Trong một mạch dao động LC lí tưởng gồm cuộn cảm thuần có độ tự cảm L mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C đang có dao động điện từ tự do với tần số f.. Sóng điện từ khi truyền từ khô[r]
(1)Chương IV
DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ A.Nội dung kiến thức :
I.Mạch dao động dao động điện từ 1.Mạch dao động
-Một cuộn cảm có độ tự cảm L mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C thành mạch điện kín gọi mạch dao động
*Nếu điện trở mạch nhỏ, coi khơng mạch mạch dao động lí tưởng 2.Vai trò cuộn cảm tụ điện hoạt động mạch
-Tụ điện có nhiệm vụ tích điện cho mạch, sau phóng điện qua lại mạch nhiều lần tạo dòng điện xoay chiều mạch
3.Sự biến thiên điện tích dịng điện mạch
Điện tích tụ biến thiên theo biểu thức q =q0cos(ωt + φ).với
LC
.tần số
góc
Cường độ dòng điện chạy mạch dao động biến thiên theo biểu thức i = q’ = q0.ω.cos(ωt + φ +
2
) i = I0cos(ωt + φ+
) Với I0 = q0ω
Điện áp tụ điện: u = C
q =
C q0
cos(t + ) = Uocos(t + )
*Vậy “Điện tích q tụ điện cường độ dòng điện i mạch dao động biến thiên điều hoà theo thời gian; i sớm pha
2
so với q.” 4 Dao động điện từ tự
- Dao động điện từ tự do: Sự biến thiên điều hoà theo thời gian điện tích q tụ điện cường độ dòng điện i (hoặc cường độ điện trường E cảm ứng từ B) mạch dao động gọi dao động điện từ tự
5 Chu kì dao động riêng mạch dao động LC: Chu kì T 2. LC
Tần số f = 1
2 LC 6 Năng lượng điện từ mạch dao động LC:
Năng lượng điện trường tập trung tụ điện Wđ =
Cu2 =
C q2
Năng lượng từ tập trung cuộn cảm Wt =
Li2 .
Tổng chúng lượng điện từ W = Wđ + Wt =
C q2
0 =
CU2 =
2
LI2
Năng lượng điện trường lượng từ trường biến thiên tuần hoàn với tần số góc ’=2=
LC
.Nhưng tổng lượng điện từ không đổi(nếu bỏ qua hao phí ) II.Điện từ trường –Sóng điện từ
1.Điện từ trường
(2)-Từ trường điện trường biến thiên theo thời gian không tồn riêng biệt, độc lập với nhau, mà biểu trường tổng quát, nhất, gọi điện từ trường
*Khi từ trường biến thiên theo thời gian sinh khơng gian xung quanh điện trường xốy
Điện trường xốy điện trường có đường sức đường cong kín
*Khi điện trường biến thiên theo thời gian sinh từ trường có đường sức từ khép kín Đường sức từ trường ln khép kín
2.Sóng điện từ gì?
-Điện từ trường lan truyền khơng gian dạng sóng gọi sóng điện từ 3.Đặc điểm sóng điện từ
Sóng điện từ truyền chân khơng có vận tốc c = 3.108m/s.
Là sóng ngang (các véctơ E B vng góc với vng góc với phương truyền
sóng).
Dao động điện trường từ trường điểm ln ln đồng pha với Có thể phản xạ, khúc xạ, giao thoa ánh sáng
Sóng điện từ mang lượng.
Sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài Km dùng thông tin vô tuyến gọi là sóng vơ tuyến (sóng cực ngắn,sóng ngắn ,sóng trung ,sóng dài).
