Tiểu luận phân tích chương trình Vật lí phổ thông

Phân tích chương trình vật lí phổ thông 12 Dao động và Sóng dành cho giáo viên, sinh viên sư phạm và học sinh nghiên cứu chương trình Vật lí phần Dao động và Sóng, bao gồm sơ đồ chương, chuẩn kiến thứckĩ năng và phân tích nội dung.

Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU .2 PHẦN NỘI DUNG Nhiệm vụ chương “Dao động sóng điện từ” Lịch sử phát triển khoa học nghiên cứu sóng điện từ 3 Sơ đồ kiến thức chương “Dao động sóng điện từ” .3 Chuẩn kiến thức – kĩ 4.1 Kiến thức 4.2 Kỹ 5 Phân tích nội dung kiến thức 5.1 Mạch dao động (khung dao động) 5.1.1 Khái niệm 5.1.2 Lưu ý .5 5.2 Dao động điện từ .5 5.2.1 Một số khái niệm .5 5.2.1.1 Dao động điện từ 5.2.1.2 Dao động điện từ tự 5.2.1.3 Dao động điện từ tắt dần 5.2.1.4 Dao động điện từ trì 5.2.1.5 Dao động điện từ cưỡng 5.2.2 Khảo sát dao động mạch LC 5.2.3 Năng lượng dao động điều hoà 5.3 Lý thuyết điện từ Maxwell .9 5.4 Điện từ trường .13 5.5 Sóng điện từ 13 5.5.1 Khái niệm 13 5.5.2 Đặc điểm sóng điện từ 14 5.5.3 Tính chất sóng điện từ 14 Sự tương tự dao động điện từ dao động .15 Ứng dụng sóng điện từ kỹ thuật 17 7.1 Ang ten lan truyền sóng điện từ 17 7.2 Nguyên tắc thu phát thông tin sóng điện từ 19 7.3 Sự truyền sóng điện từ quanh Trái đất 22 7.4 Một số ứng dụng khác sóng điện từ .24 7.4.1 Rađa 24 7.4.2 Lò vi sóng .25 7.4.3 Bếp từ 25 PHẦN KẾT LUẬN .26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 Học viên thực hiện: Ngô Thị Thúy Ngân Trang Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG PHẦN MỞ ĐẦU Trong chương trình phổ thơng, Vật lí mơn học cung cấp cho học sinh nhiều kiến thức quan trọng khác về: học, nhiệt học, điện từ học, quang học, vật lí nguyên tử hạt nhân Mỗi phần kiến thức có đặc trưng riêng gắn liền với nhiều ứng dụng thực tế Để giảng dạy tốt mơn Vật lí trường phổ thơng người giáo viên ngồi lòng đam mê nhiệt huyết cần phải hiểu biết sâu sắc kiến thức môn học Đối với học viên cao học để làm tốt nhiệm vụ dạy học trở lại giảng dạy phải nghiên cứu sâu sắc kiến thức vật lí có chương trình vật lí phổ thơng Đó nhiệm vụ quan trọng tất giáo viên Vật lí q trình giảng dạy đặc biệt trình đổi Giáo dục toàn diện 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 Nghiên cứu phân tích chương trình vật lí phổ thông môn học quan trọng giúp cho học viên có nhìn tổng quan tồn chương trìnhVật lí phổ thơng nói chung phổ thơng trung học nói riêng “Dao động sóng điện từ” phần điện từ học, nghiên cứu khái niệm dao động điện từ, sóng điện từ, tồn điện từ trường ứng dụng quan trọng lĩnh vực thu phát tín hiệu sóng điện từ Trong đó, tìm hiểu mạch dao động điện từ tạo thành sóng điện từ nội dung quan trọng chương Những kiến thức sở cho học sinh có đam mê tìm hiểu ứng dụng thu phát tín hiệu lĩnh vực kĩ thuật Với yêu cầu môn học, tiểu luận này, sâu nghiên cứu, phân tích làm rõ kiến thức ý đồ SGK chương “Dao động sóng điện từ” sách giáo khoa vật lí 12 nâng cao Tiểu luận chia thành phần lớn:  Phần mở đầu trình bày lí nghiên cứu tiểu luận;  Phần nội dung: nghiên cứu nội