Sự lan truyền của điện từ trường trong các môi trường.
1. Đặc điểm của điện từ trường trong sóng điện từ.
* 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.
* 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 ≈ 3.108m/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.
Trong chân không, sóng điện từ tần số f thì có bước sóng là
* Sóng điện từ là sóng ngang. Trong quá trình lan truyền
* Phương pháp xác định chiều
và hướng truyền sóng
+ Sóng điện từ là sóng ngang:
(theo đúng thứ tự hợp thành tam diện thuận). Khi quay từ
sang
+ Ngửa bàn tay phải theo hướng truyền sóng, ngón cái hướng theo
thì bốn ngón hướng theo
.
* 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.
* Công thức xác định độ lệch pha của sóng tại hai điểm M, N trong không gian nằm trên phương truyền sóng là:
Ví dụ 1 (ĐH 2008): Ðối với sự lan truyền sóng điện từ thì
A. Vectơ cường độ điện trường
vuông góc với vectơ cường độ điện trường
B. Vectơ cường độ điện trường
và vectơ cảm ứng từ
C. Vectơ cường độ điện trường
và vectơ cảm ứng từ
D. Vectơ cảm ứng từ
vuông góc với vectơ cảm ứng từ
Hướng dẫn
Chọn C.
Sóng điện từ là sóng ngang. Trong quá trình lan truyền
luôn luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng. Tại mỗi điểm dao động của điện trường và từ trường trong sóng điện từ luôn cùng pha với nhau.
Ví dụ 2: Tại bưu điện huyện Hoằng Hóa, Thanh Hóa có một máy đang phát sóng điện từ coi biên độ sóng không đổi khi truyền đi với cảm ứng từ cực đại là B0 = 0,15T và cường độ điện trường cực đại là 10 V/m. Xét một phương truyền có phương thẳng đứng hướng lên. Vào thời điểm t, tại điểm M trên phương truyền, vectơ cảm ứng từ có
A. độ lớn 0,06T và hướng về phía Tây.
B. độ lớn 0,06T và hướng về phía Đông.
C. độ lớn 0,09T và hướng về phía Đông.
D. độ lớn 0,09T và hướng về phía Bắc.
Hướng dẫn
Chọn C.
Trong sóng điện từ thì dao động của điện trường và của từ trường tại một điểm luôn luôn đồng pha với nhau nên luôn có:
Sóng điện từ là sóng ngang:
Khi quay từ
sang
Ngửa bàn tay phải theo hướng truyền sóng (hướng thẳng đứng dưới lên), ngón cái hướng theo
thì bốn ngón hướng theo
.
Ví dụ 3 (Đề MH 2017): Một sóng điện từ có chu kỳ T, truyền qua điểm M trong không gian, cường độ điện trường và cảm ứng từ tại M biến thiên điều hòa với gia strij cực đại lần lượt là E0 và B0. Thời điểm t = t0, cường độ điện trường tại M có độ bằng 0,5E0. Đến thời điểm t = t0 + 0,25T, cảm ứng từ tại M có độ lớn là:
Hướng dẫn
Chọn D.
Hai thời điểm t1=t0 và t2=t0+0,25T lệch nhau T/4 nên dao động của điện trường tại hai thời điểm này vuông pha nhau. Do vậy ta có:
Tại một điểm trên phương truyền sóng thì cường độ điện trường và cảm ứng từ luôn cùng pha nên:
Ví dụ 4 (ĐH CĐ 2010): 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 (gọi là 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. Khi dao động âm tần có tần số 1000 Hz thực hiện một dao động toàn phần thì dao động cao tần thực hiện được số dao động toàn phần là
A. 800.
B. 1000.
C. 625.
D. 1600.
Hướng dẫn
Chọn A.
Thời gian để dao động âm tần có tần số 1000 Hz thực hiện một dao động toàn phần là:
∆t = T1 = 1/f1 = 1/1000 = 10-3s.
Trong khoảng thời gian này, dao động cao tần thực hiện được số dao động toàn phần là:
2. Ứng dụng sóng điện từ trong định vị và đo vận tốc, khoảng cách.
* Đo khoảng cách:
Trong đó ∆t là khoảng thời gian từ lúc phát sóng cho đến lúc thu được sóng phản xạ.
* Đo vận tốc: Giả sử có một vật đang chuyển động về phía người quan sát. Để đo vận tốc của vật đó ta thực hiện phép đo khoảng cách ở hai điểm cách nhau một khoảng thời gian ∆t.