4.Bước sóng sóng điện từ
-Bước sóng chân khơng LC
f .3.10
10
3 8
(m)
III.Nguyên tắc truyền thơng tin sóng điện từ 1.Ngun tắc chung
Phải dùng sóng điện từ cao tần Phải biến điệu sóng mang
Tách sóng
Khuếch đại dao động
(3)2 Sơ đồ khối máy phát vô tuyến đơn giản
Micrơ (1):Nhận sóng âm biến thành dao động điện (dao đông âm tần)
Mạch phát dao động điện từ cao tần (2): Phát dao động điện từ cao tần Mạch biến điệu (3): Kết hợp dao động
âm tần dao động cao tần
Mạch khuếch đại (4): Năng cao biên độ dao động
Anten phát (5).Phát sóng điện từ cao tần có mang tín hiệu âm
3 Sơ đồ khối máy thu đơn giản
Anten thu (1): Thu sóng điện từ cao tần từ máy phát
Mạch khuếch đại dao động điện từ cao tần (2): Làm tăng biên độ dao động điện từ cao tần
Mạch tách sóng(3): Tách dao động điện từ âm tần khỏi dao động điện từ cao tần biến điệu
Mạch khuếch đại âm tần (4): Làm tăng biên độ dao động điện từ âm tần Loa (5): Biến dao động điện thành dao
động phát âm
5
4
(4)4.Ứng dụng sóng vô tuyến thông tin liên lạc
Ứng dụng sóng điện từ: Sóng vơ tuyến điện sử dụng thông tin liên lạc Ở đài phát thanh,dao động âm tần dùng để biến điệu(biên độ tần số) dao động
cao tần
Dao động cao tần biến điệu phát xạ từ anten dạng sóng điện từ Ở máy thu thanh, nhờ có anten thu, thu dao động cao tần biến điệu, sau
đó dao động âm tần lại tách khỏi dao động cao tần nhờ trình tách sóngsau đưa loa
B Các dạng tập
Đơn vị
1 F 106F
1nF=109F 1pF=1012F 1mH=103H 1 H 106H
1Khz=103hz 1Mhz=106hz
Dạng 1: Tính tốn đại lượng đặc trưng dao động điện từ. Gợi ý cách giải: Áp dụng công thức mạch dao động điện từ:
Chu kì, tần số dao động: T 2. LC, f =
T
1
, f = 1
2 LC
Phương trình điện tích mạch: q = q0.cos(ωt + φ)
Phương trình cường độ dịng điện mạch: i = q’ = q0.ω.cos(ωt + φ +
)
Phương trình điện áp tụ điện: u = C
q =
C q0
cos(t + ) = Uocos(t + ) *Trường hợp nhiều tụ
Khi dùng hai tụ C1 C2 mắc nối tiếp, điện dung tụ đước xác định
2 C
1 C
1 C
tần số
2 2 f f
f
Dạng 2: Mạch thu sóng điện từ. Gợi ý cách giải:
Nguyên tắc hoạt động mạch thu sóng điện từ dựa tượng cộng hưởng điện Bước sóng mà mạch thu c.T 3.10 LC8
(m)
= 2c LC
L c
C 2 2
2
4
L c
C 2 2
2
4
Dạng 3: Bài tập lượng mạch dao động Năng lượng điện trường tập trung tụ điện Wđ =
2
Cu2 =
C q2
Năng lượng từ tập trung cuộn cảm Wt =
Li2 .
Tổng chúng lượng điện từ W = Wđ+ Wt = Wđmax Wtmax=
CU2 =
2
(5)Con lắc x v Wt Wđ
2 2
v x
A Vmax A Mạch dao
động
q i Wđ Wt
2 2
i q
q I0 = q0ω Khi sóng truyền tần số (chu kì ) khơng thay đổi
Trong chân không vận tốc c=3.108m/s mơi trương có chiết suất n vận tốc
n c
Năng lượng điện trường lượng từ trường biến thiên tuần hoàn với tần số góc ’ = 2
II Câu hỏi tập
Câu 1.Cơng thức tính chu kì T mạch dao động LC
A T LC B T LC C T=2.π LC D T LC 2
Câu 2.Cho mạch dao động LC, tăng điện dung tụ điện lên lần chu kì dao động mạch
A tăng lên lần B tăng lên lần C giảm lần D giảm lần
Câu 3.Nhận xét sau đặc điểm mạch dao động LC khơng đúng? A Điện tích mạch dao động biến thiên điều hoà
B Năng lượng điện trường mạch dao động tập trung chủ yếu tụ điện C Năng lượng từ trường mạch dao động tập trung chủ yếu cuộn cảm
D Tần số mạch dao động tỉ lệ với điện tích tụ điện
Câu 4.Cho mạch dao động LC, có L = 2mH C = 2pF, (lấy π2 = 10) Tần số dao động f mạch
A 25 Hz B 10 Hz C 1,5 MHz D 2,5 MHz
Câu 5.Phát biểu sau không đúng?