dung kiến thức chương, yêu cầu chuẩn kiến thức kĩ cần đạt tìm hiểu số ứng dụng quan trọng kiến thức sống  Phần kết luận: tổng kết kết mà tiểu luận đạt Học viên thực hiện: Ngơ Thị Thúy Ngân Trang Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG PHẦN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG CHƯƠNG DAO ĐỘNG VÀ SĨNG ĐIỆN TỪ VẬT LÍ 12 NÂNG CAO Nhiệm vụ chương “Dao động sóng điện từ” Chương “Dao động sóng điện từ” chương nằm phần điện từ trường trình bày chương trình Vật lí phổ thơng Nhiệm vụ chương giới thiệu giúp học sinh tiếp cận với kiến thức dao động điện từ sóng điện từ Trong kiến thức chương tập trung phân tích khái niệm mạch dao động, sóng điện từ, giải thích tồn đồng thời điện trường từ trường qua hình thành khái niệm sóng điện từ cho học sinh Đồng thời giúp học sinh so sánh tìm hiểu tương quan sóng điện từ với dao động sóng Nội dung chương đề cập đến loại dao động điện từ, đặc điểm sóng điện từ Đặc biệt, chương giải thích cho học sinh kiến thức ngun tắc truyền thơng sóng điện từ lĩnh vực nghiên cứu có nhiều ứng dụng quan trọng sống đại Lịch sử phát triển khoa học nghiên cứu sóng điện từ 1820 Hans Christian Oersted (1777 - 1851) nhà Vật lí – hóa học người Đan mạch thiết lập mối liên hệ tượng điện từ 1831 Michael Faraday (1791 - 1867) nhà Vật lí – hóa học người Anh khám phá tượng cảm ứng điện từ 1833 Lenx - nhà Vật lí người Nga phát quy luật chiều suất điện động cảm ứng 1873 James Clerk Maxwell (1831 - 1879) người Scothland phát triển ý kiến Faraday xây dựng lý thuyết điện từ trường, chứng minh tồn điện từ trường ơng tìm điều kiện lan truyền sóng điện từ chứng minh sóng điện từ lan truyền với vận tốc vận tốc ánh sáng 1888 Heinrich Rudolf Hertz (1857 - 1894) nhà Vật lí người Đức thực nghiệm thực có kết việc phát sóng điện từ Và từ nay, việc phát thu sóng điện từ không ngừng phát triển ngày trở nên quan trọng trọng sống xã hội Sơ đồ kiến thức chương “Dao động sóng điện từ” Học viên thực hiện: Ngô Thị Thúy Ngân Trang Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG Lý thuyết Maxwell Sự tương tự dao động điện từ dao động Dao động điện từ tự Dao động điện từ Năng lượng điện từ Dao động điện từ tắt dần Dao động điện từ trì, dao động điện từ cưỡng Sóng điện từ Điện trường biến thiên Từ trường biến thiên Từ trường xoáy Điện trường xoáy Điện từ trường Ứng dụng Ăng ten Truyền thơng sóng điện từ Chuẩn kiến thức – kĩ 4.1 Kiến thức - Trình bày cấu tạo nêu vai trò tụ điện cuộn cảm hoạt động mạch LC - Viết cơng thức tính chu kỳ dao động riêng mạch dao động LC - Nêu dao động điện từ - Nêu lượng dao động điện từ - Nêu điện từ trường sóng điện từ - Nêu tính chất sóng điện từ Học viên thực hiện: Ngơ Thị Thúy Ngân Trang Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG - Nêu chức khối sơ đồ khối máy phát máy thu sóng vơ tuyến điện đơn giản - Nêu ứng dụng sóng vơ tuyến điện thông tin liên lạc 4.2 Kỹ - Vẽ sơ đồ khối máy phát máy thu sóng vơ tuyến điện - Vận dụng cơng thức T = 2π LC Phân tích nội dung kiến thức 5.1 Mạch dao động (khung dao động) C 5.1.1 Khái