Bài giảng Dao động điện từ. Sóng điện từ

. 6 Ví dụ 4:Mạch dao động LC lí tưởng thực hiện dao động điện từ. Hãy xác định 3  khoảng thời gian, giữa hai lần liên tiếp, 4 4 năng lượng điện trường trên tụ điện bằng năng lượng từ trường trong cuộn dây. ~~~~~~~ O q -Q0 2 2 Q0 Khi năng lượng điện trường trên tụ bằng  Q Q 0 2 0 2 năng lượng từ trường trong cuộn dây, ta có  1 3  E =Et = E hay  đ 2 4 4 2 2 1 q 1 1Q0  2 =   q = ±Q0 2 C 2 2 C  2 2 Với hai vị trí li độ q  Q trên trục Oq, tương ứng với 4 vị trí trên đường tròn, các 0 2  vị trí này cách đều nhau bởi các cung . 2 Có nghĩa là, sau hai lần liên tiếp Eđ = Et, pha dao động đã biến thiên được một lượng π 2π T là =  2 4 4 π (Pha dao động biến thiên được 2 sau thời gian một chu kì T) T Tóm lại, cứ sau thời gian năng lượng điện lại bằng năng lượng từ. 4 * Bài tập áp dụng Câu 1: Một tụ điện có điện dung 4mF được tích điện đến một hiệu điện thế xác định . Sau đó người ta nối hai bản của tụ điện với hai đầu của một cuộn dây có độ tự cảm L = 0,01H, điện trở thuần của cuộn dây và của dây nối không đáng kể. Tính thời gian ngắn nhất kể từ lúc nối thì điện tích của tụ điện chỉ còn một nửa giá trị ban đầu ( π2  10 ). Tài liệu ôn thi môn vật lý Lê Đức Hạnh – ĐT: 0373761405 28 Vật lí – Dao động điện từ Bỉm Sơn 8/2/2009 1 1 1 1 A. s. B. s. C. s. D. s. 300 360 150 240 3 Câu 2: Mạch dao động LC dao động điều hoà với tần số góc ω 7.10 rad/s . Tại thời điểm ban đầu điện tích của tụ đạt giá trị cực đại.Thời gian ngắn nhất kể từ thời điểm ban đầu để năng lượng điện trường bằng năng lượng từ trường là : A. 1,008.10-4 s. B. 1,008.10-3 s. C. 1,12.10-3 s. D. 1,12.10-4 s. * Hướng dẫn giải Câu 1: C Tại thời điểm ban đầu (t0 = 0) q = Q0 . Thời gian ngắn nhất kể từ lúc nối thì điện tích π/3 π/3 1 của tụ điện chỉ còn một nửa giá trị ban đầu: t = = = s ω 50 150 Đáp án D Câu 2: D 2 Eđ = Et  q  Q 0 2 Tại thời điểm ban đầu (t0 = 0) q = Q0 . Tại thời điểm t năng lượng điện trường bằng năng lượng từ trường lần π/4 π/4 -4 đầu tiên là: t = = = 1,12.10 s ω 7.103 Đáp án D ÔN TẬP μF Câu 1:Dùng một tụ điện 10 để lắp một bộ chọn sóng sao cho có thể thu được các sóng điện từ trong một giải tần số từ 400 Hz đến 500 Hz phải dùng cuộn cảm có thể biến đổi trong phạm vi: A. 1 mH đến 1,6 mH. B. 10 mH đến 16 mH. Tài liệu ôn thi môn vật lý Lê Đức Hạnh – ĐT: 0373761405 29 Vật lí – Dao động điện từ Bỉm Sơn 8/2/2009 C. 8 mH đến 16 mH. D. 1 mH đến 16 mH Câu 2:Để tần số dao động riêng của mạch dao động LC tăng lên 4 lần ta cần A. Giảm độ tự lảm L còn 1/4 lần. B. Tăng điện dung C gấp 4 lần. C. Giảm độ tự cảm L còn 1/16 lần. D. Giảm độ tự cảm L còn 1/2 lần. Câu 3:Khi sóng điện từ truyền lan trong không gian thì vec tơ cường độ điện trường và vec tơ cảm ứng từ có phương: A. Song song với nhau. B. Song song với phương truyền sóng. C. Vuông góc với nhau. D. Vuông góc với nhau và song song với phương truyền sóng. Câu 4:Tần số của một sóng điện từ có cùng bước sóng với một sóng siêu âm trong không khí có tần số có giá trị vào khoảng là: (Biết vận tốc truyền âm trong không khí là 330 m/s): A. 