên tuần hoàn tần số gấp hai lần tần số dao động tự mạch dao động LC + Trong trình dao động mạch, có chuyển hóa qua lại lượng từ trường lượng điện trường, tổng chúng tức lượng điện từ không đổi II ĐIỆN TỪ TRƯỜNG Mối quan hệ từ trường biến thiên điện trường biến thiên  Điện trường xoáy: điện trường mà đường sức điện trường đường cong kín bao quanh đường sức từ trường  Từ trường xoáy: từ trường mà đường sức từ trường đường cong kín bao quanh đường sức điện 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 Điện từ trường Điện trường biến thiên từ trường biến thiên tồn không gian Chúng chuyển hoá lẫn trường thống gọi điện từ trường Không có tồn riêng biệt điện trường hay từ trường III NGUYÊN TẮC TRUYỀN SÓNG ĐIỆN TỪ - SÓNG ĐIỆN TỪ Sự lan truyền tương tác điện từ - Sóng điện từ - Trong lan truyền tương tác điện từ, vận tốc truyền tương tác điện từ vận tốc ánh sáng môi trường - Sóng điện từ điện từ trường lan truyền không gian Tính chất sóng điện từ - Sóng điện từ lan truyền môi trường kể chân không Trong chân không lan truyền với vận tốc vận tốc ánh sáng v c v  c  3.10 m / s    cT   f f - Sóng điện từ mang lượng - Sóng điện từ sóng ngang, vectơ cường độ cường độ điện trường E vectơ cảm ứng từ B vuông góc với vuông góc với phương truyền sóng - Trong sóng điện từ, dao động điện trường từ trường điểm pha - Sóng điện từ bị phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, giao thoa… Mạch dao động hở - Anten: - Mạch dao động hở: Nếu tách hai cực tụ điện C, đồng thời tách xa vòng cuộn cảm L điện trường lan toả không gian thành sóng điện từ có khả xa gọi mạch dao động hở - Anten: Là dạng mạch dao động hở, công cụ xạ sóng điện từ Có nhiều dạng khác tuỳ theo tần số sóng nhu cầu sử dụng - Nguyên tắc truyền thông sóng điện từ: Để truyền thông tin âm thanh, hình ảnh đến nơi xa người ta áp dụng quy trình sau: + Biến âm hình ảnh muốn truyền thành dao động điện tần số thấp gọi tín hiệu âm tần + Dùng sóng điện từ tần số cao (cao tần) mang tín hiệu âm tần xa qua anten phát + Tách tín hiệu khỏi sóng cao tần dùng loa để nghe âm truyền tới dùng hình để xem hình ảnh Sự truyền sóng đỉện từ quanh Trái Đất: Căn vào bước sóng để chia sóng điện từ thành dải sóng sau: - Sóng dài có  > 1000 m - Sóng trung có 100 m    1000 m - Sóng ngắn có 10 m    100 m bị phản xạ với mức độ khác nhau, vòng quanh Trái Đất nhờ phản xạ nhiều lần tầng điện li Trái Đất, dùng truyền - Sóng cực ngắn có m    10 m, không phản xạ mà xuyên qua tầng điện li, truyền thẳng từ nơi phát đến nơi thu, dùng để thông tin cự li vài chục kilômet thông tin qua vệ tinh Tần số bước sóng sóng điện từ mà mạch chọn sóng thu được: 1 I0  (Hz) - Tần số sóng điện từ thu đươc: f  2 LC 2 q q0 ( m) I0 - Nếu mạch chọn sóng gồm cuộn dây có L thay đổi tụ điện có C thay đổi mạch chọn dải sóng điện từ: min    max Trong đó:   6.10 L C  max  6.10 L max C max - Nếu mạch chọn sóng gồm cuộn dây có L hai tụ điện Cl, C2 mắc nối tiếp thì: + Tần số sóng điện từ thu được: 1 f  f12  f 22 (với f1  ;f2  ) 2 LC1 2 LC + Bước sóng điện từ thu được: 1 (với   6.10 LC1 ;   6.10 LC )    1  - Nếu mạch chọn sóng gồm cuộn dây có L hai tụ điện Cl, C2 mắc song song 1 + Tần số sóng điện từ thu được:   f f1 f - Bước sóng điện từ thu được:   6.10 LC  6.10 + Bước sóng điện từ thu được:   21  22 B ĐỀ MINH HỌA PHẦN DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ Câu Dao động điện từ mạch LC