niệm Mạch dao động khái niệm mà HS tiếp L 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 khơng) mạch dao động lí tưởng Thực tế, cuộn dây ln có điện trở r ≠ 0, nên khơng có 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 Thơng thường mạch dao động chứa cuộn dây tụ điện mà chứa hệ tụ điện cuộn dây ghép nối tiếp song song tùy theo yêu cầu mục đích sử dụng 5.1.2 Lưu ý Mạch LRC mà ta xét tốn dòng điện xoay chiều sau xem mạch dao động điện từ, khơng phải mạch dao động điện từ lí tưởng 5.2 Dao động điện từ 5.2.1 Một số khái niệm 5.2.1.1 Dao động điện từ Để nghiên cứu dao động điện từ ta khảo sát q trình phóng điện trình nạp điện tụ điện C qua cuộn L (hình 1) (1) (2) Để mạch dao động ban đầu ta cần K cung cấp cho mạch lượng E Ban L đầu khóa K (1) nguồn điện tích điện cho E C cho hai tụ điện đến điện tích Q hiệu điện cực đại hai tụ điện U = Hình 1: Mạch dao động điện từ tự Q0/C Với U0 = E – I.r = E (do mạch hở) Học viên thực hiện: Ngô Thị Thúy Ngân Trang Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG Khi tụ điện có dự trữ điện năng: W đ max  CU 02 Khi chuyển K từ (1) đến (2), tụ điện tạo thành mạch kín với cuộn dây L Lúc tụ điện bắt đầu phóng điện (đóng vai trò UC , IL nguồn điện tức thời) Ban đầu: t0 đến t1 cường độ dòng điện UC qua mạch tăng dần tạo từ trường quanh IL cuộn dây làm tập trung lượng tụ điện t chuyển sang cuộn dây Trong cuộn dây xuất t t t t t dòng điện tự cảm với e  L di (định luật dt Lenx) làm chậm phóng điện tụ Nên tụ C phóng điện điện tụ giảm Hình 2: Sự biến thiên i u độ tăng dòng điện giảm Tại thời điểm mạch LC t1 dòng điện qua cuộn dây đạt cực đại I0 điện áp tụ Tất điện lúc chuyển hóa hồn tồn thành lượng từ LI 02 trường tập trung cuộn dây, trị số lượng xác định: W t max  Đối với mạch lí tưởng: Wt max= Wđ max Khi điện tích tụ điện q = cuộn cảm trở thành nguồn lượng, từ t 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 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 5.2.1.2 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 5.2.1.3 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 Học viên thực hiện: Ngô Thị Thúy Ngân Trang Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG mạch biến thiên qua lại lẫn Thực tế, cuộn dây ln có điện trở r ≠ 0, nên khơng có 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 5.2.1.4 - - 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 R thay đổi tần số riêng dao động gọi dao động trì C u L Trong kỹ thuật vơ tuyến điện tử, có hai phương pháp để bù tiêu hao lượng: Dùng lượng nguồn điện ngồi: dao động cưỡng Hình 3: mạch DĐ cưỡng dùng hay gọi kích thích ngồi nguồn điện ngòai Thiết lập mạch điện tử để tự bù tiêu hao: máy tạo dao động hình sin tự kích thích 5.2.1.5 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 Ví dụ: Mạch trì dao động RLC dùng tranzito Học viên thực hiện: Ngô Thị Thúy Ngân Trang Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG Dao động điện trì sơ đồ hình vẽ, cuộn dây L’ mắc hỗ cảm với cuộn dây L, có dao động mạch RLC hỗ cảm nên cuộn L’ có suất điện động cảm