Lý thuyết Điện từ trường. Mô hình sóng điện từ Vật lí lớp 12 (Kết nối tri thức)

Lý thuyết Vật lí 12 Bài 19: Điện từ trường. Mô hình sóng điện từ

I. Liên hệ giữa điện trường biến thiên và từ trường biến thiên

1. Từ trường biến thiên và điện trường xoáy

Trong vùng không gian có từ trường biến thiên theo thời gian thì trong vùng đó xuất hiện một điện trường xoáy

2. Điện trường biến thiên và từ trường

Thí nghiệm với dòng điện xoay chiều qua tụ điện cho thấy điện trường biến thiên theo thời gian và làm xuất hiện từ trường. Khi một tụ điện đang tích điện hoặc phóng điện, do sự thay đổi điện tích trên các bản tụ điện nên giữa hai bản tụ điện có một điện trường biến thiên tương đương với một dòng điện được gọi là dòng điện dịch. Chính dòng điện này gây ra từ trường. Các đường sức của từ trường này bao quanh các đường sức của điện trường và luôn khép kín.

3. Điện từ trường

Từ trường biến thiên theo thời gian sinh ra trong không gian xung quanh một điện trường biến thiên theo thời gian; ngược lại, điện trường biến thiên theo thời gian cũng sinh ra một từ trường biến thiên theo thời gian trong không gian xung quanh.

Như vậy, hai trường biến thiên này cùng tồn tại trong không gian, có thể chuyển hoá lẫn nhau trong một trường thống nhất, gọi là điện từ trường.

Sự biến thiên của từ trường và điện trường bao gồm sự thay đổi về chiều và về độ lớn. Tuy nhiên, tại mỗi điểm trong không gian, vectơ cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ luôn vuông góc với vectơ cường độ điện trường $\overrightarrow{E}$.

II. Mô hình sóng điện từ

1. Sự tạo thành sóng điện từ

Nếu tại điểm O có một điện trường biến thiên $\overrightarrow{E_1}$, thì theo kết luận của Maxwell, tại vùng lân cận sẽ xuất hiện một từ trường biến thiên $\overrightarrow{B_1}$. Tiếp theo, vì có từ trường biến thiên, nên lại xuất hiện một điện trường $\overrightarrow{E_2}$ biến thiên ở vùng lân cận khác, rồi tương tự, lại xuất hiện $\overrightarrow{B_2}$, ... Cứ như thế điện trường và từ trường lan truyền trong không gian như hình minh hoạ. Quá trình lan truyền điện từ trường trong không gian được gọi là sóng điện từ.

2. Sự lan truyền sóng điện từ

Tại mỗi điểm trong không gian sóng điện từ truyền qua:

- Vectơ cường độ điện trường $\overrightarrow{E}$ luôn vuông góc với vectơ cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$, cả hai vectơ này luôn vuông góc với phương truyền sóng. Do đó, sóng điện từ là sóng ngang.

- Cả $\overrightarrow{E}$ và $\overrightarrow{B}$ đều biến thiên điều hoà theo không gian và thời gian và luôn đồng pha.

- Sóng điện từ truyền được trong chân không.

Trong chân không, sóng điện từ có bước sóng λ là: $\lambda =\frac{c}{f}=cT$

trong đó c là tốc độ ánh sáng trong chân không, T là chu kì của dao động điện từ, f là tần số của sóng điện từ.

- Trong quá trình lan truyền, sóng điện từ mang theo năng lượng.

- Sóng có tần số càng cao thì khả năng truyền càng xa.

- Sóng điện từ tuân theo quy luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, giao thoa và nhiễu xạ giống như sóng cơ.

Trắc nghiệm: Điện từ trường. Mô hình sóng điện từ

PHẦN I. Câu trắc nghiệm nhiều phương án lựa chọn. Thí sinh trả lời từ câu 1 đến câu 7. Mỗi câu hỏi thí sinh chỉ lựa chọn một phương án.

