l m= λ m=
BÀI TẬP VỀ DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ
I. Mục tiờu:
1) Kiến thức:
- Củng cố kiến thức và cụng thức cơ bản về dao động điện từ, vận dụng vào việc giải bài tập cơ bản.
- Biết phõn tớch đồ thị để rỳt ra nhiều nội dung thể hiện rừ bản chất vật lớ và cỏc giỏ trị định lượng thiết yếu của dao động điện từ.
2) Kĩ năng:
- Rốn luyện kĩ năng phõn tớch, tổng hợp kiến thức.
- Biết so sỏnh sự tương quan của kiến thức về dao động cơ học và dao động điện từ. - Luyện tập kĩ năng tớnh toỏn.
II. C huẩn bị :
1)GV: - Vẽ hỡnh 22.1 SGK trờn giấy khổ lớn.
- Phiếu học tập cú nội dung bài toỏn luyện tập.
Bài 1.
Một mạch dao động LC cú tụ điện 25pF và cuộn cảm 10-4H. Biết ở thời điểm ban đầu của dao động, cường độ dũng điện cú giỏ trị cực đại bằng 40mA. Tỡm biểu thức của cường độ dũng điện, của điện tớch trờn bản cực tụ điện và biểu thức của hiệu điện thế giữa hai bản cực của tụ điện.
Bài 2. Mạch dao động gồm tụ điện C = 50àF và một cui6n5 dõy cú độ tự cảm L = 5mH.
a) Tớnh năng lượng tồn phần của mạch điện và điện tớch cực đại trờn bản tụ khi hiệu điện thế cực đại giữa hai bản tụ là 6V. Tớnh năng lượng điện trường, năng lượng từ trường và cường độ dũng điện trong mạch ở thời điểm mà hiệu điện thế giữa hai bản tụ bằng 4V. Coi điện trở thuần trong mạch khụng đỏng kể. b) Nếu cuộn dõy cú điện trở R = 0,1Ω, muốn duy trỡ dao động điều hũa trong mạch với hiệu điện thế cực đại
trờn tụ điện vẫn bằng 6V thỡ phải bổ sung cho mạch một năng lượng cú cụng suất bằng bao nhiờu?
Bài 3. Bài tập SGK trang 126.
2)HS: ễn tập kiến thức về dao động điện từ. II. Tổ chức cỏc hoạt động dạy học:
Hoạt động 1. (5’) Kiểm tra – ễn tập kiến thức.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung
GV nờu cõu hỏi kiểm tra.
Mạch LC cú điện tớch trờn bản tụ biến thiờn điều hũa theo pt: q = q0cos(ωt + ϕ). Xỏc định:
1) Độ lệch pha giữa hđt trờn bản tụ và cường độ dũng điện trờn mạch.
2) Cường độ dũng điện cực đại và hđt cực đại giữa hai bản tụ.
-Suy nghĩ cỏ nhõn, tỡm cõu trả lời. -Trỡnh bày kết quả trờn bảng. Từ q = q0cos(ωt + ϕ). 0 0 cos( ) sin( ) q u t C i q t ω ϕ ω ω ϕ → = + = − + Ta cú: ( ; ) 0 0 0 0 2 à U u i q I q v C π ϕ ω ∆ = = =
Hoạt động 2. (35’) Giải bài tập:
Bài tập 1.
-GV hướng dẫn HS túm tắt đề bài toỏn, nờu cõu hỏi gợi ý:
H1. Viết biểu thức tổng quỏt của cường độ dũng điện trong mạch. Áp dụng điều kiện ban đầu của cường độ dũng điện trong mạch.