ứng Suất điện động cảm ứng tác động lên cực badơ tranditor làm cho dòng điện chạy qua cực colectơ biến đối theo tần số dao động điện mạch RLC pha với hiệu điện hai đầu cuộn cảm L Nhờ mà dao động tự mạch RLC tiếp thêm lượng chu kỳ Hình 4: Mạch trì dao động RLC dùng trì Cần ý nhờ dao động mạch tranzito RLC mà dòng điện cực colectơ tạo để quay trơ lại bù đắp lượng mạch RLC, thông số phù hợp tạo cân lượng hao hụt lượng bù đắp 5.2.2 Khảo sát dao động mạch LC Xét mạch dao động LC hình vẽ, vận dụng định luật Ohm cho đoạn mạch AB ta có: uAB = e – i.r di dt dq q ' Với quy ước dấu hình bên i  dt Với mạch lí tưởng r ≈ uAB ≈ e  L q d2q q Ta lại có: u  , nên: -L = C dt C : q''+ q=0 LC Hình 5: Đồ thị biến thiên điện tích cường độ dòng điện ta có q''+ω2 q=0 phương LC trình điện động lực học dao động điện mạch LC Phương trình phương trình vi phân tuyến tính bậc giải ta chọn dạng nghiệm q =Q cos (ωt+φ); Q0 φ hai số phụ thuộc điều kiện ban đầu Biểu thức cường độ dòng điện là: Đặt ω= i dq    Q0 sin t    I cos t     dt 2  Học viên thực hiện: Ngô Thị Thúy Ngân Trang Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG với I Q0 Hiệu điện hai A B tụ điện: u q '  q sin t    AB Như thấy dao động điện mạch LC dao động điều hồ tức biến đổi theo qui luật hình sin Và dòng điện i ln lệch pha π với điện tích hiệu điện hai đầu cuộn cảm tụ điện 5.2.3 Năng lượng dao động điều hồ Khi xảy q trình dao động điện mạch LC, điện tích q A tụ điện biến đổi theo thời gian theo qui luật: q =Q0 cos (ωt+φ) Q0 điện tích cực đại giữ vai trò biên độ dao động Giữa hai tụ điện có điện trường, lượng Wđ điện trường có biểu thức sau : Q02 q2 Wd  Cu  qu  cos (t  ) hay Wd  2 2C 2C Cuộn dây với độ tự cảm L có dòng điện i chạy qua tạo nên từ trường lượng Wt từ trường có biểu thức sau : Wt  Q02 Li  sin (t  ) 2C Năng lượng toàn phần W dao động điện tồng lượng W đ điện trường Wt từ trường W  Wt  Wd 2 hay W  CU 02  Q0 U  Q02  LI0 = const 2C Từ biểu thức ta rút kết luận trính dao động điện, lượng toàn phần E dao động khơng đổi( bảo tồn), có chuyển hố lượng điện trường lượng từ trường Năng lượng toàn phần dao động lượng điện trường tụ điện tích điện lượng cực đại, lúc cường độ dòng điện khơng lượng từ trường không 5.3 Lý thuyết điện từ Maxwell Sự đời lý thuyết: Xét mạch kín đứng yên từ trường biến thiên Từ thơng qua mạch kín thay đổi làm mạch xuất dòng điện cảm ứng (định luật Lenx) Sự xuất dòng điện cảm ứng, chứng tỏ mạch phải tồn trường lực lạ tác dụng lực làm dịch chuyển electron Phân tích kết thực nghiệm Học viên thực hiện: Ngô Thị Thúy Ngân Trang Hình : Từ trường biến thiên sinh điện trường xốy Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG Faraday, Maxwell cho rằng, trường lực lạ điện trường Nhưng điện trường điện trường tĩnh mà theo Maxwell điện trường phải điện trường xốy Theo ơng, ngun nhân gây điện trường xốy biến thiên từ trường Vì trước từ thơng qua cuộn dây biến thiên mạch chưa có dòng điện Từ Ơng đưa luận điểm thứ nhất: “Mọi từ trường biên thiên theo thời gian làm xuất điện trường xoáy” * Đặc điểm điện trường