- ĐT: 01689.996.187 http://lophocthem.com - vuhoangbg@gmail.com
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI ĐẠI HỌC VẬT LÝ CHUYÊN ĐỀ 5
- DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ
1
VŨ ĐÌNH HOÀNG
http://lophocthem.com
ĐT: 01689.996.187 – Email: vuhoangbg@gmail.com
Họ và tên:......................................................................................
Lớp:.......................Trường...........................................................
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC, LUYỆN THI VÀO ĐẠI HỌC
.
Thái Nguyên 2013
- ĐT: 01689.996.187 http://lophocthem.com - vuhoangbg@gmail.com
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI ĐẠI HỌC VẬT LÝ CHUYÊN ĐỀ 5
- DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ
2
MỤC LỤC
PHẦN I: KIẾN THỨC CHUNG ............................................................................................. 3
PHẦN II. PHÂN DẠNG BÀI TẬP .......................................................................................... 7
DẠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ MẠCH DAO ĐỘNG .............................................................. 7
DẠNG 2: BÀI TOÁN LIÊN QUAN NĂNG LƯỢNG ĐIỆN TỪ TRƯỜNG. .................... 13
DẠNG 3: VIẾT BIỂU THỨC q, u,i ................................................................................... 19
DẠNG 4: ĐIỆN TỪ TRƯỜNG – SỰ THU PHÁT, TRUYỀN SÓNG ĐIỆN TỪ .............. 21
KIẾN THỨC CHUNG ................................................................................................... 21
PHƯƠNG PHÁP ............................................................................................................ 25
VÍ DỤ MINH HỌA ........................................................................................................ 25
DẠNG 5: BÀI TOÁN BIỆN LUẬN- TỤ CÓ ĐIỆN DUNG THAY ĐỔI (TỤ XOAY) .... 30
PHẦN III. ĐỀ TRẮC NGHIỆM TỔNG HỢP ...................................................................... 32
ĐÁP ÁN ĐỀ 25 .............................................................................................................. 37
ĐÁP ÁN ĐỀ 26 .............................................................................................................. 42
ĐÁP ÁN ĐỀ 27 .............................................................................................................. 47
SÓNG ĐIỆN TỪ ĐỀ THI ĐAI HỌC + CAO ĐẲNG CÁC NĂM 2007 -2012 .................. 48
ĐÁP ÁN: SÓNG ĐIỆN TỪ ĐH, CĐ 2007-2012 ............................................................ 57
- ĐT: 01689.996.187 http://lophocthem.com - vuhoangbg@gmail.com
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI ĐẠI HỌC VẬT LÝ CHUYÊN ĐỀ 5
- DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ
3
PHẦN I: KIẾN THỨC CHUNG
Mạch dao động điện từ - Năng lượng của mạch dao động
1. Mạch dao động điện từ LC
• Gồm một tụ điện mắc nối tiếp với một
cuộn cảm thành mạch kín.
• Nếu r rất nhỏ (≈ 0): mạch dao động lí
tưởng.
• Muốn mạch hoạt động → tích điện cho tụ điện rồi cho nó phóng điện tạo ra
một dòng điện xoay chiều trong mạch.
• Người ta sử dụng hiệu điện thế xoay chiều được tạo ra giữa hai bản của tụ điện
bằng cách nối hai bản này với mạch ngoài.
2. Sự biến thiên điện tích và dòng điện trong mạch dao động điện từ LC
a. Khảo sát mạch LC
Xét mạch dao động LC như hình vẽ
• Ban đầu khóa K ở chốt A, nguồn tích điện cho tụ điện, điện tích q của tụ tăng
từ 0 đến giá trị cực đại Q
0
, tụ điện ngừng tích điện.
• Chuyển khóa K sang chốt B tạo thành mạch kín giữa L và C gọi là mạch dao
động, tụ điện phóng điện và có dòng điện qua cuộn cảm.
• Xét khoảng thời gian ∆t vô cùng nhỏ thì dòng điện trong mạch thỏa mãn
i = q’ Trong cuộn dây có từ thông biến thiên làm phát sinh suất điện động tự
cảm
e = -Li' = -Lq' , (1)
Cuộn cảm đóng vai trò như một máy thu, theo định luật Ôm đối với đoạn mạch
chứa máy thu ta được , mà R = 0 nên u = e , (2)
Từ (1) và (2) suy ra
MẠCH DAO ĐỘNG. DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ
- ĐT: 01689.996.187 http://lophocthem.com - vuhoangbg@gmail.com
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI ĐẠI HỌC VẬT LÝ CHUYÊN ĐỀ 5
- DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ
4
Đặt
Vậy điện tích trong mạch dao động LC là một hàm biến thiên điều hòa theo thời
gian t.