H2. cường độ dũng điện và điện tớch trong mạch lệch pha như thế nào? Suy ra gúc lệch pha của u và
i? -Cỏ nhõn độc lập suy nghĩ, phõn tớch đề bài toỏn. + Đĩ biết: C = 25pF = 25.10-12F L = 10-4H
-Viết biểu thức i trong mạch. -Thảo luận nhúm, xỏc định pha ban đầu ϕ. -Viết biểu thức q, u. * Tớnh 7 1 2.10 rad s/ LC ω = = -Tớnh gúc ϕ: khi t = 0: i = I0 = 4.10-2A. Từ i = I0cos(ωt + ϕ)→ϕ = 0 → phương trỡnh i: i = 4.10-2cos(2.10-7t)A * q chậm pha 2 π so với i: 7 0cos 2.10 2 q q= − t−πC ữ với 9 0 0 I 2.10 q C ω − = =
* Phương trỡnh: 0cos 2 u U= ω ϕt+ −π ữ với 0 0 9 80 80cos 2.10 2 q U V C u − t π V = = = − ữ Bài tập 2.
-Yờu cầu HS làm bài tập 2 trong phiếu học tập trờn giấy nờu cõu hỏi gợi ý và yờu cầu HS lờn bảng trỡnh bày kết quả.
H1. Năng lượng tồn phần của mạch LC gồm những năng lượng nào? Nờu cụng thức tớnh.
H2. Năng lượng từ trường, năng lượng điện trường xỏc định bằng cụng thức nào?
H3. Khi hiệu điện thế giữa hai bản tụ đạt giỏ trị cực đại năng lượng điện trường của mạch thế nào?
H4. Khi mạch cú điện trở, nhiệt lượng tỏa ra trờn mạch trong thời gian t xỏc định thế nào?
H5. Đại lượng I trong cụng thức cú ý nghĩa gỡ? Xỏc định thế nào? GV trỡnh bày đại lượng
0 2
I I =
-Cỏ nhõn suy nghĩ độc lập, trỡnh bày bài giải.
-Thực hiện tớnh toỏn, trỡnh bày kết quả trờn bảng khi được GV yờu cầu.
-Nhận xột cỏch giải bài toỏn của HS khỏc.
-Trả lời.Q = RI2t.
Ghi nhận kiến thức mới GV cung cấp. 0
2
I I =
Thực hiện biến đổi từ hướng dẫn của GV.
a) Khi u đạt cực đại U0:
20 0 0 0 1 2 C W W= = CU Với C = 50.10-6F U0 = 6V → W = 9.10-4J Q0 = CU0 = 3.10-4C * Khi u = 4V:
-Năng lượng điện trường:
2 4 1 4.10 2 C W = Cu = − J
-Năng lượng từ trường: WL = W = WC = 5.10-4J -Mặt khỏc: 2 1 0, 45 2 L W = Li → =i A b) Mạch cú R khỏc 0: năng lượng cần cung cấp bằng nhiệt lượng tỏa ra trờn mạch:
Q= RI2t.
-Trong 1 giõy: cụng suất cần cung cấp: P = RI2. Với 0 2 I I = P = 1,8,10-4W Bài 3. Phõn tớch đồ thị để rỳt ra kết luận về kiến thức. H1. Dao động được mụ tả bằng đồ thị trờn là dao động gỡ? So sỏnh biờn độ trong chu kỡ đầu và cỏc chu kỡ sau đú.
H2. Xỏc định chu kỡ của dao động, từ đú suy ra tần số của dao động.
H3. Xỏc định hiệu điện thế tại thời điểm t = 3s. Suy ra năng lượng điện trường, năng lượng từ trường tại thời điểm đú.
Quan sỏt hỡnh vẽ đĩ phúng to đồ thị dao động tắt dần (hỡnh 21.2 SGK) rỳt ra nhận xột từ gợi ý của GV.
-Biờn độ U0 giảm: dao động điện từ tắt dần.