xốy: có đường sức khép kín lưu thơng vectơ cường độ điện trường xốy dọc theo cong khơng phụ thuộc vào vị trí điểm đầu điểm cuối, mà phụ thuộc vào hình dạng đường cong mà ta tính lưu thơng * Vì lưu thơng vectơ cường độ điện trường xoáy dọc theo cong kín khác khơng * Chính vậy, điện trường xốy đóng vai trò trường lực lạ, tạo suất điện động làm di chuyển điện tích mạch, tạo thành dòng điện khép kín Dựa vào định luật Faraday tượng cảm ứng điện từ, Maxwell xây dựng phương trình diễn tả định lượng luận điểm thứ mình:   E  dl  ( L)  B  dS   t (S ) (1) Phương trình (1) gọi phương trình Maxwell – Faraday dạng tích phân Nó diễn tả đặc tính xốy điện trường Trong đó, vế phải thể tốc độ biến thiên từ thơng qua diện tích S; vế trái lưu thơng vectơ cường độ điện trường xốy dọc theo chu tuyến L bao quanh S Ở dạng vi phân, phương trình Maxwell – Faraday có dạng:   B rot E  t (2) Luận điểm thứ hai Maxwell – dòng điện dịch: Maxwell cho từ trường biến thiên sinh điện trường xốy Phân tích tượng điện từ khác Maxwell khẳng định phải có điều ngược lại: “Mọi điện trường biến thiên theo thời gian làm xuất từ trường”, nội dung luận điểm thứ hai Maxwell Vì từ trường dấu hiệu tất yếu dòng điện, nên biến thiên điện trường tạo từ trường biến thiên điện trường có tác dụng dòng điện Maxwell gọi Học viên thực hiện: Ngơ Thị Thúy Ngân Trang 10 Hình 7: Điện trường biến thiên sinh từ trường xoáy Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG Hình 9: Mơ hình lan truyền sóng điện từ không gian 5.5.2 - Đặc điểm sóng điện từ Vận tốc lan truyền sóng điện từ chân không c = 3.10 m/s; môi trường vật c n chất đồng đẳng hướng v= , với n=εμ chiết suất tuyết đối môi trường; ε μ hệ số điện mơi từ mơi mơi trường Vì ε, μ > nên n > v < c - Sóng điện từ sóng ngang: điểm khơng gian có sóng điện từ, vectơ ur E  B dao động theo hai phương vng góc hai vec tơ vng góc với phương truyền sóng - Khác với sóng học, sóng điện từ truyền môi trường vật chất chân không Trong chân khơng, 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 5.5.3 - Tính chất sóng điện từ Sóng điện từ có mang lượng Năng lượng sóng điện từ lượng điện 2 từ trường Mật độ lượng sóng điện từ là: w=εε E0 + Học viên thực hiện: Ngô Thị Thúy Ngân μμ H0 2 Trang 14 Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG - 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: tia lửa điện,dây dẫn điện xoay chiều, cầu dao đóng ngắt mạch điện,… 5.5.4 Thang sóng điện từ Sự tương tự dao động điện từ dao động So sánh trình dao động điện từ đơn giản mạch dao động LC dao động lắc lò xo (hình vẽ ) Ta thấy tương tự điện tương tự qui luật dao động ( biến đổi điều hoà theo thời gian) hệ dao động học mạch điện, dựa sở đồng dạng phương trình vi phân mơ tả hệ Sau nêu lên tương ứng cặp đại lượng( điện) Cùng biến thiên theo qui luật có vai trò phương trình vi phân trình dao động Đại lượng Cơ điện C Phương trình Dao động Dao động điện x” +  2x = Q” +  2q =  k m  LC m, k L, X q x = Acos(t + ) q = q0cos(t + ) V i v = x’ = -Asin(t + ) i = q’ = -q0sin(t + ) Học viên thực hiện: Ngô