Giáo án Ôn tập vật lý 12 - Chương dao động điện từ, sóng điện từ

Chương Dao động điện từ, sóng điện từ.
C
L
E
+
-
q
I. Hệ thống kiến thức trong chương
1. Mạch dao động, dao động điện từ:
+Mạch dao động là mạch điện gồm tụ điện có điện dung C mắc với cuộn cảm có hệ số tự cảm L.
Mach lí tưởng khi điện trở thuần của mạch bằng 0.
+ Dao động điện từ điều hòa xảy ra trong mạch LC sau khi tụ điện được tích một điện lượng q0 và không có tác dụng điện từ bên ngoài lên mạch. Đó là dao động điện từ tự do với tần số .
Biến thiờn điện tớch và dũng điện : 
+ Biểu thức của dao động điện từ tự do trong mạch là: 	
i = q’ = - wQ0sin(ωt + φ) = I0cos(wt + j + p/2), I0 = w.Q0; u = U0cos(ωt + φ), U0 = Q0/C. *Dũng điện qua L biến thiờn điều hũa sớm pha hơn điện tớch trờn tụ điện C gúc *. Pha ban đầu : Tỡm bằng cỏch giải hệ phương trỡnh 
. Phương trỡnh độc lập với thời gian:
II. Năng lượng điện từ :
	Tổng năg lượng điện trường trờn tụ điện và năng lượng tử trường trờn cuộn cảm gọi là năng lượng điện từ
 + Năng lượng điện trường 
 - Năng lượng điện trường tập trung ở tụ điện: wđ =.
 + Năng lượng từ trường 
- Năng lượng từ trường tập trung ở cuộn cảm: wt = .
 + Năng lượng điện từ trường = const
-Trong quá trình dao động điện từ có sự chuyển hoá qua lại giữa năng lượng điện và năng lượng từ của mạch, tần số dao động là w’ = 2w. Tổng của chúng, là năng lượng toàn phần của mạch, có giá trị không đổi.
* Lưu ý: 
 + Năng lượng điện từ trường khụng đổi.
 + Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường biến thiờn tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ T/2, tần số 2f.
+ Cứ sau thời gian năng lượng điện lại bằng năng lượng từ.
 + Hệ thức liờn hệ 
 +Dao động của R,L,C là dao động cưỡng bức với “lực cưỡng bức” là hiệu điện thế UAB. Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi ZL=ZC.
 + Cụng suất cần cung cấp để mạch khụng bi tắt dần bằng cụng suất tỏa nhiệt: + Trong mạch RLC có sự toả nhiệt do hiệu ứng Jun - Lenxơ nên năng lượng toàn phần giảm theo thời gian, biên độ dao động cũng giảm theo và dao động tắt dần. Nếu điện trở R của mạch nhỏ, thì dao động coi gần đúng là tuần hoàn với tần số góc .
Nếu bằng một cơ chế thích hợp đưa thêm năng lượng vào mạch trong từng chu kỳ, bù lại được năng lượng tiêu hao, thì dao động của mạch được duy trì.
Đ Năng lượng mạch dao động:
 Năng lượng điện trường: 
 Năng lượng điện trường cực đại: 
 Năng lượng từ trường: Năng lượng từ trường cực đại: 
 Năng lượng điện từ: W = WC + WL 	 	 
 Đ Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường biến thiờn điều hũa với tần số gấp đụi của dũng điện và điện tớch: 2f; 2w.; và với chu kỳ bằng một nữa chu kỳ của dũng điệnT/2
III. ĐIỆN TỪ TRƯỜNG
I. Mối quan hệ giữa điện trường và từ trường :
Giả thuyết Mắc xoen về điện từ trường:
Mỗi biến thiên theo thời gian của từ trường, đều sinh ra trong không gian xung quanh một điện trường xoáy biến thiên theo thời gian, và ngược lại, mỗi biến thiên theo thời gian của một điện trường cũng sinh ra một từ trường biến thiên theo thời gian trong không gian xung quanh.
Từ trường và điện trường biến thiên theo thời gian và không tồn tại riêng biệt, độc lập với nhau, mà chỉ là biểu hiện của một trường tổng quát, duy nhất, gọi là điện từ trường.
Điện từ trường là một dạng vật chất đặc biệt tồn tại trong tự nhiên.
- Nếu tại một nơi cú một từ trường biến thiờn theo thời gian thỡ tại nơi đú xuất hiện một điện trường xoỏy - Nếu tại một nơi cú một điện trường biến thiờn theo thời gian thỡ tại nơi đú xuất hiện một từ trường xoỏy
- Dũng điện dịch: Điện trường biến thiờn theo thời gian làm xuất hiện một từ trường xoỏy. Điện trường này tương đương như một dũng điện gọi là dũng điện dịch.