+ Sau mỗi chu kỡ, hđt giảm 1,4V; 0,6V; 0,3V: biờn độ giảm khụng đều. + Khi t = 0: u = 3,4V 2 2 1 1 (3, 4) 2 2 11,56 C C W Cu C W C → = = = + Thời điểm t = 3s u = 0 ⇒ WC = 0; WL = W0L. + T ≈ 0,6s ⇒ f ≈ 1,6Hz Chọn đỏp ỏn C, vỡ: khi t = 3s, ta cú: u = 0. Do đú: 2 1 0 2 C L C W Cu W W W = = = + ⇒ WL đạt cực đại. Hoạt động 3. (5’) Vận dụng - củng cố: GV nờu: 1) Bài tập về nhà:
Mạch dao động cú độ tự cảm L và tụ cú C thay đổi được. Khi tụ cú điện dung C1 thỡ tần số riờng của mạch là f1 = 60MHz, khi điện dung của tụ là C2 thỡ tần số riờng của mạch là f2 = 80MHz. Khi ghộp cỏc tụ C1 và C2 song song thỡ tần số riờng của mạch là:
2) Nhận xột về cỏch giải và nội dung cơ bản của cỏc bài toỏn. Yờu cầu HS chuẩn bị cho tiết học sau. III. Rỳt kinh nghiệm – Bổ sung:
Tiết 38. Ngày soạn: 10-11-2008 Bài 23. ĐIỆN TỪ TRƯỜNG I. Mục tiờu: 1) Kiến thức:
- Hiểu được mối liờn hệ giữa từ trường biến thiờn và điện trường xoỏy: từ trường biến thiờn làm xuất hiện điện trường xoỏy. Phõn biệt điện trường xoỏy và trường tĩnh điện của điện tớch.
- Hiểu được mối liờn hệ giữa điện trường biến thiờn và từ trường: điện trường biến thiờn theo thời gian làm xuất hiện từ trường.
- Hiểu được khỏi niệm điện từ trường, sự tồn tại khụng thể tỏch rời của điện trường và từ trường. 2) Kĩ năng:
- Giải thớch được những hiện tượng vật lớ về điện từ trường. II. C huẩn bị :
1) GV: Vẽ hỡnh 23.2; 23.3; 23.4 SGK trờn giấy khổ lớn.
2) HS: ễn tập kiến thức ở lớp 11: Điện trường tĩnh và từ trường, đường sức điện, đường sức từ và hiện tượng cảm ứng điện từ..
II. Tổ chức cỏc hoạt động dạy học:
Hoạt động 1. (30’) Tỡm hiểu: LIấN HỆ GIỮA ĐIỆN TRƯỜNG BIẾN THIấN VÀ TỪ TRƯỜNG BIẾN THIấN.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung
* Nờu cõu hỏi kiểm tra kiến thức cũ để xõy dựng bài toỏn.
H1. Dũng điện cảm ứng xuất hiện khi nào?
H2. Phỏt biểu định luật Lenx về chiều dũng điện cảm ứng.
* Giới thiệu lại hiện tượng cảm ứng điện từ (hỡnh 23.1). Bằng phương phỏp thuyết giảng, trỡnh bày với HS nội dung: Việc xuất hiện dũng điện chứng tỏ cỏc electron của dõy dẫn đĩ bị tỏc dụng bởi một lực nào đú làm chuyển động cú hướng, lực đú là lực điện của một điện trường mới xuất hiện, mà trước khi từ thụng biến thiờn thỡ nú chưa cú.
Măcxoen cho rằng: vũng dõy dẫn chỉ là phương tiện giỳp ta nhận biết việc xuất hiện của điện trường mới mà thụi. *Giới thiệu cho học sinh về điện trường xoỏy bằng những cõu hỏi:
H3. Cỏc electron di động cú hướng tạo dũng điện cảm ứng. Vậy lực nào tỏc dụng làm electron chuyển động?
H4. Điện trường mới xuất hiện khi nào? Vai trũ của vũng dõy dẫn ở đõy như thế nào? Khụng cú vũng dõy cú phỏt hiện được điện trường mới này khụng?
H5. Nờu đặc điểm về đường sức điện của điện trường do điện tớch điểm gõy
HS suy nghĩ và trả lời cỏc cõu hỏi gợi ý.
-Khi cú sự biến thiờn của từ thụng qua một điện tớch giới hạn bởi một mạch điện kớn sẽ làm phỏt sinh dũng điện cảm ứng.
Ghi nhận những kiến thức do GV cung cấp.
1)
-Trong vựng khụng gian cú từ trường biến thiờn theo thời gian thỡ trong vựng đú xuất hiện một điện trường xoỏy.