Thị Thúy Ngân Trang 15 Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG v A =x +( ) ω Q02 =q + i2 ω2 A Q0 Cơ NL điện từ W = Wđ + Wt Wđ Wt (WC) Wđ = mv2 Wt = Wđ (WL) Wt = kx2 q2 Wđ = 2C Wt 7.1 7.1.1 Học viên thực hiện: Ngô Thị Thúy Ngân W = Wđ + Wt Li Ứng dụng sóng điện từ kỹ thuật Ang ten lan truyền sóng điện từ Mạch dao động kín Nếu mạch dao động RLC có tụ điện song song với nhau, khoảng cách hai nhỏ so với diện tích hai bản, ống dây dài có vòng dây khép Trang 16 Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG sít nhau, tiết diện ống dây nhỏ so với chiều dài ống dây trình dao động điện từ lượng điện trường tập trung khoảng không gian hai tụ, lượng điện trường tập trung lòng ống dây Kết điện từ trường mạch tạo khơng truyền ngồi, mạch người ta gọi mạch dao động kín 7.1.2 Mạch dao động hở Vậy muốn điện từ trường lan truyền xa cần chuyển mạch kí thành mạch hở Nếu tách xa hai cực tụ điện C, đồng thời tách xa vòng dây cuộn cảm L vùng khơng gian có điện trường biến thiên từ trường biến thiên mở rộng dần 7.1.3 Anten Anten dạng mạch dao động hở công cụ hữu hiệu để thu phát sóng điện từ Anten có nhiều dạng khác tuỳ theo tần số sóng nhu cầu sử dụng Hình 10d Hình 10 Sơ đồ phát sóng điện từ xa Anten có dây nối trời nối đất Một số ví dụ loại Anten sử dụng Hình 11: An ten có chấn tử kim loại Học viên thực hiện: Ngô Thị Thúy Ngân Hình 13: Anten có mặt kim loại phản xạ Hình 12: Anten thu sóng vơ tuyến Mic khơng dây Trang 17 Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG Giải thích: Giả sử Anten có electron dao động tạo điện từ trường biến thiên theo sơ đồ hình 14 Hình 14 : Điện tích dao động tạo điện trường biến thiên Học viên thực hiện: Ngô Thị Thúy Ngân Trang 18 Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG Và sau có điện trường xốy biến thiên để tạo thành điện từ trường lan truyền khơng gian Thậm chí tạo sóng điện từ thí nghiệm đơn giản nối hai tụ điện mở với ắc qui đóng ngắt khố k tạo sóng điện từ lan truyền hình Hình 15 : Có thể tạo sóng điện từ cách đơn giản Các dao động điện từ truyền tù mạch dao động Anten cách ghép qua cuộn cảm, cuộn cảm L mạch dao động phát dao động có tần số điều chỉnh mắc song song với cuộn L’ Anten Do tượng cảm ứng điện từ ống dây L’ có dao động điện từ tần số với dao động mạch, dao động điện từ truyền phát xa Hình 16: Sóng điện từ phát từ Anten lưỡng cực Học viên thực hiện: Ngô Thị Thúy Ngân Trang 19 Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG 7.2 Ngun tắc thu phát thơng tin sóng điện từ Liên lạc sóng điện từ phương pháp phát thu thông tin khoảng cách xa xa nhờ sóng điện từ khơng 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 thơng 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) Học viên thực hiện: Ngơ Thị Thúy Ngân Hình 17: Sơ đồ trình phát Trang 20 Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG - Trộn tín hiệu âm tần hình 18.a có lượng thấp khơng thể mang xa, vào sóng cao tần( tần số cao) hình 18.b có lượng lớn nhiều để mang sóng âm tần xa Q 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 