105 Hz. B. 107 Hz. C. 109 Hz. D. 1011 Hz. Câu 5:Một mạch dao động điện từ gồm một cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L và hai tụ điện C1 và C2 . Khi mắc cuộn dây riêng với từng tụ C1, C 2 thì chu kì dao động của mạch tương ứng là T1 = 3ms và T1 = 4ms . Chu kì dao động của mạch khi mắc đồng thời cuộn dây với C1song song C2 là: A. 5ms. B. 7ms. C. 10ms. D. Một giá trị khác. 10-3 Câu 6:Một mạch dao động LC có cuộn thuần cảm có độ tự cảm L= H và tụ điện có π 1 điện dung C= nF . Bước sóng điện từ mà mạch đó có thể phát ra là: π A. 6m B. 60m C. 600m D. 6km μH Câu 7:Một mạch dao động LC gồm cuộn thuần cảm có độ tự cảm L= 640 và một tụ điện có điện dung C biến thiên từ 36 pF đến 225 pF. Lấy . Chu kì dao động riêng của mạch có thể biến thiên từ: A. 960ms – 2400 ms. B. 960 μs - 2400 μs . C. 960 ns – 2400 ns. D. 960 ps – 2400 ps Tài liệu ôn thi môn vật lý Lê Đức Hạnh – ĐT: 0373761405 30 Vật lí – Dao động điện từ Bỉm Sơn 8/2/2009 2 Câu 8: Mạch dao động của một máy thu vô tuyến có điện dung C= nF . Tần số dao π động riêng của mạch từ 1kHz đến 1MHz. Độ tự cảm của mạch có giá trị khoảng. 1,25 12,5 12,5 125 A. Từ L= H đến L= H . B. Từ L= H đến L= H . π π π π μH 125 125 125 125 C. Từ L= đến L= H . D. Từ L= m H đến L= H . π π π π 1 Câu 9: Một mạch dao động LC gồm cuộn thuần cảm có độ tự cảm L= H và một tụ π điện có điện dung C. Tần số dao động riêng của mạch là 1MHz. Giá trị của C bằng: π π π π 1 1 1 1 F mF F pF A. 4 . B. 4 . C. 4 μ . D. 4 Câu 10: Chọn phát biểu sai về điện từ trường: A. Khi một từ trường biến thiên theo thời gian thì nó sinh ra một điện trường cảm ứng mà tự nó tồn tại trong không gian. B. Khi một từ trường biến thiên theo thời gian thì nó sinh ra một điện trường xoáy. C. Khi một từ trường biến thiên theo thời gian thì nó sinh ra một điện trường mà chỉ có thể tồn tại trong dây dẫn. D. Một điện trường mà các đường sức là những đường khép kín bao quanh các đường cảm ứng từ. Câu 11:Chọn phát biểu đúng khi nói về năng lượng trong mạch dao động : A. Năng lượng trong mạch dao động LC là một đại lượng biến đổi tuyến tính theo thời gian. B. Năng lượng trong mạch dao động LC là một đại lượng biến đổi điều hoà với tần số 1 góc ω = LC C. Năng lượng trong mạch dao động LC là một đại lượng được mô tả bằng một định luật dạng sin. D. Năng lượng trong mạch dao động LC là một đại lượng không đổi và tỉ lệ bình phương với tần số riêng của mạch. Câu 12:Một mạch dao động gồm một cuộn dây có độ từ cảm L và một tụ điện có điện dung C và điện trở R. Để duy trì một hiệu điện thế cực đại U0 trên tụ điện, phải cung cấp cho mạch một công suất trung bình P. Tìm điện trở của cuộn dây? Tài liệu ôn thi môn vật lý Lê Đức Hạnh – ĐT: 0373761405 31 Vật lí – Dao động điện từ Bỉm Sơn 8/2/2009 2 2 2PL 2U L 2P2 L U L A. R = B. R = 0 C. R = D. R = 0 U2 C PC U2 C 2PC 0 0 Câu 13: Khung dao động gồm cuộn dây L và 2 tụ C1 và C2, khi C1 mắc song song với C2 thì tần số trong khung f=24kHz, khi C1 mắc nối tiếp C2 thì tần số trong khung f'=50kHz. Nếu mắc riêng C1 hay C2 với L thì khung thu được sóng