Hay: Từ trường biến thiờn theo thời gian làm xuất hiện điện trường xoỏy. Đường sức điện trường xoỏy bao quanh cỏc đường sức của từ trường, luụn khộp kớn.
2) Điện trường biến thiờn theo thời gian sẽ làm xuất hiện từ trường. Cỏc đường sức của từ trường này bao quanh cỏc đường sức của điện trường.
ra.
* Thụng bỏo cho HS về điện trường xoỏy với nội dung:
- Xuất hiện khi nào.
- Dạng của đường sức điện. + Phõn tớch hỡnh 23.2
* GV cú thể dựng mạch dao động LC với tụ điện đang tớch điện để núi đến việc hỡnh thành điện trường xoỏy, từ trường biến thiờn.
Cú thể núi sơ lược về dũng điện dẫn và dũng điện dịch.
Hoạt động 2. (10’) Tỡm hiểu: ĐIỆN TỪ TRƯỜNG
-GV thụng bỏo về Điện từ trường sau khi hướng dẫn HS bằng cỏc cõu hỏi:
H1. Hĩy tổng hợp lại hai nhận định của Macxoen.
H2. (Theo trờn) Cú sự tồn tại độc lập, riờng biệt của điện trường và từ trường khụng?
Nghe và ghi nhận kiến thức GV thụng bỏo.
Theo nhận định của Mac-xoen (SGK phần in đậm)
Điện trường biến thiờn và từ trường biến thiờn cựng tồn tại trong khụng gian. Chỳng cú thể chuyển húa lẫn nhau trong một trường thống nhất gọi là điện từ trường.
Hoạt động 3. (5’) Vận dụng - củng cố:
* GV nờu cõu hỏi củng cố bài học:
- Cú ý kiến cho rằng: khụng gian bao quanh một điện tớch cú thể chỉ cú điện trường nhưng cũng quanh điện tớch đú cú thể cú điện từ trường. í kiến này đỳng hay sai? Vỡ sao?
- Yờu cầu HS làm 2 bài tập trắc nghiệm.
- Đặt vấn đề cho bài sau: Điện từ trường lan tỏa trong khụng gian cú tũn theo quy luật nào khụng? * HS trả lời cõu hỏi và ghi nhận những chuẩn bị ở nhà.
III. Rỳt kinh nghiệm – Bổ sung:
Tiết 39. Ngày soạn: 12-11-2008 Bài 24. SểNG ĐIỆN TỪ I. Mục tiờu: 1) Kiến thức:
- Hiểu được sự lan truyền của tương tỏc điện từ và sự hỡnh thành súng điện từ, quan hệ của súng điện từ và điện từ trường.
- Nắm được sự giống nhau và khỏc nhau của súng điện từ và súng cơ.
- Biết sơ lược về vai trũ của hai nhà khoa học Macxoen và Hec trong việc nghiờn cứu điện từ trường và súng điện từ.
2) Kĩ năng:
- Giải thớch được những hiện tượng vật lớ về súng điện từ.
- Giải thớch được những ảnh hưởng của súng điện từ đến sự sống của động, thực vật và con người. Cỏc nguồn bức xạ điện từ trường quỏ mức cho phộp.
II. C huẩn bị :
1) GV:
- Phần mềm mụ tả súng điện từ. - Bộ thớ nghiệm súng điện từ (nếu cú) - Vẽ hỡnh 24.1 SGK trờn giấy khổ lớn.
2) HS: ễn tập kiến thức về Điện từ, súng dọc, súng ngang và sự lan truyền của súng cơ, cỏc tớnh chất của súng cơ.
II. Tổ chức cỏc hoạt động dạy học:
Hoạt động 1. (10’) Tỡm hiểu: KHÁI NIỆM SểNG ĐIỆN TỪ.
Hoạt động của GV Hoạt động của HS Nội dung
* GV nờu cõu hỏi kiểm tra kiến thức cũ.