Ví dụ 4: Từ Trái Đất, một ăng ten phát ra những sóng cực ngắn đên Mặt Trăng. Thời gian từ lúc ăngten phát sóng đến lúc nhận sóng phản xạ trở lại là 2,56s. Hãy tính khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng. Biết tốc độ của sóng điện từ trong không khí c = 3.108m/s.
A. 386000km.
B. 384000km.
C. 388000km.
D. 387000km.
Hướng dẫn
Chọn B.
Khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng là:
Ví dụ 5: Quỹ đạo địa tĩnh là quỹ đạo tròn bao quanh Trái Đất, ngay phía trên đường xích đạo. Vệ tinh địa tĩnh là vệ tinh quay trên quỹ đạo địa tĩnh với vận tốc góc bằng vận tốc góc của sự tự quay của Trái Đất. Biết vận tốc dài của vệ tinh trên quỹ đạo là 3,07 km/s. Bán kính trái đất bằng 6378 km. Chu kỳ sự tự quay của Trái Đất là 24 giờ. Sóng điện từ truyền thẳng từ vệ tinh đến điểm xa nhất trên trái đất mất thời gian
A. 0,119 s
B. 0,162 s
C. 0,280 s
D. 0,139 s.
Hướng dẫn
Chọn
D.
Vận tốc dài của vệ tinh địa tĩnh trên quỹ đạo: v = ω.h.
Suy ra độ cao của vệ tinh:
Sóng điện từ truyền thẳng từ vệ tinh đến điểm xa nhất trên trái đất là điểm A với quảng đường đi của sóng là:
Thời gian truyền là:
Ví dụ 6: Một ăng-ten ra đa phát ra sóng điện từ đến một máy bay đang bay về phía ra đa. Thời gian từ lúc ăng ten phát đến lúc sóng phản xạ trở lại là 120μs, ăng-ten quay với tốc độ 0,6 vòng/s. Ở vị trí của đầu vòng quay tiếp theo ứng với hướng của máy bay, ăng-ten lại phát sóng điện từ, thời gian từ lúc phát đến lúc nhận lần này là 116 μs. Tính vận tốc trung bình của máy bay, biết tốc độ truyền sóng điện từ trong không khí bằng 3.108m/s.
A. 1296km/h.
B. 1000km/h.
C. 350km/h.
D. 1100km/h.
Hướng dẫn
Chọn A.
Ta có:
Suy ra vận tốc trung bình của máy bay:
Trong đó ∆t là khoảng thời gian giữa hai lần đo liên tiếp, đúng bằng thời gian 1 vòng quay của ra đa.
Ví dụ 7: Vệ tinh Vinasat-I được đưa vào sử dụng từ tháng 4/2008, đứng yên so với mặt đất ở một độ cao xác định trong mặt phẳng Xích đạo Trái Đất; đường thẳng nối vệ tinh với tâm Trái Đất đi qua kinh tuyến 132oĐ. Coi Trái Đất như một quả cầu, bán kính là 6370 km; Khối lượng là 6.1024 kg và chu kì quay quanh trục của nó là 24h; hằng số hấp dẫn G = 6,67.10-11N.m2/kg2. Sóng cực ngắn f > 30 MHz phát từ vệ tinh truyền thẳng đến các điểm nằm trên Xích Đạo Trái Đất trong khoảng kinh độ nào dưới đây:
A. Từ kinh độ 85o20’Đ đến kinh độ 85o20’T.
B. Từ kinh độ 50o40’Đ đến kinh độ 146o40’T.
C. Từ kinh độ 81o20’Đ đến kinh độ 81o20’T.
D. Từ kinh độ 48o40’Đ đến kinh độ 144o40’Đ.
Hướng dẫn
Chọn B.
Với vệ tinh địa tĩnh (đứng yên so với Trái Đất), lực hấp dẫn đóng vai trò là lực hướng tâm nên ta có:
Vùng phủ sóng nằm trong miền giữa hai tiếp tuyến kẻ từ vệ tinh với Trái Đất.
Ta có:
Do vậy vùng phủ sóng nằm trong miền từ kinh độ 132oĐ – 81o20’ = 50o40’Đ đến kinh độ 360o – (132o + 81o20’) = 146o40’T.
Được cập nhật: hôm kia lúc 0:22:13 | Lượt xem: 1622