điện từ có bước sóng bao nhiêu? A. 500m và 750m B. 7500m và 10000m C. 5000m và 7500m D. 5000m và 10000m Câu 14: Cho mạch dao động điện từ LC. Nếu dùng tụ C1 thì tần số riêng trong khung là 30kHz, nếu dùng tụ C2 thì tần số riêng trong khung là 40kHz.Tính tần số riêng trong khung khi hai tụ ghép nối tiếp. A. 40kHz B. 50kHz C. 60kHz D. 70kHz Câu 15: Mạch điện dao động gồm tụ điện C và cuộn thuần cảm L, thu được sóng có bước sóng là cm. Để thu được sóng có bước sóng cm thì phải mắc song song với tụ điện C một tụ C' có giá trị bằng bao nhiêu lần C? A. C'=3C. B. C'=1/4C. C. C'=4C. D. C'=1/3C. μF Câu 16: Một mạch dao động LC lí tưởng có C = 5 , L = 50mH. Hiệu điện thế cực đại trên tụ là U0 = 6V . Khi hiệu điện thế trên tụ là u = 4V thì độ lớn của cường độ dòng điện trong mạch là : A. 44,7A B. 2mA C. 44,7mA D. 2A Câu 17: Một mạch dao động LC có điện trở thuần rất nhỏ , cứ sau thì năng lượng điện trường và năng lượng từ trường bằng nhau. Tần số dao động của mạch là : A. 0,25MHz B. 0,2MHz C. 0,35MHz D. 0,3MHz μF Câu 18: Mạch dao động LC có L= 0,25H; C = 20 , điện trở của mạch rất nhỏ. Tại thời điểm ban đầu điện tích ở tụ điện có giá trị cực đại . Sau bao lâu tụ phóng hết điện tích lần đầu tiên. A. 2.10-3s B. 2,4.10-3s C. 3,5.10-3s D. 1,6.10-3s μH; C = 5nF Câu 19: Mạch dao động điện từ có L= 4,05 . Để thu được sóng điện từ có bước sóng , người ta ghép thêm vào mạch một tụ . Phải ghép như thế nào và giá trị của là bao nhiêu : Tài liệu ôn thi môn vật lý Lê Đức Hạnh – ĐT: 0373761405 32 Vật lí – Dao động điện từ Bỉm Sơn 8/2/2009 C = 2,42nF C = 1,25nF A. Ghép nối tiếp ; x B. Ghép song song ; x C = 1,25nF C = 2,42nF C. Ghép nối tiếp ; x D. Ghép song song; x Câu 20: Trong sự tương tự giữa dao động điện từ tự do và dao động của con lắc lò xo : Điện tích q, cường độ dòng điện i, năng lượng điện trường, năng lượng từ trường, theo thứ tự tương ứng với : A. Vận tốc, li độ, thế năng, động năng B. Li độ, vận tốc, thế năng, động năng C. vận tốc, li độ, động năng, thế năng D. Li độ, vận tốc, động năng, thế năng Câu 21: Mạch chọn sóng của một máy thu vô tuyến điện gồm một tụ C = 80 pF và một cuộn dây thuần cảm , mạch thu được sóng điện từ có bước sóng 160m, với dòng điện cực đại trong mạch là 5mA. Hiệu điện thế cực đại giữa hai bản tụ là : A. 4,5V B. 3,6V C. 5,3V D. 2,5V Câu 22:Một mạch dao động điện từ có điện dung của tụ điện là C=120nF. Khi mạch dao động điện từ, hiệu điện thế cực đại của tụ điện là 4V. Khi hiệu điện thế ở tụ là 2,5V thì năng lượng từ trường trong mạch là : A. 5,85.10-7J B. 9,85.10-7J C. 6,85.10-7J D. 7,85.10-7J Câu 23: Mạch dao động gồm cuộn dây có độ tự cảm L, điện trở thuần R=0, tụ điện có điện dung C = 1,25.106 F .Dao động điện từ trong mạch có tần số góc ω = 4000rad/s . Cường độ dòng điện cực đại trong mạch là I0 = 40mA . Năng lượng trong mạch dao động là : -5 A. 4.10-6J B. 4.10 J C. 6.10-5J D. 4.10-6J Câu 24: Mạch dao động chọn sóng của máy thu thanh gồm cuộn dây có hệ số tự cảm L = 2,9.106 H . và một tụ điện có điện dung C=490pF. Để mạch dao động trên bắt được sóng có bước