dao động điều hòa với chu kì T = 2 LC Khi lượng điện từ toàn phần mạch đại lượng A biến đổi tuyến tính theo thơi gian B biến đổi theo thời gian với quy luật dạng sin C biến đổi điều hòa theo thời gian với tần số f  / 2 LC D không đổi tỉ lệ với bình phương điện tích cực đại tụ điện Câu Trong mạch dao động điện từ có biến đổi qua lại A điện trường từ trường C hiệu điện cường độ dòng điện B điện tích dòng điện D lượng điện trường lượng từ trường Câu Một mạch dao động LC có tần số dao động riêng f1 = 90 kHz dùng tụ điện C1 có tần số f2 = 120 kHz dùng tụ điện C2 Khi dùng tụ điện có dung C = Cl + C2 tần số dao động riêng cùa mạch A 210 kHz B 72 kHz C 30 kHz D 105 kHz Câu Chọn câu sai Năng lượng điện trường tụ diện lượng từ trường cuộn cảm biến thiên tuần hoàn A pha B chu kì C biên độ D tần số Câu Điện áp cực đại hai ban tụ điện mạch dao động U0 = 12 V Điện dung tụ diện C = F Khi điện áp hai ban tụ diện V lượng tử mạch dao động A 1.26.10-4 J B 2.88.10-4 J C 1.62.10-4 J D 0.18.10-4 J Câu Một mạch dao động có độ tự cảm L Khi tụ điện có điện dung C1 tần số riêng mạch f1 = 60 kHz, thay C1 tụ C2 tần sổ riêng mạch f2 = 80 kHz Ghép tụ C1, C2 song song mắc vào cuộn cảm L tần số riêng mạch A 100 kHz B 140 kHz C 20 kHz D 48 kHz Câu Một mạch chọn sóng máy thu vô tuyến điện gồm cuộn cảm L = H tụ điện có điện dung C Lấy 2 = 10 Để thu sóng điện từ có bước sóng  = 240 m điện dung C phải có giá trị A 16 nF B nF C nF D 24 nF Câu Một mạch chọn sóng máy thu gồm cuộn dây có độ tự cảm L = F tụ điện có điện dung biến đổi từ: C1 = 10 pF đến C2 = 250 pF Lấy 2 = 10 tốc độ ánh sáng chân không c = 3.108 m/s Mạch thu dải sóng có bước sóng khoảng A 12 m đến 60 m B 24 m đến 300 m C 12 m đến 300 m D 24 m dến 120 m Câu Một tụ xoay có điện dung thay đổi mắc với cuộn dây có độ tự cám L = H để làm thành mạch dao động lí tưởng lối vào máy thu vô tuyến điện Biết tốc độ ánh sáng c = 3.108 m/s Điện dung cần thiết tụ xoay để mạch bắt sóng điện từ có bước sóng 8,4 m A  31.8 F B  10 F C  10 pF D  480 F Câu 10 Trong điện từ trường, véc tơ cường độ điện trường véc tơ cảm ứng từ A phương, ngược chiều B phương, chiều C có phương vuông góc với D có phương lệch góc 450 Câu 11 Phát biểu sau không đúng? A Một từ trường biến thiên theo thời gian sinh điện trường xoáy điểm lân cận B Một điện trường biến thiên theo thời gian sinh từ trường điểm lân cận C Điện trường từ trường không đổi theo thời gian có đường sức đường cong khép kín D Đường sức điện trường xoáy đường cong kín bao quanh đường sức từ từ trường biến thiên Câu 12 Mạch dao động máy thu vô tuvến điện gồm cuộn cảm tụ điện có điện dung biến đổi Khi tụ điện có điện dung 50 pF mạch thu sóng điện từ có bước sóng 50 m Muốn mạch thu sóng điện từ có bước sóng 150 m phải tăng điện đung tụ điện thêm lượng A 450 pF B 400 pF C 150 pF D 100 pF Câu 13 Trong mạch dao động gồm tụ điện cuộn dây cám có độ tự cảm L = mH có dao động điện từ tự Biết cường độ dòng điện cực đại mạch mA Khi cường độ dòng điện mạch có giá trị mA lượng điện trường tụ điện A 2.25.10-8 J B 1.25.10-8 J C 1.0.10-8 J D 3.25.10-8 J Câu 14 Một mạch dao động gồm cuộn cảm có độ tự cảm L = 0,2 H tụ điện có điện dung C = 0,4 F Khi cường độ dòng điện qua cuộn dây 10 mA hiệu điện hai tụ điện 10 V Năng lượng điện từ mạch A 1.10-5 J B 2.10-5 J C 3.10-5 J D 4.10-5 J Câu 15 Một mạch dao động gồm cuộn cảm có độ tự cảm L = mH tụ điện Trong mạch