1. Mạch dao động [hay khung dao động] là mạch kín gồm cuộn cảm có độ tự cảm L và tụ điện có điện dung C. Điện trường và từ trường trong mạch biến thiên, nên dao động của mạch gọi là dao động điện từ.
2. Trong mạch dao động, điện tích q của tụ điện, dòng điện i trong mạch và hiệu điện thế u giữa hai bản tụ đều biến thiên tuần hoàn theo quy luật dạng sin với tần số góc \[\omega = \frac{1}{{\sqrt {LC} }}\].
+ Nếu \[q = {q_o}c{\rm{os}}\left[ {\omega t + \varphi } \right]\] thì \[{u = \frac{q}{C} = \frac{{{q_o}}}{C}c{\rm{os}}\left[ {\omega t + \varphi } \right]}\]
Đơn vị điện tích là cu-lông [C]
và \[{i = q' = - \omega {q_o}{\mathop{\rm s}\nolimits} in\left[ {\omega t + \varphi } \right] = {I_o}c{\rm{os}}\left[ {\omega t + \varphi + \frac{\pi }{2}} \right]}\] .Với \[{{I_o} = \omega {q_o}}\]
3. Nếu không có tác động điện hoặc từ với bên ngoài, thì dao động điện từ là một dao động tự do
- Tần số góc riêng: \[{\omega = \frac{1}{{\sqrt {LC} }}}\]
- Chu kỳ riêng: \[{T = 2\pi \sqrt {LC} }\]
- Tần số riêng: \[{f = \frac{1}{{2\pi \sqrt {LC} }}}\]
L là độ tự cảm của cuộn cảm, đơn vị là henry [H] và C là điện dung của tụ điện, đơn vị là fara [ F]
4. Năng lượng của mạch dao động LC:
- Năng lượng của mạch dao động gồm có năng lượng điện trường tập trung trong tụ điện và năng lượng từ trường tập trung trong cuộn cảm.
- Tổng năng lượng điện trường và năng lượng từ trường của mạch gọi là năng lượng điện từ.
- Nếu không có sự tiêu hao năng lượng thì năng lượng điện từ trong mạch được bảo toàn.
Xét mạch dao động LC có \[q = {q_o}c{\rm{os}}\left[ {\omega t + \varphi } \right]\]
- Năng lượng điện trường tức thời trong tụ điện:
\[{{W_C} = \frac{1}{2}C{u^2} = \frac{1}{2}qu = \frac{1}{2}\frac{{{q^2}}}{C}}\] hay: \[{{{\rm{W}}_C} = \frac{1}{2}\frac{{q_o^2}}{C}c{\rm{o}}{{\rm{s}}^2}\left[ {\omega t + \varphi } \right]}\]
- Năng lượng từ trường tức thời trong cuộn cảm:
\[{{W_L} = \frac{1}{2}L{i^2}}\] hay \[{{W_L} = \frac{1}{2}L{\omega ^2}q_o^2{{\sin }^2}\left[ {\omega t + \varphi } \right]}\]
\[{{W_L} = \frac{1}{2}\frac{{q_o^2}}{C}{{\sin }^2}\left[ {\omega t + \varphi } \right]}\]
- Năng lượng điện từ của mạch dao động LC:
\[{{\rm{W = }}{{\rm{W}}_C} + {{\rm{W}}_L}}\] = hằng số
Đơn vị năng lượng là Jun [J]
\[{{\rm{W}} = \frac{1}{2}\frac{{q_o^2}}{C} = \frac{1}{2}CU_o^2 = \frac{1}{2}{q_o}{U_o} = \frac{1}{2}LI_o^2}\]
Vậy, trong quá trình dao động của mạch, năng lượng từ trường và năng lượng điện trường luôn chuyển hóa cho nhau, nhưng tổng năng lượng điện từ là không đổi.
2. Điện từ trường
2.1. Liên hệ giữa điện trường biến thiên và từ trường biến thiên
+ Nếu tại một nơi có một từ trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một điện trường xoáy.
Điện trường xoáy là điện trường có các đường sức là đường cong kín.
+ Nếu tại một nơi có điện trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một từ trường.
Đường sức của từ trường luôn khép kín.
2.2. Điện từ trường :Mỗi biến thiên theo thời gian của từ trường sinh ra trong không gian xung quanh một điện trường xoáy biến thiên theo thời gian, ngược lại mỗi biến thiên theo thời gian của điện trường cũng sinh ra một từ trường biến thiên theo thời gian trong không gian xung quanh.
Điện trường biến thiên và từ trường biến thiên cùng tồn tại trong không gian. Chúng có thể chuyển hóa lẫn nhau trong một trường thống nhất được gọi là điện từ trường.
3. Sóng điện từ - Thông tin liên lạc bằng vô tuyến.
Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian.
3.1. Đặc điểm của sóng điện từ
+ Sóng điện từ lan truyền được trong chân không với vận tốc bằng vận tốc ánh sáng [c = 3.108m/s]. Sóng điện từ lan truyền được trong các điện môi. Tốc độ lan truyền của sóng điện từ trong các điện môi nhỏ hơn trong chân không và phụ thuộc vào hằng số điện môi.