Do i = q’ nên , với
* Nhận xét :
- Do i và q đều là các hàm biến thiên điều hòa theo thời gian t nên dao động
trong mạch LC được gọi là dao động điều hòa
- Từ biểu thức của i và q ta thấy i nhanh pha hơn q một góc hay
- Áp dụng công thức tính hiệu điện thế ta cũng có thể viết được biểu thức
của hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện như sau: với
b. Chu kỳ và tần số dao động riêng của mạch LC
Ta có:
• Chu kỳ dao động riêng của mạch LC là:
• Tần số dao động riêng của mạch LC là:
* KẾT LUẬN:
Với dao động của mạch dao động LC ta cần nhớ:
- Các biểu thức của điện tích, dòng điện và hiệu điện thế:
- Quan hệ về pha : q và u cùng pha và cùng chậm pha hơn i góc
- Các mối quan hệ về biên độ:
- Các công thức về chu kỳ, tần số riêng:
* Chú ý :
• Trong công thức tính tần số góc, tần số và chu kì dao động riêng của mạch LC
thì C là điện dung của bộ tụ điện.
- Nếu bộ tụ gồm C
1
, C
2
, C
3
,... mắc nối tiếp, điện dung của bộ tụ tính bởi
- ĐT: 01689.996.187 http://lophocthem.com - vuhoangbg@gmail.com
BỒI DƯỠNG KIẾN THỨC – LUYỆN THI ĐẠI HỌC VẬT LÝ CHUYÊN ĐỀ 5
- DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ
5
, khi đó:
- Nếu bộ tụ gồm C
1
, C
2
, C
3
,... mắc song song, điện dung của bộ tụ là C = C
1
+ C
2
+ C
3
+..., khi đó:
TÓM TẮT CÔNG THỨC
1. Dao động điện từ
* Điện tích tức thời q = q
0
cos(ωt + ϕ)
* Hiệu điện thế (điện áp) tức thời
0
0
os( ) os( )
q
q
u c t U c t
C C
ω ϕ ω ϕ
= = + = +
* Dòng điện tức thời i = q’ = -ωq
0
sin(ωt + ϕ) = I
0
cos(ωt + ϕ +
2
π
)
* Cảm ứng từ:
0
os( )
B B c t
π
ω ϕ
= + +
Trong đó:
1
LC
ω
=
là tần số góc riêng ;
2
T LC
π
=
là chu kỳ riêng;
1
2
f
LC
π
=
là
tần số riêng
0
0 0
q
I q
LC
ω
= =
;
0 0
0 0 0
q I
L
U LI I
C C C
ω
ω
= = = =
* Năng lượng điện trường:
2
2
đ
1 1
W
2 2 2
q
Cu qu
C
= = =
hoặc
22
0
đ
W os ( )
2
qc t
C
ω ϕ
= +
* Năng lượng từ trường:
2
2 2
0
1
W sin ( )
2 2
t
q
Li t
C
ω ϕ
= = +
* Năng lượng điện từ:
đ
W=W W
t
+
2
2 2
0
0 0 0 0
1 1 1
W
2 2 2 2
q
CU q U LI
C
= = = =
Chú ý: + Mạch dao động có tần số góc ω, tần số f và chu kỳ T thì W
đ
và W
t
biến
thiên với tần số góc 2ω, tần số 2f và chu kỳ T/2
+ Mạch dao động có điện trở thuần R ≠ 0 thì dao động sẽ tắt dần. Để duy trì
dao động cần cung
cấp cho mạch một năng lượng có công suất:
2 2 2 2
20 0
2 2
C U U RC
I R R
L
ω
= = =
P
+ Khi tụ phóng điện thì q và u giảm và ngược lại
+ Quy ước: q > 0 ứng với bản tụ ta xét tích điện dương thì i > 0 ứng với dòng điện
chạy đến bản tụ mà ta xét.
2. Phương trình độc lập với thời gian:
ω ω ω ω
+ = + = + =
2 2 2 2
2 2 2 2 2 2
0 0 0
2 2 4 2 2
; ;
i u i i
q Q Q u C Q
L