có dao động điện từ tự với lượng 2.10-6 J Tại thời điểm lượng từ trường lượng điện trường cường độ dòng điện mạch A 0,05 A B 0,01 A C 0.02 A D 0.4 A Câu 16 Mạch chọn sóng lí tưởng máy thu thanh, cuộn cảm L = H; tụ điện C = 0,2 nF Điện áp cực đại hai tụ 120 mV Năng lượng điện từ mạch A 144.10-14 J B 24.10-12 J C 288.10-14 J D 144.10-12 J Câu 17 Trong dụng cụ có máy phát máy thu sóng vô tuyến A máy thu B máy thu hình C điện thoại di động D điều khiển ti vi Câu 18 Trong "máy bắn tốc độ“ xe đường A có máy thu sóng vô tuyến B có máy thu máy phát sóng vô tuyến C có máy phát sóng vô tuyến D máy thu máy phát sóng vô tuyến Câu 19 Một mạch dao động gồm cuộn dây có độ tự cảm L = mH tụ điện có điện dung C = nF; điện trở mạch R = 0,1  Muốn mạch có dao động điện từ trì với hiệu điện cực đại tụ V phải bổ sung lượng cho mạch với công suất tối thiếu A 3,75.10-6 W B 7,5.10-6 W C 1,875.10-5 W D 1,5.10-5 W Câu 20 Nguyên tắc mạch chọn sóng máy thu dựa A giao thoa mạch chọn sóng B sóng dừng mạch chọn sóng C cộng hưởng dao động điện từ mạch chọn sóng D dao động cưỡng mạch chọn sóng Câu 21 Chọn câu sai Để thực thông tin vô tuyến, người ta sử dụng A sóng cực ngắn không bị tầng điện ly phản xạ hấp thụ có khả truyền xa theo đường thẳng B sóng cực ngắn có lượng lớn nên truyền xa mặt đất C ban đêm sóng trung truyền xa ban ngày D sóng ngắn sóng ngắn bị tầng điện li mặt đất phản xạ nhiều lần nên có khả truyền xa Câu 22 Mạch dao động có đặc điểm sau đây? A Chu kỳ nhỏ B Tần số nhỏ C Năng lượng lớn D Cường độ dòng điện lớn Câu 23 Sóng điện từ hình thành trình lan truyền điện từ trường biến thiên không gian Điện từ trường biến thiên có điện trường từ trường biên thiên tuần hoàn A ngược pha B khác tần số C pha D lệch pha góc /2 Câu 24 Sóng có khả phản xạ tầng điện li sóng A sóng dài sóng ngắn B sóng dài, sóng trung sóng ngắn C sóng dài sóng trung D sóng trung sóng ngắn Câu 25 Vật sau nguồn phát sóng điện từ? A Một êlectron dao động B Tia lửa điện C Dây dẫn mang dòng điện xoay chiều D Một điện tích đứng yên Câu 26 Một mạch dao động gồm cuộn dây cảm tụ điện Gọi Q0 điện tích cực đại tụ điện, I0 cường độ dòng điện cực đại chu kì dao động mạch Q I Q A T  2 B T  C T = 2I0Q0 D T  I0 2Q 2I Câu 27 Sự tương ứng dao động điện từ tự mạch LC dao động điều hòa lắc lò xo A Năng lượng dao động mạch dao động LG tương ứng với đàn hồi B Năng lượng điện trường tụ C tương ứng với động lắc C C tương ứng với độ cứng k lò xo D L tương ứng với khối lượng m vật nặng lắc Câu 28 Dao động điện từ mạch chọn sóng máy thu máy thu bắt sóng điện từ A dao động tự với tần số tần số riêng mạch B dao động tắt dần có tần số tần số riêng mạch C dao động cưỡng có tần số tần số riêng mạch D câu sai Câu 29 Dao động mạch LC máy phát dao động điều hoà dao động điện từ A trì có tần số tần số riêng mạch LC B tắt dần có tần số tần số riêng mạch LC C tắt dần có tần số khác tần số riêng mạch LC D trì có tần số khác tần số riêng mạch LC Câu 30 Một mạch dao động LC lí tưởng thực dao động điện từ tự người ta đo điện tích cực đại tụ Q0 dòng điện cực đại mạch I0 Biểu thức sau xác định bước sóng sóng điện từ mà mạch phát (với c = 3.108 m/s) I I Q I A   2.c B   2.c C   4 D   2.c Q0 Q0 Q0 I0 Câu 31 Trong mạch dao động LC lí tưởng cường độ dòng điện mạch điện tích tụ điện dao động điều hòa A pha B ngược pha C lệch pha /2 D lệch pha /4 Câu 32 Một mạch dao động gồm cuộn dây L tụ điện