CHƯƠNG II: SÓNG

BÀI 11: SÓNG ĐIỆN TỪ

1. NHẬN BIẾT

Câu 1: Sóng điện từ dùng trong thông tin vũ trụ là?

Giải:

Sóng cực ngắn dùng trong thông tin vũ trụ vì:

+ Có năng lượng rất lớn

+ Không bị tầng điện li hấp thụ hay phản xạ

+ Xuyên qua tầng điện li vào vũ trụ

Câu 2: Từ Trái Đất, các nhà khoa học điều khiển các xe tự hành trên Mặt Trăng nhờ sử dụng các thiết bị thu phát sóng vô tuyến. Sóng vô tuyến được dùng trong ứng dụng này thuộc dải:

Giải:

Sóng cực ngắn truyền xa theo đường thẳng, xuyên qua tầng điện li

⇒⇒ liên lạc vệ tinh và truyền hình

Ta suy ra, sóng vô tuyến được dùng trong ứng dụng trên là sóng cực ngắn

Câu 3: Một máy phát sóng điện từ đang phát sóng theo phương thẳng đứng hướng lên. Biết tại điểm M trên phương truyền vào thời điểm t, véc tơ cảm ứng từ đang cực đại và hướng về phía Tây. Vào thời điểm t thì véctơ cường độ điện trường đang có?

Giải:

Ta có:

+ ,, tạo tam diện thuận theo chiều quay từ  đế  thì chiều tiến là chiều 

+ Do , cùng pha ⇒  cực đại thì véc tơ cường độ điện trường  cũng có độ lớn cực đại và hướng về phía Bắc.

Câu 4: Để truyền các tín hiệu truyền hình vô tuyến, người ta thường dùng các sóng điện từ có bước sóng vào khoảng bao nhiêu?

Giải:

- Để truyền các tín hiệu truyền hình vô tuyến, người ta thường dùng các sóng điện từ có bước sóng vào khoảng dưới 10m.

Câu 5: Kí hiệu các loại sóng điện từ như sau: (1) sóng dài ; (2) sóng trung ; (3) sóng ngắn ; (4) sóng cực ngắn. Những sóng điện từ nào kể trên đều bị tầng điện li phản xạ với mức độ khác nhau?

Giải:

- Những sóng điện từ đều bị tầng điện li phản xạ với mức độ khác nhau là sóng dài, sóng trung và sóng ngắn.

2. THÔNG HIỂU

Câu 1: Một sóng điện từ có tần số 100 MHz truyền với tốc độ 3.10⁸ m/s có bước sóng là:

Giải:

Bước sóng của mạch: λ =  =  = 3m

Câu 2: Đặc điểm nào sau đây là đặc điểm chung giữa sóng điện từ và sóng cơ:

Giải:

- Cả sóng điện từ và sóng cơ đều có vận tốc truyền sóng phụ thuộc vào bản chất của môi trường truyền sóng.

Câu 3: Sóng vô tuyến nào sau đây không bị phản xạ ở tần điện li?

Giải:

- Sóng vô tuyến không bị phản xạ ở tầng điện li là sóng cực ngắn.

Câu 4: Một mạch dao động LC đang thu được sóng trung. Để mạch có thể thu được sóng dài thì phải?

Giải:

Ta có:

+ Sóng trung có bước sóng ngắn hơn sóng dài

+ Bước sóng: λ = 2πc√LC tỉ lệ thuận với √C,√L

⇒ Mạch đang thu được sóng trung, để mạch có thể thu được sóng dài thì ta cần mắc thêm vào mạch một tụ điện có điện dung hoặc cuộn cảm có độ tự cảm thích hợp sao cho bước sóng của mạch tăng.

Khi mắc nối tiếp thêm cuộn cảm: L_nt = L₁ + L₂ > L₁ ⇒ λ↑thỏa mãn.

Câu 5: Mạch chọn sóng gồm cuộn cảm có L biến thiên từ L_min  đến L_max và tụ điện có điện dung C. Bước sóng nhỏ nhất mà mạch bắt được là:

Giải:

Bước sóng nhỏ nhất mà mạch bắt được: λ_min = 2πc√L_minC

3. VẬN DỤNG

Câu 1: Tại Hà Nội, một máy đang phát sóng điện từ. Xét một phương truyền có phương thẳng đứng hướng lên. Vào thời điểm t, tại điểm M trên phương truyền, véctơ cảm ứng từ đang có độ lớn cực đại và hướng về phía Nam. Khi đó véctơ cường độ điện trường có:

Giải:

Ta có:

+ Véctơ cường độ điện trường  và véctơ cảm ứng từ  luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng. 3 véc tơ và  tại mọi điểm tạo với nhau thành một tam diện thuận.

+Áp dụng quy tắc đinh ốc theo chiều thuận: từ  →  khi đó chiều tiến của đinh ốc là 

+ Do  cùng pha ⇒ Khi đó véctơ cường độ điện trường có độ lớn cực đại và hướng về phía Tây.

Câu 2: Trong mạch thu sóng vô tuyến người ta điều chỉnh điện dung của tụ C =  (F) và độ tự cảm của cuộn dây L =  (H). Lấy π² = 10. Khi đó sóng được có tần số bằng:

Giải:

Ta có: f =  =  =  = 25(Hz)

Câu 3: Điện dung của tụ điện phải thay đổi trong khoảng nào để mạch có thể thu được sóng vô tuyến có tần số nằm trong khoảng từ f₁ đến f₂ (f₁ < f₂ ).