+ Sóng điện từ là sóng ngang. Trong quá trình lan truyền \[\overrightarrow E \] và \[\overrightarrow E \] luôn luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng. Tại mỗi điểm dao động của điện trường và từ trường luôn cùng pha với nhau.
+ Khi sóng điện từ gặp mặt phân cách giữa hai môi trường thì nó cũng bị phản xạ và khúc xạ như ánh sáng. Ngoài ra cũng có hiện tượng giao thoa, nhiễu xạ... sóng điện từ.
+ Sóng điện từ mang năng lượng. Khi sóng điện từ truyền đến một anten, làm cho các electron tự do trong anten dao động .
+Nguồn phát sóng điện từ rất đa dạng, như tia lửa điện, cầu dao đóng, ngắt mạch điện, trời sấm sét ... .
- Thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến
+ Sóng vô tuyến là các sóng điện từ dùng trong vô tuyến, có bước sóng từ vài m đến vài km. Theo bước sóng, người ta chia sóng vô tuyến thành các loại: sóng cực ngắn, sóng ngắn, sóng trung và sóng dài.
+ Tầng điện li là lớp khí quyển bị ion hóa mạnh bởi ánh sáng Mặt Trời và nằm trong khoảng độ cao từ 80 km đếm 800 km, có ảnh hưởng rất lớn đến sự truyền sóng vô tuyến điện.
+ Các phân tử không khí trong khí quyển hấp thụ rất mạnh các sóng dài, sóng trung và sóng cực ngắn nhưng ít hấp thụ các vùng sóng ngắn. Các sóng ngắn phản xạ tốt trên tầng điện li và mặt đất.
+ Nguyên tắc chung của thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến điện:
- Biến điệu sóng mang:
*Biến âm thanh [hoặc hình ảnh] muốn truyền đi thành các dao động điện từ có tần số thấp gọi là tín hiệu âm tần [hoặc tín hiệu thị tần].
*Trộn sóng: Dùng sóng điện từ tần số cao [cao tần] để mang [sóng mang] các tín hiệu âm tần hoặc thị tần đi xa . Muốn vậy phải trộn sóng điện từ âm tần hoặc thị tần với sóng điện từ cao tần [biến điệu]. Qua anten phát, sóng điện từ cao tần đã biến điệu được truyền đi trong không gian.
-Thu sóng : Dùng máy thu với anten thu để chọn và thu lấy sóng điện từ cao tần muốn thu.
-Tách sóng: Tách tín hiệu ra khỏi sóng cao tần [tách sóng] rồi dùng loa để nghe âm thanh truyền tới hoặc dùng màn hình để xem hình ảnh.
-Khuếch đại:Để tăng cường độ của sóng truyền đi và tăng cường độ của tín hiệu thu được người ta dùng các mạch khuếch đại.
- Sơ đồ khối của một máy phát thanh vô tuyến đơn giản
.png]
1.Micrô
2.Mạch phát sóng điện từ cao tần.
3.Mạch biến điệu.
4.Mạch khuếch đại.
5.Anten phát
Ăng ten phát: là khung dao động hở [các vòng dây của cuộn L hoặc 2 bản tụ C xa nhau], có cuộn dây mắc xen gần cuộn dây của máy phát. Nhờ cảm ứng, bức xạ sóng điện từ cùng tần số máy phát sẽ phát ra ngoài không gian.
- Sơ đồ khối của một máy thu thanh đơn giản
.png]
Ăng ten thu: là 1 khung dao động hở, nó thu được nhiều sóng, có tụ C thay đổi. Nhờ sự cộng hưởng với tần số sóng cần thu ta thu được sóng điện từ có f = f0
So sánh sóng cơ và sóng điện từ.
SÓNG CƠ HỌC SÓNG ĐIỆN TỪ
* Lan truyền dao động cơ học trong môi trường vật chất.
* Tần số nhỏ.
* Không truyền được trong chân không.
* Truyền tốt trong các môi trường theo thứ tự: Rắn > lỏng > khí.
VD. Khi sóng cơ truyền từ không khí vào nước thì vận tốc tăng bước sóng tăng
* Lan truyền tương tác điện – từ trong mọi môi trường.
* Tần số rất lớn.
* Lan truyền tốt nhất trong chân không.
* Truyền tốt trong các môi trường thường theo thứ tự: Chân không > khí > lỏng > rắn.
VD.Khi sóng điện từ truyền từ không khí vào nước thì vận tốc giảm n lần v = c/n, bước sóng giảm n lần ln = l/n.
B. Bài tập minh họa
Bài 1:
Một mạch dao động LC lí tưởng gồm cuộn thuần cảm L và hai tụ điện C giống nhau mắc nối tiếp.Mạch đang hoạt động thì ngay tại thời điểm nặng lượng điện trường trong tụ gấp đôi năng lượng từ trường trong cuộn cảm, một tụ bị đánh thủng hoàn toàn. Điện áp cực đại hai đầu cuộn cảm đó sẽ bằng bao nhiêu lần so với lúc đầu?