sóng 50m thì ta phải ghép thêm tụ C' ra sao : A. Ghép C'=240pF song song với C B. Ghép C'=480pF song song với C C. Ghép C'=240pF nối tiếp với C D. Ghép C'=480pF nối tiếp với C Câu 25:Trong mạch dao động LC lí tưởng, hiệu điện thế trên 2 bản tụ là u = V. Điện dung tụ điện C = 0,4.106 F . Biểu thức cường độ dòng điện trong mạch là: Tài liệu ôn thi môn vật lý Lê Đức Hạnh – ĐT: 0373761405 33 Vật lí – Dao động điện từ Bỉm Sơn 8/2/2009 i = 2.102 sin(10 4 t + π ) A i = 2 .sin(104 t + π ) A A. 2 B. 2 i = 2.102 cos(10 4 t + π ) A i = 0,2cos(104 t) A C. 2 D. Câu 26: Một mạch dao động gồm tụ điện có điện dung 36pF và một cuộn cảm có độ tự cảm 0,1mH . Tại thời điểm ban đầu , cường độ dòng điện trong mạch có giá trị cực đại là 50mA. Biểu thức cường độ dòng điện trong mạch là : 108 108 i = 0,15 sin( t + π ) A i = 0,05 sin( t + π ) A A. 6 2 B. 6 2 108 108 i = 0,05 sin( t) A i = 0,15 sin( t) A C. 6 D. 6 Câu 27: Mạch dao động điện từ LC có L = 10 mH được cung cấp năng lượng để dao động tự do. Tại thời điểm mà năng lượng từ trường bằng năng lượng điện trường thì cường độ dòng điện trong mạch là: A. 0,2 A B. 0,02 A C. 0,1A D. 0,01 A Câu 28: Một mạch dao động gồm cuộn dây có độ tự cảm 0,2H và tụ điện có điện dung C = 10.μ F thực hiện dao động điện từ tự do. Biết cường độ cực đại trong khung là I0 = 0,012A . Khi cường độ dòng điện tức thời i = 0,01A thì hiệu điện thế cực đại và hiệu điện thế tức thời giữa hai bản tụ điện là: A. U0 = 1,7 V; u = 0,94 V B. U0 = 5,4 V; u = 20 V C. U0 = 1,7 V; u = 20 V D. U0 = 5,4 V; u = 0,94 V Câu 29: Phát biểu nào sau đây sai khi nói về dao động điện từ trong mạch dao động? A. Năng lượng từ trường và năng lượng điện trường cùng biến thiên tuần hoàn theo một tần số chung. B. Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường biến thiên điều hòa cùng tần số và cùng pha. C. Năng lượng trong mạch dao động gồm năng lượng điện trường tập trung ở tụ điện và năng lượng từ trường tập trung ở cuộn cảm. π LC 1 D. Tần số dao động f = chỉ phụ thuộc vào đặc tính của mạch dao động 2 Tài liệu ôn thi môn vật lý Lê Đức Hạnh – ĐT: 0373761405 34 Vật lí – Dao động điện từ Bỉm Sơn 8/2/2009 Câu 30: Một tụ điện có điện dung C = 10.μ F được tích đến một hiệu điện thế xác định. Sau đó nối hai bản tụ điện vào 2 đầu một cuộn thuần cảm có độ tự cảm . Bỏ qua điện trở các dây nối. Lấy . Sau khoảng thời gian ngắn nhất là bao nhiêu (kể từ lúc nối), điện tích trên tụ điện bằng một nửa giá trị ban đầu? 3 1 1 1 A. s B. s C. s D. s 400 300 1200 600 Hướng dẫn giải và đáp án Câu 1: B Mà ZC = ZL nên ta có: Đáp án B Câu 2: C Tần số dao động riêng của mạch: Tăng f lên 4 lần: Vậy ta phải giảm độ tự cảm L còn 1\16 lần. Đáp án C Câu 3: C Câu 4: D Tài liệu ôn thi môn vật lý Lê Đức Hạnh – ĐT: 0373761405 35 Vật lí – Dao động điện từ Bỉm Sơn 8/2/2009 v c Bước sóng của sóng siêu âm và sóng điện từ lần lượt là: λ1= ; λ 2 = f1 f 2 v c f1 c 11 mà λ1= λ 2 =  f 2 =  10 Hz f1 f 2 v 11 Vậy tần số của sóng điện từ là 10 Hz đáp án D Câu 5: A Đáp án A Câu 6: C Đáp án C Câu 7: C Đáp án C Câu 8: C π . 