Học viên thực hiện: Ngô Thị Thúy Ngân Trang 21 Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG -Các tín hiệu truyền không gian đến Anten máy thu, Anten máy thu có vơ số sóng vơ tuyến từ đài phát khác Cuộn dây L’ Anten mắc 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 vơ tuyến khuếch đại truyền đến phận phát âm  Hình 19: Sơ đồ thu sóng phát SƠ ĐỒ KHỐI MỘT HỆ THỐNG VIỄN THƠNG Hình 20: Sơ đồ khối hệ thống viễn thông Học viên thực hiện: Ngô Thị Thúy Ngân Trang 22 Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG 7.3 - Sự truyền sóng điện từ quanh Trái đất Các đặc tính truyền sóng điện từ truyền kênh truyền dây mềm phụ thuộc nhiều vào tần số Điều thấy từ bảng kê Phổ điện từ chia làm băng lớn: Sóng mặt đất ( Ground ware ) Sóng trời ( Sky ware ) Sóng truyền theo đường tầm mắt ( light of sight ) LOS Người ta thưởng vào tần số để chia sóng điện từ thành dải sóng sau: Băng tần Ký hiệu Đặt tính truyền Học viên thực hiện: Ngô Thị Thúy Ngân Những ứng dụng tiêu biểu Trang 23 Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG - 30KHz VLFvery low frequency Sóng đất Suy giảm ngày đêm Nhiểu khơng khíThơng tin nước cao 30- 300KHz LFlow frequency Tương tự VLF Ít tin cậy BịHướng dẫn radio cho hải hấp thu vào ban ngày hành 300-3000KHzMFMedium frequency Sóng đất sóng trời ban đêm Suy giảm vào ban vàRadio hàng hải Tần số cấp nhiểu vào ban ngày Nhiểucứu phát sống Am khơng khí - 30MHz Sự phản xạ tần ion cầnradio nghiệp dư Phát thay đổi theo thời gian trongquốc tế Viễn thông quân ngày, theo mùa theo tầnsự Thông tin đường dài cho số Nhiểu khơng khí tạikhơng hành hải hành 30Mhz Điện thoại, điện tín, fax HFHight frequency 30- 300MHz VHFVery high frequency 0.3 GHz1.0 - 2.0UHFUltra GHz2.0 - 4.0frequencyLS GHz Gần với LOS Sự tán xạ gây Truyền hình VHF Radio thay đổi nhiệt độ.FM stereo Trợ giúp khơng Nhiễu khơng gian hành Truyền hình VHF Radio highTruyền LOS Nhiễu không FM Stereo Trợ giúp không gian hành - 30 GHz2 Truyền LOS Suy giảm 4.04.0 Oxi nước 8.08.0 -SHFSupper high Viễn thơng vệ tinh Radar khơng khí Sự hấp thụ 12.012.0 -frequencySCXKUKKa microwave links nước cao 22.2 18.018.0 GHz 27.027.0-40.0 30 - 300 GHz26.5 Tương tự Hơi nước 4033.0 EHFExtremely highhấp thụ mạnh 50.040.0 Radar, vệ tinh, thí nghiệm frequencyRQVWMm 183GHz Oxy hấp thu 60 75.075.0 119 GHz 110.0110 – 300 103 – 107 IR (Hồng ngoại ) ánh sángTruyền LOS khả kiến UV ( Tử Học viên thực hiện: Ngô Thị Thúy Ngân Viễn thông quang Trang 24 Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG ngoại ) Bảng 7.4 Một số ứng dụng khác sóng điện từ 7.4.1 Rađa Nguyên tắc: phát sóng điện từ có tần số biên độ phù hợp vào vật có kích thước lớn thu sóng phản xạ để xác định vị trí kích thước vật Lịch sử đời: Một nhà văn người Mỹ trình bày 1911trong tiểu thuyết khoa học viễn tưởng, nguyên lý Ra đa hai người Anh E.V.Eppleton M Bannet áp dụng để phát lớp nhiễm điện khí quyển, nhiên kỹ thuật lúc sơ khai Năm 1935 Robert Watson Watt dùng đa phát máy bay cách xa 50 kM Ngày Ra đa sử dụng phổ biến quân sự, theo dõi thời tiết, liên