Giải:

Ta có: f =   ⇒ C =

⇒ Để mạch có thể thu được sóng vô tuyến có tần số nằm trong khoảng từ f₁ đến f₂ (f₁ < f₂ ) thì tụ điện C phải:

 < C <

Câu 4: Trong các hình sau, hình nào diễn tả đúng phương và chiều của cường độ điện trường  cảm ứng từ  và tốc độ truyền sóng  của một sóng điện từ?

Giải:

Ta có: véctơ cường độ điện trường  và véctơ cảm ứng từ  luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng. 3 véc tơ và  tại mọi điểm tạo với nhau thành một tam diện thuận.

Câu 5: Một anten vệ tinh có công suất phát sóng là 1570 W hướng về một vùng của Trái Đất. Tín hiệu nhận được từ vệ tinh ở vùng đó trên mặt đất có cường độ là 5.10^-10W/m². Bán kính đáy của hình nón tiếp xúc với mặt đất được vệ tinh phủ sóng là:

Giải:

- Ta có:

4. VẬN DỤNG CAO

Câu 1: Mạch chọn sóng của một máy thu vô tuyến điện gồm một tụ điện có điện dung thay đổi từ  pF đến pF và cuộn dây có độ tự cảm μH2. Mạch trên có thể bắt được sóng điện từ có bước sóng nằm trong khoảng nào?

Giải:

Ta có: λ = 2πc

+ λmin = 2πc = 2π.3.10⁸  = 3m

+ λ_max = 2πc = 2π.3.10⁸  = 12m

⇒3m ≤ λ ≤ 12m

Câu 2: Một mạch dao động lí tưởng LC được dùng làm mạch chọn sóng của một máy thu vô tuyến. Cuộn cảm có độ tự cảm không đổi, tụ điện có điện dung C thay đổi được. Nếu điều chỉnh điện dung của tụ đến giá trị C = C₁ hay C = C₂ thì thu được sóng điện từ có bước sóng tương ứng là λ₁ và λ₂. Nếu điều chỉnh điện dung của tụ đến giá trị C = 4C₁ + 9C₂ thì máy thu được sóng có bước sóng 51 m. Nếu điều chỉnh điện dung của tụ đến giá trị C = 9C₁ + C₂ thì máy thu được sóng có bước sóng 39 m. Các bước sóng λ₁ và λ₂ có giá trị lần lượt là:

Giải:

Ta có: λ₁ = 2πc√LC₁ ; λ₂ = 2πc√LC₂

Khi C = 4C₁ + 9C₂

λ = 2πc ⇒ λ² = 4 + 9 = 51²      (1)

Khi C = 9C₁ + C₂

λ = 2πc ⇒ λ² = 9 +  = 39²       (2)

Từ (1) và (2) suy ra: λ₁ = 12m và λ₂ = 15m

Câu 3: Khi mắc tụ điện có điện dung C với cuộn cảm L₁ thì bước sóng dao động của mạch là λ₁ , khi mắc tụ điện có điện dung C với cuộn cảm L₂ thì bước sóng dao động của mạch là λ₂ . Khi mắc L₁ song song L₂ với tụ điện có điện dung C thì bước sóng dao động của mạch là bao nhiêu?

Giải:

Bước sóng điện từ: λ = 2πc√LC ⇒ L =

+ Khi mắc tụ điện có điện dung C với cuộn cảm L₁ thì bước sóng dao động của mạch là:

λ ₁ ⇒ L₁ =

+ Khi mắc tụ điện có điện dung C với cuộn cảm L₂ thì bước sóng dao động của mạch là:

λ ₂ ⇒ L₂ =

+ Khi mắc L₁ song song L₂ với tụ điện có điện dung C thì bước sóng dao động là:

λ // ⇒ L =  

Mà L₁ song song L₂ nên  =  +

Suy ra bước sóng của mạch khi mắc L₁ song song L₂ là:

 =  +

Câu 4: Một mạch chọn sóng gồm cuộn dây có hệ số tự cảm không đổi và một tụ điện có điện dung biến thiên. Khi điện dung của tụ là 20 nF thì mạch thu được bước sóng 40 m. Nếu muốn thu được bước sóng 60 m thì phải điều chỉnh điện dung của tụ như thế nào?

Giải:

Ta có: λ = 2πc

+ Khi C = C₁ = 20pF : λ₁ = 2πc

+ Khi C = C₂ : λ₂ = 2πc

⇒  =  =  =  

⇒  =  ⇒ = =  = 45nF

⇒⇒ Cần tăng thêm điện dung của tụ lên một khoảng bằng

45nF − 20nF = 25nF

Câu 5: Mạch sóng của một máy thu thanh gồm một cuộn dây thuần cảm và một tụ điện có điện dung biến đổi được. Khi đặt điện dung của tụ điện có giá trị 20pF thì bắt được sóng có bước sóng 30 m. Khi điện dung của tụ điện có giá trị 18pF thì bắt được sóng có bước sóng là:

Giải:

Ta có:

+ Khi C = C₁ = 20pF : λ₁ = 2πc

+ Khi C = C₂ = 18pF : λ₂ = 2πc

⇒  =  =  =  

⇒ λ₂ = 3λ₁ = 3.30 = 90m