Giải Vật lí 11 Bài 11 (Kết nối tri thức): Sóng điện từ

Giải bài tập Vật lí 11 Bài 11: Sóng điện từ

Giải Vật lí 11 trang 44

Khởi động trang 44 Vật Lí 11: Chỉ với một chiếc điện thoại thông minh hay chiếc máy tính được kết nối với internet, ta có thể trao đổi thông tin với nhau trên khắp toàn cầu. Vậy tại sao thông tin lại có thể lan truyền được trong không gian?

Lời giải:

Thông tin lại có thể lan truyền được trong không gian vì thông tin được lan truyền đi dưới dạng sóng điện từ.

I. Sóng điện từ

Câu hỏi trang 44 Vật Lí 11: Một vệ tinh thông tin (vệ tinh địa tĩnh) chuyển động trên quỹ đạo tròn ngay phía trên xích đạo của Trái Đất, quay cùng hướng và cùng chu kì tự quay của Trái Đất ở độ cao 36 600 km so với đài phát trên mặt đất. Đài phát nằm trên đường thẳng nối vệ tinh và tâm Trái Đất. Coi Trái Đất là một hình cầu có bán kính R = 6 400 km. Vệ tinh nhận sóng truyền hình từ đài phát rồi phát lại tức thời tín hiệu đó về Trái Đất. Biết sóng có bước sóng λ= 0,5 m; tốc độ truyền sóng c = 3.10⁸ m/s. Tính khoảng thời gian lớn nhất mà sóng truyền hình đi từ đài phát đến một điểm trên mặt Trái Đất, vẽ hình minh hoạ.

Lời giải:

Thông tin được đài phát phát đi, vệ tinh thu nhận tín hiệu đó và phát trở lại trái đất. Các điểm trên mặt đất sẽ nhận được thông tin đó thông qua đầu thu tín hiệu.

Khoảng thời gian lớn nhất mà sóng truyền hình đi từ đài phát đến một điểm trên mặt Trái Đất tương ứng với thời gian sóng truyền từ điểm D đến A sau đó từ A về B.

Độ dài đoạn AB là:

$AB=\sqrt{A{C}^2-B{C}^2}=\sqrt{{\left(h+R\right)}^2-R^2}=\sqrt{{\left(36600+6400\right)}^2-{6400}^2}=\mathrm{42521,1}km$

Thời gian cần tìm:

$t=t_{DA}+t_{AB}=\frac{AD}{c}+\frac{AB}{c}=\frac{\left(36600+\mathrm{42521,1}\right){.10}^3}{{3.10}^8}=\mathrm{0,264}s$

II. Thang sóng điện từ

Giải Vật lí 11 trang 45

Câu hỏi trang 45 Vật Lí 11: So sánh tần số của ánh sáng đỏ và ánh sáng tím.

Lời giải:

Tần số của ánh sáng đỏ (4.10⁴ Hz) nhỏ hơn tần số của ánh sáng tím (7.10⁴ Hz).

Giải Vật lí 11 trang 46

Câu hỏi 1 trang 46 Vật Lí 11: Giải thích tại sao mỗi khi cho phóng hồ quang người thợ hàn cần mặt nạ che mặt (Hình 11.5).

Lời giải:

Nguyên nhân do hồ quang điện phát ra tia tử ngoại, mà ánh sáng tử ngoại có bước sóng ngắn có thể làm tổn hại đến các tế bào mắt có thể gây mù mắt nên người thợ cần phải có thiết bị bảo hộ, đeo mặt nạ khi hàn hồ quang điện.

Câu hỏi 2 trang 46 Vật Lí 11: Giải thích tại sao Mặt Trời là một nguồn năng lượng khổng lồ phát ra tia tử ngoại mà con người và các sinh vật trên Trái Đất vẫn có thể sinh sống dưới ánh nắng mặt trời được.