C thực dao động điện từ tự Để bước sóng sóng điện từ mà mạch dao động phát tăng lên hai lần phải thay tụ điện C tụ điện C’ có giá trị A C’ = 2C B C’ = C/2 C C’ = C/4 D C’ = 4C Câu 33 Một mạch dao động gồm cuộn dây có độ tự cảm 0,2 H tụ diện có điện dung C = 10 F thực dao động điện từ tự Biết cường độ cực đại khung Io= 0,012 A Khi cường độ dòng điện tức thời i = 0,01 A hiệu điện cực đại hiệu điện tức thời hai tụ điện A U0 = 5,4 V; u = 0,92 V B U0 = l,7 V; u = 20 V C U0 = 5,4 V; u = 20 V D U0 = 1,7 V; u = 0,94 V Câu 34 Một tụ điện C = 500 pF tích điện đến hiệu điện 1,5 V Nối tụ điện với cuộn dây cảm có độ tự cảm L = 0,2 mH, lấy 2 = 10 Chọn gốc thời gian t = lúc tụ điện tích điện cực đại Biểu thức điện tích tụ điện A q = 7,5.10-10cos(106t + /2) (C) B q = 9,5.10-10cos(106t + /2) (C) -10 C q = 9,5.10 cos(10 t) (C) D q = 7,5.10-10cos(106t) (C) Câu 35 Một mạch dao động điện từ LC, thời điểm ban đầu điện tích tụ cực đại Q0 = 10-8 C Thời gian để tụ phóng hết điện tích s Cường độ hiệu dụng dòng điện mạch A 7,85 mA B 15,72 mA C 78,52 mA D 5,55 mA Câu 36 Một mạch dao động lý tưởng gồm cuộn cảm có độ tự cảm L tụ điện dung C thực dao động điện từ với chu kì T = 10-4 s Nếu mắc nối tiếp thêm vào mạch tụ điện cuộn cảm giống hệt tụ điện cuộn cảm mạch dao động điện từ với chu kì A 0,5.10-4 s B 2.10-4 s C 10-4 s D 10-4 s Câu 37 Một mạch dao động điện từ dùng tụ C1 tần số dao động riêng mạch f1 = MHz Khi mắc thêm tụ C2 song song với C1 tần số dao động riêng mạch f = 2,4 MHz Nếu mắc thêm tụ C2 nối tiếp với C1 tần số dao động riêng mạch A 0,6 MHz B 5,0 MHz C 5,4 MHz D 4,0 MHz Câu 38 Một mạch dao động LC lí tưởng thực dao động tự do, điện tích tức thời tụ   2 q  Q cos 10 t  (C) Khoảng thời gian ngắn kể từ t = để lượng điện trường ba lần 3  lượng từ trường A 0,75.10-6 s B 0,5.10-6 s C 10-6 s D 0,25.10-6 s Câu 39 Mạch dao động LC lí tưởng có tụ điện phẳng không khí Mạch thu sóng điện từ có bước sóng 62 m Khi nhúng tụ ngập chìm điện môi lỏng có số điện môi bước sóng điện từ cộng hưởng với mạch A 60 m B 73,5 m C 87,7 m D 63,3 km Câu 40 Trong thông tin liên lạc sóng vô tuyến, người ta sử dụng cách biến điệu biên độ, tức làm cho biên độ sóng điện từ cao tần (gọi sóng mang) biến thiên theo thời gian với tần số tần số dao động âm tần Cho tần số sóng mang 800 kHz Khi dao động âm tần có tần số 1000 Hz thực dao động toàn phần dao động cao tần thực số dao động toàn phần A 800 B 1000 C 625 D 1600 ĐÁP ÁN Câu D Câu 11 C Câu 21 B Câu 31 C Câu D Câu 12 B Câu 22 A Câu 32 D Câu B Câu 13 B Câu 23 C Câu 33 D Câu A Câu 14 C Câu 24 B Câu 34 D Câu A Câu 15 C Câu 25 D Câu 35 A Câu D Câu 16 A Câu 26 A Câu 36 D Câu C Câu 17 C Câu 27 D Câu 37 B Câu A Câu 18 B Câu 28 C Câu 38 A Câu C Câu 19 A Câu 29 A Câu 39 C Câu 10 C Câu 20 C Câu 30 D Câu 40 A ... f - Bước sóng điện từ thu được:   6.10 LC  6.10 + Bước sóng điện từ thu được:   21  22 B ĐỀ MINH HỌA PHẦN DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ Câu Dao động điện từ mạch LC dao động điều... tác điện từ - Sóng điện từ - Trong lan truyền tương tác điện từ, vận tốc truyền tương tác điện từ vận tốc ánh sáng môi trường - Sóng điện từ điện từ trường lan truyền không gian Tính chất sóng điện. .. lượng m vật nặng lắc Câu 28 Dao động điện từ mạch chọn sóng máy thu máy thu bắt sóng điện từ A dao động tự với tần số tần số riêng mạch B dao động tắt dần có tần số tần số riêng mạch C dao động