A Điện trường biến thiên theo thời gian, sinh từ trường B Từ trường biến thiên theo thời gian, sinh điện trường xốy
C Trường xốy trường có đường sức khơng khép kín
D Trường xốy trường có đường sức khép kín
Câu 6.Phát biểu sau tính chất sóng điện từ khơng đúng? A Sóng điện từ sóng ngang
B Sóng điện từ mang lượng
C Sóng điện từ phản xạ, khúc xạ, giao thoa
D Sóng điện từ khơng truyền chân khơng
Câu 7.Phát biểu sau tính chất sóng điện từ khơng đúng? A Sóng điện từ bị phản xạ, khúc xạ, giao thoa
B Tốc độ sóng điện từ khơng thay đổi mơi trường
C Sóng điện từ sóng ngang D Sóng điện từ mang lượng
Câu 8.Phát biểu sau không đúng? Một nguyên tắc chung việc thông tin liên lạc sóng vơ tuyến
A phải dùng sóng điện từ cao tần B phải biến điệu sóng mang C phải dùng mạch tách sóng nơi thu
(6)Câu 9.Một mạch dao động điện từ gồm tụ điện có điện dung 0,125 F cuộn cảm có độ tự cảm 50 H
Điện trở mạch không đáng kể Điện áp cực đại hai tụ V Cường độ dòng điện cực đại mạch
A A 7,5 2 mA B 15 mA C 7,5 2 A D 0,15 A
Câu 10.Một mạch dao động điện từ có L = mH; C = 31,8 F, hiệu điện cực đại tụ V Cường
độ dòng điện mạch hiệu điện tụ V có giá trị:
A 5,5 mA B 0,25 mA C 0,55 A D 0,25 A
Câu 11.Trong mạch dao động điện từ LC, điện tích tụ điện biến thiên với chu kì T Năng lượng điện trường tụ điện
A biến thiên tuần hồn với chu kì T B biến thiên tuần hồn với chu kì T C biến thiên tuần hồn với chu kì 2T D không biến thiên theo thời gian
Câu 12.Trong mạch dao động điện từ LC, điện tích tụ biến thiên theo hàm số q = qocost Khi lượng điện trường lượng từ trường điện tích tụ có độ lớn
A
o
q
B 2
o
q
C
o q
D
o
q
Câu 13.Một mạch dao động gồm cuộn cảm có độ tự cảm L tụ điện có điện dung C thực dao động tự không tắt dần Giá trị cực đại điện áp hai tụ điện U0 Giá trị cực đại cường độ dòng điện mạch
A I0 = U0 LC B I0 = U0 C
L
C I0 = U0 L C
D I0 = LC U0
Câu 14.Mạch dao động có cuộn cảm có độ tự cảm L = 0,1 H, tụ điện có điện dung C = 10 F Khi uC = V i = 30 mA Biên độ I0 cường độ dòng điện
A I0 = 500 mA B I0 = 50 mA C I0 = 40 mA D I0 = 20 mA
Câu 15.Mạch dao động tạo thành từ cuộn cảm L hai tụ điện C1 C2 Khi dùng L C1 mạch có tần số riêng f1 = MHz Khi dùng L C2 mạch có tần số riêng f2 = MHz Khi dùng L C1, C2 mắc nối tiếp tần số riêng mạch
A MHz B MHz C 3,5 MHz D 2,4 MHz
Câu 16.Một mạch dao động LC lí tưởng gồm cuộn cảm có độ tự cảm khơng đổi, tụ điện có điện dung C thay đổi Khi C = C1 tần số dao động riêng mạch 7,5 MHz C = C2 tần số dao động riêng mạch 10 MHz Nếu C = C1 + C2 tần số dao động riêng mạch
A 12,5 MHz B 2,5 MHz C 17,5 MHz D 6,0 MHz
Câu 17. Mạch dao động LC lí tưởng gồm tụ điện có điện dung C, cuộn cảm có độ tự cảm L Trong mạch có dao động điện từ tự Biết hiệu điện cực đại hai tụ điện U0 Năng lượng điện từ mạch
A 1LC2
2 B U
LC
2 C
2
CU
2 D
CL
2
Câu 18.Mạch dao động lý tưởng gồm cuộn cảm có độ tự cảm L khơng đổi có tụ điện có điện dung C thay đổi Khi C C tần số dao động riêng mạch 30 kHz C C tần số dao động riêng mạch 40 kHz Nếu
1 C C C
C C
tần số dao động riêng mạch
A 50 kHz B 24 kHz C 70 kHz D 10 kHz
Câu 19.Mạch chọn sóng đầu vào máy thu vô tuyến điện gồm tụ điện C = 1nF cuộn cảm L = 100 μH (lấy π2 = 10) Bước sóng điện từ λ mà mạch thu :