10 1 + Với f = 1kHz thì L = = 125H 2.10-9 2 4 2 3 π   π . 10 μH 1 125.10-6 125 + Với f = 1MHz: thì L = =  2.10-9 2 π π 4 2 6 π   Đáp án C Câu 9: D Tần số riêng của mạch : Tài liệu ôn thi môn vật lý Lê Đức Hạnh – ĐT: 0373761405 36 Vật lí – Dao động điện từ Bỉm Sơn 8/2/2009 π . 10 1 10-12 1  C = = F = p F 1 2 4 2 6 4π 4π π   Ta chọn đáp án D. Câu 10: C Câu 11: D Câu 12: A 1 1 Ta có : E E + E = CU2 = LI 2 đ t 20 2 0 U C I  0 (1) 2 L p Lại có R = (2) I2 p 2pL Thay (1) vào (2) ta được R = 2 2  U0C U 0 C 2 L ---> Chọn A Câu 13: B 2 2 1 1 1 2 f1 f 2 2 Khi mắc song song C C1  C 2 2= 2 + 2  f = 2 2 = 24 1. f f1 f 2 f 1 + f 2 1 1 1 2 2 2 2 Khi mắc nối tiếp = + f= f1 + f 2 = 50 2. C C1 C 2 3.108 Từ 1 và 2 => f = 40kHz  C   7500m 1 1 40.103 3.108 f = 30kHz  C   1000m 2 1 30.103 Đáp án B Câu 14: B Tần số của mạch khi mắc tụ C1 là: Tài liệu ôn thi môn vật lý Lê Đức Hạnh – ĐT: 0373761405 37 Vật lí – Dao động điện từ Bỉm Sơn 8/2/2009 Tần số của mạch khi mắc tụ C2 là: Khi mắc nối tiếp 2 tụ, điện dung của hệ tụ là: Tần số của mạch khi đó là: 2 2 2 f =f1 +f 2 = 50Hz Chọn B Câu 15: A Khi chưa mắc C', bước sóng được tính theo công thức: cm Sau khi mắc C' song song với C, bước sóng được tính theo công thức: cm Suy ra C'=3C Chọn A Câu 16: C Năng lượng điện từ của mạch Khi hiệu điện thế trên tụ là u=4V, năng lượng điện trường của mạch là Suy ra năng lượng từ trường của mạch là Chọn C Câu 17: A Tài liệu ôn thi môn vật lý Lê Đức Hạnh – ĐT: 0373761405 38 Vật lí – Dao động điện từ Bỉm Sơn 8/2/2009 T Sau khoảng thời gian thì năng lượng điện trường và năng lượng từ trường bằng nhau 4 -6 , do đó chu kỳ dao động : T =4.10 s 1 1 Tần số : f  =250000Hz = 0,25MHz T 4.10-6 Chọn đáp án A. Câu 18: C Chu kỳ dao động của mạch : 1 0.014 Tụ phóng hết điện tích lần đầu tiên hết chu kỳ hay = 3,5.10-3s 4 4 Chọn đáp án C. Câu 19: C Điện dung của bộ tụ sau khi ghép : Ta thấy , do đó phải ghép C và Cx song song với nhau. Chọn đáp án C. Câu 20: B Câu 21: C Bước sóng mà máy thu được : Năng lượng điện từ : Chọn đáp án C. Câu 22: A Năng lượng khi điện tích trên tụ cực đại : Tài liệu ôn thi môn vật lý Lê Đức Hạnh – ĐT: 0373761405 39 Vật lí – Dao động điện từ Bỉm Sơn 8/2/2009 Năng lượng tại thời điểm tức thời : Theo định luật bảo toàn năng lượng : Chọn đáp án A. Câu 23: B ω 1 1 ω = L= LC ω2C 1 I2 (40.10-3) 2  E = LI2  0 = = 4.10-5 J 20 2 2C 2.40002.1,25.10-6 Đáp án B Câu 24: D Nhận thấy Cghep < C mắc nối tiếp và ta có: Đáp án đúng là D Câu 25: A Ta có: π Mà i sớm pha so với u nên 2 Đáp án A Câu 26: B Tần số góc của dao động : Tài liệu ôn thi môn vật lý Lê Đức Hạnh – ĐT: 0373761405 40 Vật lí – Dao động điện từ Bỉm Sơn 8/2/2009 π Lúc đầu cường độ dòng điện cực đại nên pha ban đầu :  = 2 Phương trình : Đáp án B Câu 27: B Năng lượng của mạch bằng năng lượng từ cực đại Khi năng lượng từ trường bằng nằn lượng điện trường Từ đó suy ra Đáp án đúng là B Câu 28: A Ta có năng lượng của mạch dao động là : Tại mọi thời điểm, năng lượng được bảo toàn nên ta có Vậy đáp án đúng là A Câu 29: B Câu 30: B Tài liệu ôn thi môn vật lý Lê Đức Hạnh – ĐT: 0373761405 41