2. Điện từ trường :
	Điện trường biến thiờn và từ trường biến thiờn liờn quan mật thiết với nhau và là hai thành phần của một trường thống nhất gọi là điện từ trường 
 Trong điện từ trường : + E,B biến thiờn điều hoà cựng tần số và cựng pha
	 + vuụng gúc
IV. SểNG ĐIỆN TỪ
1. Định nghĩa : + Quá trình lan truyền trong không gian của điện từ trường biến thiên tuần hoàn là một quá trình sóng, sóng đó được gọi là sóng điện từ. 
2. Đặc điểm súng điện từ :
+ Sóng điện từ truyền cả trong chân không, trong chân không có vận tốc c = 300 000km/s = = 3.108 m/s ; sóng điện từ mang năng lượng tỉ lệ với luỹ thừa bậc 4 của tần số; là sóng); 
- Súng điện từ là súng ngang. ngang (các véctơvàvuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng
- Dao động của điện trường và từ trường tại 1 điểm luụn đồng pha
- Súng điện từ có đầy đủ tính chất như sóng cơ học: phản xạ, khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ...
- Súng điện từ mang năng lượng tỉ lệ với luỹ thừa bậc 4 của tần số;
	Súng điện từ bước súng từ vài m đến vài km dựng trong thụng tin vụ tuyến gọi là súng vụ tuyến.
3. Sự truyền súng vụ tuyến trong khớ quyển :
Cỏc phõn tử khụng khớ hấp thụ mạnh súng dài, súng trung, súng cực ngắn tuy nhiờn cố một số vựng súng ngắn ớt bị hấp thụ.
	Súng ngắn phản xạ tốt trờn tầng điện li
Thang súng điện từ 
Tờn súng
Bước súng
Đặc tớnh
Súng dài
> 3000m
 Bị tầng điện li phản xạ, dựng trong thụng tin truyền thanh truyền hỡnh trờn mặt đất, thụng tin dưới nước
Súng trung
200m – 3000m
 Bị tầng điện li phản xạ, dựng trong thụng tin truyền thanh truyền hỡnh trờn mặt đất
Súng ngắn 1
50m – 200m
Bị tầng điện li phản xạ, dựng trong thụng tin truyền thanh truyền hỡnh trờn mặt đất
Súng ngắn 2
10m – 50m
Bị tầng điện li phản xạ, dựng trong thụng tin truyền thanh truyền hỡnh trờn mặt đất
Súng cực ngắn
0,01m – 10m
Khụng bị phản xạ ở tầng điện li, truyền thụng qua vệ tinh
Sóng vô tuyến điện được sử dụng trong thông tin liên lạc. 
Sóng dài ít bị nước hấp thụ nên thông tin dưới nước.
Sóng trung ban ngày tầng điện li hấp thụ, ban đễm phản xạ, nên ban đềm truyền đi được xa trên mặt đất.
Sóng ngắn có năng lượng lớn và được tầng điện li và mắt đất phản xạ nhiều lần nên truyền đi rất xa trên mắt đất.
Sóng cực ngắn có năng lượng lớn, không bị tầng điện li hấp thụ mà truyền thẳng. Dùng để VTTH và thông tin trong vũ trụ.
4. Sự thu và phát sóng điện từ: ở đài phát thanh, dao động cao tần duy trì được trộn với dao động điện tương ứng mà các thông tin cần truyền đi (âm thanh, hình ảnh) được chuyển đổi thành dao động điện tương ứng. được trộn với dao động âm tần gọi là biến điệu (biên độ hoặc tần số) dao cao tần đã được biến điệu sẽ được khuyếch đại và phát ra từ ăng ten dưới dạng sóng điện từ. 
ở máy thu thanh, nhờ có ăng ten thu sóng điện từ được anten hấp thụ, qua mạch lọc LC (chọn sóng) sẽ thu được dao động cao tần đã được biến điệu, và sau đó dao động âm tần lại được tách ra khỏi dao động cao tần biến điệu nhờ quá trình tách sóng, rồi đưa ra loa.
Máy phát hay thu sóng điện từ: chỉ phát hay thu sóng điện từ có tần số bằng tần số riêng của mạch dao động LC. Mỏy phỏt hoặc mỏy thu súng điện từ sử dụng mạch dao động LC thỡ tần số súng điện từ phỏt hoặc thu 
được bằng tần số riờng của mạch. 	 và 
Bước súng của súng điện từ thu được .
CÁC CễNG THỨC CẦN NHỚ VỀ DAO ĐỘNG VÀ SểNG ĐIỆN TỪ
 Tần số gúc: Chu kỡ riờng: Tần số riờng: 
 Bước súng điện từ: Với c = 3.108 m/s: Vận tốc ỏnh sỏng
Đ Năng lượng mạch dao động:
 Năng lượng điện trường: 
 Năng lượng điện trường cực đại: 
 Năng lượng từ trường: Năng lượng từ trường cực đại: 
 Năng lượng điện từ: W = WC + WL 	 	 
 Đ Năng lượng điện trường và năng lượng từ trường biến thiờn điều hũa với tần số gấp đụi của dũng điện và điện tớch: 2f; 2w.; và với chu kỳ bằng một nữa chu kỳ của dũng điệnT/2