H1. Hĩy nờu kết luận của Macxoen về điện
* Đặt vấn đề: Trong trường điện từ luụn cú sự chuyển húa giữa điện trường xoỏy biến thiờn và từ trường biến thiờn. Sự chuyển húa ấy cố định ở một nơi hay lan tỏa? Nếu cú sự lan tỏa thỡ cú tũn theo qui tắc nào khụng?
H2. Nếu một điểm O nào đú cú một điện trường niến thiờn Euur1
. Hĩy nờu nhận định của Macxoen và cho biết một quỏ trỡnh như thế nào sẽ diễn ra?
H3. Nhận xột gỡ về quỏ trỡnh tương tỏc điện từ?
HS trả lời cõu hỏi kiểm tra. -Ghi nhớ vấn đề của bài mới.
-Dựng hỡnh 24.1, thảo luận nhúm, phõn tich quỏ trỡnh lan truyền của điện từ trường trong khụng gian.
lan truyền điện từ trường gọi là súng điện từ.
Tương tỏc điện từ khụng xảy ra tức thời, phải cần một khoảng thời gian để truyền đi trong khụng gian.
Hoạt động 2. (30’) Tỡm hiểu: SểNG ĐIỆN TỪ
Cho HS quan sỏt hỡnh 24.1, mụ tả quỏ trỡnh hỡnh thành súng điện từ. Nờu cõu hỏi:
H1. Phõn tớch quỏ trỡnh hỡnh thành điện từ trường biến thiờn theo hỡnh 24.1.
H2. Súng điện từ là gỡ?
-Cho HS quan sỏt hỡnh 24.2. Phõn tớch qui luật dao động của thành phần điện trường và từ trường.
H3 Nờu nhận xột về thành phần điện và thành phần từ trong quỏ trỡnh truyền súng. Súng điện từ là súng gỡ? Vỡ sao?
-Giới thiệu cỏc đặc điểm và tớnh chất của súng điện từ. Lưu ý điểm khỏc biệt của súng điện từ và súng cơ: Súng điện từ truyền được trong mụi trường chõn khụng. Đõy là sự khỏc biệt về bản chất của súng điện từ và súng cơ.
-Cho HS quan sỏt hỡnh 24.3. Nờu cõu hỏi gợi ý để HS phỏt hiện mục đớch của 4 TN phỏt hiện tớnh chất của súng điện từ.
H4. Ở hỡnh a, cú những dụng cụ TN gỡ? Mụ tả nội dung TN?
H5. Cỏc hỡnh b, c, d. Kết quả TN giỳp ta kiểm tra tớnh chất nào của súng điện từ? * Lưu ý HS cụng dụng của tấm kim loại phẳng, lăng kớnh và những tấm kim loại đặt song song, tạo những khe hẹp đặt trước nguồn phỏt súng
-Phõn tớch, tỡm hiểu sự hỡnh thành điện từ trường theo hỡnh 24.1. -Ghi nhận giới thiệu về súng điện từ của GV.
-Từ hỡnh 24.1, rỳt ra kết luận về mối liờn quan giữa cỏc pha dao động của Eur
và Bur
.
-Thảo luận nhúm, tỡm hiểu dụng cụ và cụng dụng của TN.
a) Thiết bị: chấn tử (nguồn phỏt súng điện từ); entel thu súng điện từ, vật chắn là những thanh kim loại: kiểm tra tớnh truyền thẳng của súng điện từ.
b) Dựng kiểm tra sự phản xạ của súng điện từ. Entel đặt đỳng vị trớ để đún nhận được chựm súng điện từ phản xạ, đặt lệch vị trớ entel sẽ khụng thu được súng điện từ. c) Thiết bị dựng kiểm tra sự khỳc xạ của súng điện từ qua lăng kớnh. Entel chỉ thu súng điện từ đĩ khỳc xạ qua lăng kớnh. Đặt lệch vị trớ entel sẽ khụng thu được súng điện từ.
d) Những tấm kim loại đặt trờn đường thẳng song song với chấn tử tạo thành cỏc khe hẹp. Thớ nghiệm kiểm tra sự giao thoa của súng điện từ.
1- Quỏ trỡnh lan truyền điện từ trường được gọi là súng điện từ.