lạc hàng khơng…  Ngày giới có loại máy bay chiến đấu gọi máy bay tàng hình Tàng hình khơng phải khơng thể nhìn thấy, mà bên ngồi máy bay có chất đặc biệt hấp thụ sóng phát từ Ra đa, nên nhiều loại Rađa phát loại máy bay Hình 22 : Máy bay tàng hình qn đội Mỹ 7.4.2 Lò vi sóng Lò vi sóng thiết bị dùng để nấu thức ăn cách phát sóng điện từ phù hợp tác động lên thức ăn làm thức ăn nóng lên Hình 23: Lò vi sóng Học viên thực hiện: Ngô Thị Thúy Ngân Trang 25 Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG 7.4.3 Bếp từ Bếp từ loại bếp dùng sóng điện từ tạo dòng điện cảm ứng khối kim loại làm nồi, chảo nấu ăn Tuy nhiên loại bếp từ thơng dựng, có loại nồi inox nóng lên, nồi nhơm khơng nóng lên Học viên thực hiện: Ngô Thị Thúy Ngân Trang 26 Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG PHẦN KẾT LUẬN Qua q trình tìm hiểu thực tiểu luận thu số kinh nghiệm sau: - Nội dung kiên thức phần “Dao động sóng điện từ” đa dạng phong phú Để hiểu nội dung kiến thức phần này, người giáo viên cần phải nghiên cứu chi tiết nội dung lý thuyết điện từ Maxwell Bên cạnh nội dung lý thuyết trừu tượng phải sử dụng công cụ tốn học bậc cao hiểu cách trọn vẹn Vì vậy, trình dạy học cần phải có phương pháp phù hợp để truyền đạt đến học sinh nội dung phần - Những khái niệm kiến thức chương gần với thực tế có nhiều ứng dụng quan trọng nên dạy học có hiệu giáo viên cần tham khảo thêm ví dụ thực tế để học sinh động nhằm kích thích hứng thú học tập học sinh Thơng qua việc nghiên cứu chương trình vật lý phổ thơng chương “Dao động sóng điện từ” tơi có dịp nghiên cứu nhiều tài liệu Từ hiểu sâu sắc kiến thức phần Sau nghiên cứu, học nhiều điều từ kiến thức cũ Điều quan trọng giảng dạy Tôi tự tin vào kiến thức từ tìm cách hướng dẫn để học sinh lĩnh hội kiến thức cách hiệu Học viên thực hiện: Ngô Thị Thúy Ngân Trang 27 Tiểu luận PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THƠNG TÀI LIỆU THAM KHẢO Cơ sở vật lý tập -D.Halliday, R.Resnick, J.Walker- NXB Giáo Dục Dao động sóng- Phạm Quí Tư, Nguyễn Thị Bảo Ngọc- NXB Giáo Dục Vật lý 12 – Lương Duyên Bình chủ biên- NXB Giáo Dục Vật lý 12 nâng cao -Vũ Thế Khôi chủ biên- NXB Giáo Dục Vật lý 12 Sách giáo viên – Lương Duyên Bình chủ biên - NXB Giáo Dục Vật lý 12 nâng cao Sách giáo viên - Vũ Thế Khôi chủ biên - NXB Giáo Dục Hướng dẫn thực chương trình sách giáo khoa 12- Nguyễn Trọng Sửu- NXB Giáo Dục Lịch sử vật lý- Phạm Quí Tư-NXB Giáo Dục Giáo trình Vơ tuyến điện, Phan Văn Đường, ĐHSP Huế Học viên thực hiện: Ngô Thị Thúy Ngân Trang 28 ... 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 5.2.1.3 Dao động điện từ tắt dần Như khảo sát mạch dao động xem mạch lí tưởng có... điện từ Sự tương tự dao động điện từ dao động So sánh trình dao động điện từ đơn giản mạch dao động LC dao động lắc lò xo (hình vẽ ) Ta thấy tương tự điện tương tự qui luật dao động ( biến đổi... điện từ cách đơn giản Các dao động điện từ truyền tù mạch dao động Anten cách ghép qua cuộn cảm, cuộn cảm L mạch dao động phát dao động có tần số điều chỉnh mắc song song với cuộn L’ Anten Do