Lời giải:

Nguyên nhân do xung quanh Trái Đất có bầu khí quyển (được chia thành các tầng như đối lưu, bình lưu…), khi tia tử ngoại từ Mặt Trời phát ra đến gặp bầu khí quyển của Trái Đất thì bị phản xạ hoặc bị hấp thụ gần như hoàn toàn nên con người và các sinh vật trên Trái Đất vẫn có thể sinh sống dưới ánh nắng mặt trời được.

Giải Vật lí 11 trang 47

Hoạt động trang 47 Vật Lí 11: Bảng 11.1 cho biết phạm vi của bước sóng trong chân không của các dải chính tạo nên thang sóng điện từ. Hãy xác định phạm vi của tần số tương ứng với các dải bước sóng đó.

Lời giải:

Sử dụng công thức: $f=\frac{c}{\lambda }$

Hoạt động 1 trang 47 Vật Lí 11: Nêu tên sóng điện từ trong chân không ứng với mỗi bước sóng.

a) 1 km;

b) 3 cm;

c) 5 μm;

d) 500 nm;

e) 50 nm;

g) 10^-12 m.

Lời giải:

a) 1 km – Sóng vô tuyến

b) 3 cm – Sóng vi ba

c) 5 μm – Tia hồng ngoại

d) 500 nm – Ánh sáng nhìn thấy

e) 50 nm – Tia tử ngoại

g) 10^-12 m – Tia X

Hoạt động 2 trang 47 Vật Lí 11: Nêu loại sóng điện từ ứng với mỗi tần số sau:

a) 200 kHz;

b) 100 MHz;

c) 5.10¹⁴ Hz;

d) 10¹⁸ Hz.

Lời giải:

a) 200 kHz – Sóng vô tuyến

b) 100 MHz – Sóng vô tuyến

c) 5.10¹⁴ Hz – Ánh sáng nhìn thấy

d) 10¹⁸ Hz – Tia X.

Em có thể trang 47 Vật Lí 11: Nhận biết được các loại bức xạ trong thang sóng điện từ dựa vào bước sóng hoặc tần số của nó.

Lời giải:

Dựa vào bảng số liệu bước sóng và tần số của các loại bức xạ nằm trong thang sóng điện từ ta có thể biết được bức xạ đã cho thuộc loại bức xạ nào trong thang sóng điện từ.

Lý thuyết Sóng điện từ

I. Sóng điện từ

- Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian. Sóng điện từ là sóng ngang

- Tốc độ của tất cả các sóng điện từ truyền trong chân không có giá trị 3.10⁸m/s, đúng bằng tốc độ ánh sáng trong chân không

=> Ánh sáng là sóng điện từ

- Sóng điện từ gồm một dải rộng tần số (hoặc bước sóng), gọi là thang sóng điện từ

II. Thang sóng điện từ

- Sự khác nhau về bước sóng (hay tần số) của các loại sóng điện từ đã dẫn đến sự khác nhau về tính chất và công dụng của chúng

1. Ánh sáng nhìn thấy

- Quang phổ của ánh sáng nhìn thấy là một dải màu biến thiên liên tục từ tím đến đỏ.

- Bước sóng của ánh sáng nhìn thấy nằm trong khoảng từ 0,38μm đến 0,76μm, ánh sáng đỏ có bước sóng dài nhất khoảng 0,76μm, ánh sáng tím có bước sóng ngắn nhất khoảng 0,38μm

- Nguồn phát: Mặt Trời, một số loại đèn, tia chớp, ngọn lửa,…

2. Tia hồng ngoại (IR)

- Tia hồng ngoại là sóng điện từ không nhìn thấy có bước sóng nằm trong khoảng từ 0,76μm đến 1nm

- Nguồn phát tia hồng ngoại: Vật có nhiệt độ cao hơn môi trường xung quanh thì phát được tia hồng ngoại ra môi trường

- Nguồn thông dụng là bóng đèn dây tóc, bếp gas, bếp than, diot hồng ngoại,…

- Tia hồng ngoại có tính chất tuân theo định luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ và gây được hiện tượng nhiễu xạ, giao thoa như ánh sáng thông thường. Đặc trưng nổi bật của tia hồng ngoại là tác dụng nhiệt

- Ứng dụng phổ thông nhất của tia hồng ngoại là sử dụng trong các điều khiển từ xa; bếp điện, lò nướng,...

