SÓNG ĐIỆN TỪ

BÀI 22. SÓNG ĐIỆN TỪ

I. LÍ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Sóng điện từ

+ Định nghĩa sóng điện từ: là điện từ trường biến thiên lan truyền trong không gian.

+ Các đặc điểm và tính chất của sóng điện từ:

• Sóng điện từ lan truyền trong mọi môi trường vật chất và truyền được trong cả chân không. Tốc độ sóng điện từ phụ thuộc vào môi trường truyền sóng; trong chân không, không khí là c = 3.108 m/s (tốc độ lớn nhất con người có thể đạt được), trong các môi trường khác, tốc độ nhỏ hơn c.
• Sóng điện từ là sóng ngang vì \(\vec{E}\bot \vec{B}\bot \vec{v}\). Hai thành phần của sóng điện từ là điện trường \(\vec{E}\) và từ trường \(\vec{B}\) luôn biến thiên cùng tần số, cùng pha.
• Sóng điện từ tuân theo định luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ như ánh sáng.
• Sóng điện từ mang năng lượng, nhờ đó khi sóng điện từ truyền đến anten sẽ làm cho các êlectron tự do trong anten dao động.
• Những sóng điện từ có bước sóng từ vài mét đến vài kilômét được dùng trong thông tin liên lạc vô tuyến nên gọi là các sóng vô tuyến. Người ta chia các sóng vô tuyền thành: sóng cực ngắn, sóng ngắn, sóng trung và sóng dài.

2. Sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển.

II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP

Dạng 1. Xác định chiều của các vectơ điện trường, từ trường và hướng truyền sóng

+ Xác định theo quy tắc đinh ốc: Sóng điện từ là sóng ngang vì \(\vec{E}\bot \vec{B}\bot \vec{v}\) (theo đúng thứ tự hợp thành tam diện thuận). Khi quay từ \(\vec{E}\) sang \(\vec{B}\) thì chiều tiến của đinh ốc là chiều của \(\vec{v}\).

+ Hoặc xác định theo quy tắc bàn tay phải: Ngửa bàn tay phải theo hướng truyền sóng, ngón cái hướng theo \(\vec{E}\) thì bốn ngón hướng theo \(\vec{B}\).

+ Hai thành phần của sóng điện từ là điện trường \(\vec{E}\) và từ trường \(\vec{B}\) luôn biến thiên cùng tần số, cùng pha.

Dạng 2. Xác định chu kì, tần số và bước sóng của sóng điện từ

+ Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian. Vận tốc lan truyền của sóng điện từ trong chân không bằng vận tốc ánh sáng (c ≈ 3.108 m/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.

+ Bước sóng: \(\lambda =v.T=\frac{v}{f}\)

III. GIẢI BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu C1 (trang 112 SGK Vật lí 12):

Sóng điện từ và điện từ trường có gì khác nhau?

Trả lời:

Sóng điện từ và điện từ trường không có gì khác nhau. Sóng điện từ chính là điện từ trường lan truyền trong không gian.

Câu C2 (trang 112 SGK Vật lí 12):

Viết công thức liên hệ giữa bước sóng điện từ (λ) với tần số sóng (f)

Trả lời:

Trong chân không, công thức liên hệ giữa bước sóng và tần số sóng là: \(\lambda =\frac{c}{f}=\frac{{{3.10}^{8}}}{f}\)

Bài 1 (trang 115 SGK Vật Lí 12):

Sóng điện từ là gì? Nêu những đặc điểm của sóng điện từ.

Lời giải:

+ Sóng điện từ là điện từ trường biến thiên lan truyền trong không gian.

+ Các đặc điểm và tính chất của sóng điện từ:

• Sóng điện từ lan truyền trong mọi môi trường vật chất và truyền được trong cả chân không. Tốc độ sóng điện từ phụ thuộc vào môi trường truyền sóng; trong chân không, không khí là c = 3.108 m/s (tốc độ lớn nhất con người có thể đạt được), trong các môi trường khác, tốc độ nhỏ hơn c.
• Sóng điện từ là sóng ngang vì \(\vec{E}\bot \vec{B}\bot \vec{v}\). Hai thành phần của sóng điện từ là điện trường \(\vec{E}\) và từ trường \(\vec{B}\) luôn biến thiên cùng tần số, cùng pha.
• Sóng điện từ tuân theo định luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ như ánh sáng.
• Sóng điện từ mang năng lượng, nhờ đó khi sóng điện từ truyền đến anten sẽ làm cho các êlectron tự do trong anten dao động.