Câu 1: Sóng điện từ và sóng cơ học không có chung tính chất nào dưới đây?

A. Phản xạ.

B. Truyền được trong chân không.

C. Khúc xạ.

D. Mang năng lượng.

Câu 2: Trong sóng điện từ, tần số càng cao thì

A. năng lượng càng lớn, sóng truyền thấp.

B. năng lượng càng thấp, sóng truyền lại gần.

C. năng lượng thấp, sóng truyền xa.

D. năng lượng càng lớn, sóng truyền càng xa.

Câu 3: Sóng điện từ trong chân không có tần số f = 150 kHz, bước sóng của sóng điện từ là

A. l = 2000 m.

B. l = 2000 km.

C. l = 1000 m.

D. l = 1000 km.

Câu 4: Vận tốc truyền sóng điện từ trong chân không là 3.10⁸ m/s, tần số của sóng có bước sóng 30 m là

A. 10⁷ Hz.

B. 10⁶ Hz.

C. 25.10⁵ Hz.

D. 9.10⁹ Hz.

Câu 5: Trong quá trình lan truyền của sóng điện từ thì dao động của điện trường và của từ trường tại một điểm luôn

A. ngược pha.

B. cùng pha.

C. lệch pha π/2.

D. lệch pha π/3.

Câu 6: Chọn phát biểu đúng khi nói về từ trường xoáy?

A. Có các đường sức là đường cong không kín.

B. Có các đường sức là đường thẳng vuông góc với điện trường.

C. Nơi nào có điện trường biến thiên nơi đó xuất hiện từ trường xoáy.

D. Nơi nào có điện trường không thay đổi, nơi đó xuất hiện từ trường xoáy.

Câu 7: Khi một điện trường biến thiên theo thời gian sẽ sinh ra

A. điện trường xoáy.

B. từ trường xoáy.

C. một dòng điện.

D. từ trường và điện trường biến thiên.

PHẦN II. Câu trắc nghiệm đúng sai. Trong mỗi ý a), b), c), d) ở mỗi câu, thí sinh chọn đúng hoặc sai

Câu hỏi: Phát biểu nào đúng, phát biểu nào sai khi nói về sóng điện từ?

a) Sóng điện từ là điện từ trường lan truyền trong không gian.

b) Sóng điện từ có vectơ cường độ điện trường và vectơ cảm ứng từ luôn cùng phương với nhau.

c) Sóng điện từ là sóng ngang nên nó chỉ truyền được trong chất rắn.

d) Trong sóng điện từ thì dao động của điện trường và của từ trường tại một điểm luôn đồng pha nhau.

PHẦN III. Câu trả lời ngắn.

Câu hỏi: Tại điểm M đang có sóng điện từ truyền qua. Biên độ điện trường và từ trường lần lượt là E₀ = 20 mV/m; B₀ = 3mT. Tại thời điểm t thì thành phần từ trường có giá trị B = −1,2 mT thì thành phần điện trường có giá trị bằng bao nhiêu?

Xem thêm tóm tắt lý thuyết Vật lí 12 sách Kết nối tri thức, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 19: Điện từ trường. Mô hình sóng điện từ

Lý thuyết Bài 21: Cấu trúc hạt nhân

Lý thuyết Bài 22: Phản ứng hạt nhân và năng lượng liên kết

Lý thuyết Bài 23: Hiện tượng phóng xạ

Lý thuyết Bài 24: Công nghiệp hạt nhân

Xem thêm tài liệu Vật lí lớp 12:

Giải Vật lí 12 Bài 19: Điện từ trường. Mô hình sóng điện từ

Giải SBT Vật lí 12 Bài 19: Điện từ trường. Mô hình sóng điện từ

Giáo án Điện từ trường. Mô hình sóng điện từ lớp12

Giáo án điện tử Điện từ trường. Mô hình sóng điện từ lớp 12