3. Tia tử ngoại (UV)

- Tia tử ngoại là sóng điện từ không nhìn thấy có bước sóng nằm trong khoảng từ 10 nm đến 400 nm.

- Nguồn phát tia tử ngoại: Vật có nhiệt độ trên 2000°C thì phát được tia tử ngoại, nhiệt độ của vật càng cao thì bước sóng tử ngoại càng nhỏ. Hồ quang điện, đèn hơi thuỷ ngân là nguồn phát tia tử ngoại mạnh.

- Tia tử ngoại có tính chất tác dụng lên phim ảnh, kích thích sự phát quang của nhiều chất, làm ion hoá không khí, có tác dụng sinh học..

- Tia tử ngoại được ứng dụng vào công nghệ diệt khuẩn, tiệt trùng thực phẩm trước khi đóng gói, khử trùng dụng cụ y tế, tìm vết nứt trên bề mặt của các vật kim loại...

4. Sóng vô tuyến

- Sóng vô tuyến có bước sóng nằm trong khoảng từ 1 mm đến 100 km.

- Chúng được phát ra từ an ten và được sử dụng để "mang" các thông tin như âm thanh, hình ảnh đi rất xa.

- Sóng này bị phản xạ bởi tầng điện li trước khi tới máy thu

- Trong đó, sóng VHF (Very High Frequency) (bước sóng rất ngắn) tử 1 m đến 10 m và sóng UHF (Ultra High Frequency) (bước sáng cực ngắn) từ 10 cm đến 1 m có thể truyền thẳng đến máy thu, không bị phản xạ bởi tầng điện li. Chúng được sử dụng cho các đài phát thanh và truyền hình địa phương.

- Sóng vi ba (bước sóng khoảng vài cm) được sử dụng cho viễn thông quốc tế và chuyển tiếp truyền hình qua vệ tinh thông tin và cho mạng điện thoại di động qua tháp vi ba.

5. Tia Rơn ghen (Tia X)

- Tia X có bước sóng nhỏ hơn tia tử ngoại (khoảng từ 30 pm đến 3 nm)

- Nguồn phát tia X: Tia X được tạo ra khi các electron chuyển động với tốc độ cao tới đập vào tấm kim loại có nguyên tử lượng lớn trong ống tia X

- Ngoài các công dụng về chẩn đoán và chữa trị một số bệnh trong y học, tia X còn được sử dụng trong công nghiệp để tìm khuyết tật trong các vật đúc bằng kim loại và trong các tinh thể, sử dụng trong giao thông để kiểm tra hành lí của hành khách khi đi máy bay...

6. Tia Gamma (γ)

- Tia gamma có bước sóng nhỏ nhất trong thang sóng điện tử, khoảng từ 10^-5 nm đến 0,1 nm

- Trong y học, tia gamma được dùng trong phẫu thuật, điều trị các căn bệnh liên quan đến khối u, dị dạng mạch máu, các bệnh chức năng của não.

- Bên cạnh lĩnh vực y tế, tia gamma còn được ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp, Tia gammua giúp phát hiện các khuyết tật bằng hình ảnh rõ ràng với độ chính xác cao.

Sơ đồ tư duy về “Sóng điện từ”

Xem thêm lời giải bài tập Vật lí 11 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 10: Thực hành: Đo tần số của sóng âm

Bài 11: Sóng điện từ

Bài 12: Giao thoa sóng

Bài 13: Sóng dừng

Bài 14: Bài tập về sóng