Bài 2 (trang 115 SGK Vật Lí 12):

Nêu những đặc điểm của sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển.

Lời giải:

+ Sóng vô tuyến bị không khí hấp thụ. Chỉ có những sóng điện từ có bước sóng nằm trong một số vùng tương đối hẹp là không bị không khí hấp thụ. Các vùng đó gọi là các dải sóng vô tuyến.

+ Các sóng điện từ có bước sóng ngắn thì phản xạ tốt ở tầng điện li và mặt đất. Nhờ sự phản xạ liên tiếp giữa tầng điện li và mặt đất nên sóng điện từ có thể truyền đi rất xa.

Bài 3 (trang 115 SGK Vật Lí 12):

Hãy chọn câu đúng.

Nhiều khi ngồi trong nhà không thể dùng được điện thoại di động vì không có sóng. Nhà đó chắc chắn phải là

A. nhà sàn. B. nhà lá. C. nhà gạch. D. nhà bê tông.

Lời giải: Chọn D.

Trong nhà không có sóng điện thoại, chứng tỏ sóng điện từ đã bị phản xạ bởi các bức tường ngăn. Vậy tường nhà phải là bê tông.

Bài 4 (trang 115 SGK Vật Lí 12):

Sóng điện từ có tần số 12 MHz thuộc loại sóng nào dưới đây?

A. Sóng dài. B. Sóng trung. C. Sóng ngắn. D. Sóng cực ngắn.

Lời giải: Chọn C.

+ Bước sóng: \(\lambda =\frac{c}{f}=\frac{{{3.10}^{8}}}{{{12.10}^{6}}}=25\,m\)

λ = 10÷ 100 m nên sóng điện từ có tần số 12 MHz là sóng ngắn.

Bài 5 (trang 115 SGK Vật Lí 12):

Trong các hình sau, hình nào diễn tả đúng phương và chiều của cường độ điện trường \(\vec{E}\), cảm ứng từ \(\vec{B}\) và tốc độ truyền sóng \(\vec{v}\) của một sóng điện từ?

A. Hình a. B. Hình b. C. Hình c. D. Hình d.

Lời giải: Chọn C.

Xác định theo quy tắc đinh ốc: \(\vec{E}\bot \vec{B}\bot \vec{v}\) (theo đúng thứ tự hợp thành tam diện thuận). Khi quay từ \(\vec{E}\) sang \(\vec{B}\) thì chiều tiến của đinh ốc là chiều của \(\vec{v}\).

Bài 6 (trang 115 SGK Vật Lí 12):

Tính tần số của các sóng ngắn có bước sóng 25 m, 31 m và 41 m. Biết tốc độ truyền sóng điện tử là 3.108 m/s.

Lời giải:

Ta có: \(\lambda =\frac{c}{f}\Rightarrow f=\frac{{{3.10}^{8}}}{\lambda }H\text{z}.\)

λ = 25 m \(\Rightarrow f=\frac{{{3.10}^{8}}}{25}={{12.10}^{6}}H\text{z}=12\,MH\text{z}\text{.}\)

λ = 31 m \(\Rightarrow f=\frac{{{3.10}^{8}}}{31}=9,{{68.10}^{6}}H\text{z}=9,68\,MH\text{z}\text{.}\)

λ = 41 m \(\Rightarrow f=\frac{{{3.10}^{8}}}{41}=7,{{32.10}^{6}}H\text{z}=7,32\,MH\text{z}\text{.}\)

Hy vọng bài "Sóng điện từ" này giúp các em hiểu sâu hơn kiến thức để làm các bài tập áp dụng và phục vụ cho việc học các bài tiếp theo.