Hướng dẫn giải:
Gọi Uo là điện áp cực đại lú đầu giữa hai đầu cuộn cảm cũng chính là điện áp cực đại giữa hai đầu bộ tụ.; C là điện dung của mỗi tụ Năng lượng ban đầu của mạch dao động W0 = \[\frac{{\frac{C}{2}U_0^2}}{2}\] = \[\frac{C}{4}U_0^2\]
Khi năng lượng điện trường trong tụ gấp đôi năng lượng từ trường trong cuộn cảm, thì WC1 = WC2 = WL = \[\frac{1}{3}\] W0 .
Khi một tụ bị đánh thủng hoàn toàn thì năng lượng của mạch
W = \[\frac{2}{3}\]W0 = \[\frac{2}{3}\].\[\frac{C}{4}U_0^2\] = \[\frac{C}{6}U_0^2\]
Mặt khác \[W = \frac{C}{2}U_0^{'2}\] \=\[\frac{C}{6}U_0^2\]
⇒ U’0 = \[\frac{{{U_0}}}{{\sqrt 3 }}\].
Bài 2:
Trong thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến, người ta sử dụng cách biến điệu biên độ, tức là làm cho biên độ của sóng điện từ cao tần [sóng mang] biến thiên theo thời gian với tần số bằng tần số của dao động âm tần. Cho tần số sóng mang là 800 kHz, tần số của dao động âm tần là 1000 Hz. Xác định số dao động toàn phần của dao động cao tần khi dao động âm tần thực hiên được một dao động toàn phần.
Hướng dẫn giải:
+ Thời gian để dao động âm tần thực hiện được một dao động toàn phần: TA = \[\frac{1}{{{f_A}}}\] = 10-3 s.
+ Thời gian để dao động cao tần thực hiện được một dao động toàn phần TC = \[\frac{1}{{{f_C}}}\] = 0,125.10-5 s.
+ Số dao động toàn phần của dao động cao tần khi dao động âm tần thực hiên được một dao động toàn phần: N = \[\frac{{{T_A}}}{{{T_C}}}\] = 800.
Trắc nghiệm Vật Lý 12 Chương 4
- Trắc nghiệm Vật lý 12 Bài 20 Mạch dao động
- Trắc nghiệm Vật lý 12 Bài 21 Điện từ trường
- Trắc nghiệm Vật lý 12 Bài 22 Sóng điện từ
- Trắc nghiệm Vật lý 12 Bài 23 Nguyên tắc thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến
Đề kiểm tra Vật Lý 12 Chương 4
Đề kiểm tra trắc nghiệm online Chương 4 Vật lý 12 [Thi Online]
Phần này các em được làm trắc nghiệm online trong vòng 45 phút để kiểm tra năng lực và sau đó đối chiếu kết quả và xem đáp án chi tiết từng câu hỏi.
- Đề ôn tập Chương 4 môn Vật Lý 12 năm 2021 Trường THTP Nguyễn Văn Trỗi
- Đề ôn tập Chương 4 môn Vật Lý 12 năm 2021 Trường THTP Võ Văn Kiệt
Đề kiểm tra Chương 4 Vật lý 12 [Tải File]
Phần này các em có thể xem online hoặc tải file đề thi về tham khảo gồm đầy đủ câu hỏi và đáp án làm bài.
- Chuyên đề ôn tập Dao động và Sóng điện từ có đáp án
- Phương pháp giải bài tập Dao Động Điện Từ luyện thi THPT QG
Lý thuyết từng bài chương 4 và hướng dẫn giải bài tập SGK
Lý thuyết các bài học Vật lý 12 Chương 4
- Vật Lý 12 Bài 20: Mạch dao động
- Vật Lý 12 Bài 21: Điện từ trường
- Vật Lý 12 Bài 22: Sóng điện từ
- Vật Lý 12 Bài 23: Nguyên tắc thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến
Hướng dẫn giải Vật lý 12 Chương 4
- Giải bài tập Vật lý 12 Chương 4 Bài 20
- Giải bài tập Vật lý 12 Chương 4 Bài 21
- Giải bài tập Vật lý 12 Chương 4 Bài 22
- Giải bài tập Vật lý 12 Chương 4 Bài 23
Trên đây là tài liệu Ôn tập Vật lý 12 Chương 4 Dao Động Và Sóng Điện Từ. Hy vọng rằng tài liệu này sẽ giúp các em ôn tập tốt và hệ thống lại kiến thức Chương 4 hiệu quả hơn. Để thi online và tải file đề thi về máy các em vui lòng đăng nhập vào trang hoc247.net và ấn chọn chức năng "Thi Online" hoặc "Tải về". Ngoài ra, các em còn có thể chia sẻ lên Facebook để giới thiệu bạn bè cùng vào học, tích lũy thêm điểm HP và có cơ hội nhận thêm nhiều phần quà có giá trị từ HỌC247 !