A 300 m B 600 m C 300 km D 1000 m
Câu 20.Cho mạch dao động LC , có C = 30nF L =25mH Nạp điện cho tụ điện đến điện áp 4,8V sau cho tụ phóng điện qua cuộn cảm, cường độ dòng điện hiệu dụng mạch
A 3,72mA B 4,28mA C 5,20mA D 6,34mA
Câu 21.Cho mạch dao động LC, cường độ dòng điện tức thời i = 0,25cos1000t(A) Tụ điện mạch có điện dung 25μF Độ tự cảm L cuộn cảm
(7)Câu 22.Điện tích tụ điện mạch dao động
A biến thiên điều hoà với tần số f 1
2 LC
C.biến thiên điều hoà với tần số
1 f
2 LC
B biến thiên điều hoà với tần số f LC 2
D.biến thiên điều hoà với tần số f 2 LC Câu 23.Một mạch dao động có tần số riêng 100kHz tụ điện điện dung C = 5.10-3F Độ tự cảm L mạch dao động là:
A 5.10-5 H B 5.10-4 H C 5.10-3 H D 2.10-4 H
Câu 24.Mạch dao động lí tưởng gồm cuộn cảm có độ tự cảm L tụ điện có điện dung C thực dao động điện từ tự Gọi U0 điện áp cực đại hai tụ; u i điện áp hai tụ cường độ dòng điện mạch thời điểm t Hệ thức
A i2 LC U( 02 u2) B i2 C(U02 u2) L
C 2
( )
i LC U u D ( 02 2) L
i U u
C
Câu 25.Mạch dao động máy thu vơ tuyến điện có độ tự cảm L = 10H điện dung C biến thiên từ 10pF đến 250pF Máy bắt sóng điện từ có bước sóng khoảng từ A 10m đến 95m B 20m đến 100m C 18,8m đến 94,2m D 18,8m đến 90m
Câu 26.Một máy thu vơ tuyến điện có mạch dao động gồm cuộn cảm L = 5μH tụ điện C = 2000ρF Bước sóng sóng vơ tuyến mà máy thu
A 5957,7 m B.18,84.104 m. C 18,84 m. D 188,4 m.
Câu 27.Mạch dao động máy thu vơ tuyến điện có cuộn cảm L = 25μH Để thu sóng vơ tuyến có bước sóng 100m điện dung tụ điện có giá tri
A 112,6pF B.1,126nF C 1,126.10-10F. D 1,126pF.
Câu 28.Mạch dao động máy thu vô tuyến có cuộn cảm với độ tự cảm biến thiên từ 0,5μH đến 10μH tụ điện với điện dung biến thiên từ 10ρF đến 50ρF Máy thu bắt sóng vơ tuyến dải sóng
A 4.2m λ 29,8m B 421,3m λ 1332m
C 4,2m λ 133,2m D 4,2m λ 13,32m
Câu 29.Mạch chọn sóng máy thu vô tuyến gồm tụ điện điện dung C = 90ρF, cuộn dây có hệ số tự cảm L = 14,4μH Các dây nối có điện trở khơng đáng kể Máy thu thu sóng có tần số
A 103Hz B 4,42.106Hz C 174.106Hz D 39,25.103Hz.
Câu 30.Một mạch dao động gồm cuộn dây có độ tự cảm 5mH tụ điện có điện dung 50μF Chu kì dao động riêng mạch
A 99,3s B 31,4.10-4s. C 3,14.10-4s. D 0,0314s.
Đề TN 2010
Câu 31. Một mạch dao động LC lí tưởng có dao động điện từ tự với tần số góc ω Gọi q0 là điện tích cực đại tụ điện cường độ dòng điện cực đại mạch
A
q
B q0 C I0 =
q
D q02.
Câu 32.Một mạch dao động LC lí tưởng gồm cuộn cảm có độ tự cảm
2 10
H mắc nối tiếp với
tụ điện có điện dung
10 10
F Chu kì dao động điện từ riêng mạch
(8)Câu 33. Trong mạch dao động LC lí tưởng gồm cuộn cảm có độ tự cảm L mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C có dao động điện từ tự với tần số f Hệ thức
A C = 2
f L
B C = L f
2
4 C C = 2f2L
D C = L
f2 4
Đề TN 2011
Câu 34.Sóng điện từ truyền từ khơng khí vào nước thì: A tốc độ truyền sóng bước sóng giảm
B tốc độ truyền sóng giảm, bước sóng tăng C tốc độ truyền sóng tăng, bước sóng giảm D tốc độ truyền sóng bước sóng tăng
Câu 35.Mạch dao động điện tử gồm cuộn cảm có độ tự cảm 1mH
tụ điện có điện dung
nF
Tần số dao động riêng mạch : A 5 10 Hz5
B 2,5.10 Hz6 C 10 Hz D 2,5.10 Hz5