Lý thuyết Điện từ trường (mới 2024 + Bài Tập) - Vật lí 12

Lý thuyết Vật lí 12 Bài 21: Điện từ trường

Bài giảng Vật lí 12 Bài 21: Điện từ trường

1. Mối quan hệ giữa điện trường và từ trường

a. Từ trường biến thiên và điện trường xoáy

- Điện trường có đường sức là những đường cong kín gọi là điện trường xoáy.

- Nếu tại một nơi có một từ trường biến thiên theo thời gian thì tại đó xuất hiện một điện trường xoáy.

b. Điện trường biến thiên và từ trường

- Từ trường của mạch dao động:

Xét mạch dao động lý tưởng đang hoạt động. Giả sử ở thời điểm t điện tích của tụ điện và chiều dòng điện đang như hình 21.2. Tụ điện phẳng có hai bản tụ cách xa nhau.

Cường độ dòng điện tức thời: trong mạch là:

$i=\frac{dq}{dt}=Cd\frac{dE}{dt}$(q = CU = CEd)

d: khoảng cách giữa hai bản tụ
Biển thức trên cho thấy i liên quan đến tốc độ biến thiên của cường độ điện trường trong tụ điện.

Thực nghiệm cho thấy, dòng điện tức thời trong mạch dao động cũng tạo ra một từ trường. Xung quanh chỗ có điện trường biến thiên trong tụ điện đã xuất hiện một từ trường.

c. Kết luận

Nếu tại một nơi có điện trường biến thiên theo thời gian thì nơi đó xuất hiện một từ trường. Đường sức của từ trường bao giờ cũng khép kín.

2. Điện từ trường và thuyết điện từ Maxwell

a. Điện từ trường

Điện từ trường là trường có hai thành phần biến thiên theo thời gian, liên quan mật thiết với nhau là điện trường biến thiên và từ trường biến thiên.

b. Thuyết điện từ MaxWell (Mắc – xoen)

Thuyết điện từ MaxWell khẳng định mối liên hệ khăng khít giữa điện tích, điện trường và từ trường.

- Mắc – xoen đã xây dựng hệ thống bốn phương trình diễn tả mối quan hệ giữa:

+ Điện tích và điện trường, dòng điện và từ trường.

+ Sự biến thiên của từ trường theo thời gian và điện trường xoáy.

+ Sự biến thiên của điện trường theo thời gian và từ trường.

Câu 1: 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.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Tại một nơi có điện trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một từ trường xoáy. Đường sức của từ trường luôn khép kín.

Câu 2: 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.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Ta có, điện trường biến thiên sinh ra từ trường xoáy.

Câu 3: Tìm phát biểu sai về điện từ trường?

A. Một từ trường biến thiên theo thời gian sinh ra một điện trường xoáy ở các điểm lân cận.

B. Một điện trường biến thiên theo thời gian sinh ra một từ trường xoáy ở các điểm lân cận.

C. Điện trường và từ trường không đổi theo thời gian cũng có các đường sức là những đường cong khép kín.

D. Đường sức của điện trường xoáy là các đường cong kín bao quanh các đường sức của từ trường biến thiên.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

A, B, D - đúng

C - sai vì: đường sức của điện trường đều (không đổi theo thời gian) là đường không khép kín.

Câu 4: Chọn câu sai.

A. Khi một từ trường biến thiên theo thời gian, nó sinh ra một điện trường xoáy trong không gian xung quanh nó.

B. Điện trường xoáy là điện trường mà đường sức là những đường cong.

C. Từ trường xoáy là từ trường mà đường cảm ứng từ bao quanh các đường sức của điện trường.

D. Khi một điện trường biến thiên theo thời gian, nó sinh ra một từ trường xoáy.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

A, C, D đúng.

- Từ trường xoáy có đường sức là những đường cong kín.

- Điện trường xoáy có đường sức cũng là những đường cong kín.

Do đó phát biểu sai là điện trường xoáy là điện trường mà đường sức là những đường cong.

Câu 5: Trong trường hợp nào sau đây xuất hiện điện từ trường?

A. Êlectron chuyển động trong dây dẫn thẳng.

B. Êlectron chuyển động trong ống dây điện.

C. Êlectron trong đèn hình vô tuyến đến và va chạm vào màn hình.

D. Êlectron chuyển động trong dây dẫn tròn.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

- Điều kiện để xuất hiện điện từ trường là khi
+ điện tích chuyển động xung quanh một dòng điện.
+ khi điện tích đứng yên và dòng điện biến thiên.
- Trong các trường hợp đưa ra thì trường hợp "êlectron trong đèn hình vô tuyến đến và va chạm vào màn hình" làm xuất hiện điện từ trường vì để êlectron va chạm vào màn hình thì lúc này vô tuyến phải có điện (khi đó êlectron mới tăng tốc trong ống phóng điện tử để có gia tốc va chạm vào màn hình).

Câu 6: Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. Có thể dùng ampe kế để đo trực tiếp dòng điện dịch.

B. Có thể dùng ampe kế để đo trực tiếp dòng điện dẫn.

C. Dòng điện dịch là do điện trường biến thiên sinh ra.

D. Dòng điện dẫn là dòng chuyển động có hướng của các điện tích.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Không thể dùng ampe kế để đo trực tiếp dòng điện dịch, mà phải đo gián tiếp thông qua dòng điện dẫn.

Câu 7: Mối liên hệ giữa điện trường và từ trường thể hiện:

A. tần số của từ trường phụ thuộc vào tốc độ biến thiên của điện trường.

B. tần số của điện trường phụ thuộc vào tốc độ biến thiên của từ trường.

C. khi từ trường biến thiên làm xuất hiện điện trường biến thiên và ngược lại điện trường biến thiên làm xuất hiện từ trường biến thiên.

D. các vectơ $\overrightarrow{B},\overrightarrow{E},\overrightarrow{v}$ lập thành 1 tam diện thuận.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

- Sự biến thiên của điện trường sinh ra từ trường xoáy.
- Sự biến thiên của từ trường sinh ra điện trường xoáy.
Do vậy mối liên hệ giữa điện trường và từ trường thể hiện khi từ trường biến thiên làm xuất hiện điện trường biến thiên và ngược lại điện trường biến thiên làm xuất hiện từ trường biến thiên.

Câu 8: Hãy chọn câu đúng?

A. Tần số của sóng điện từ chỉ bằng nửa tần số dao động của điện tích.

B. Vận tốc của sóng điện từ trong chân không nhỏ hơn nhiều vận tốc ánh sáng trong chân không.

C. Điện từ trường do một tích điểm dao động sẽ lan truyền trong không gian dưới dạng sóng.

D. Điện tích dao động không thể bức xạ sóng điện từ.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Khi một điện tích dao động sẽ tạo ra xung quanh nó một điện trường biến thiên tuần hoàn, do đó điện từ trường do một tích điểm dao động sẽ lan truyền trong không gian dưới dạng sóng.

Câu 9: Một mạch dao động LC lí tưởng gồm tụ có điện dung C và cuộn cảm có độ tự cảm L. Nối 2 cực của nguồn điện một chiều có suất điện động E, điện trở trong r vào 2 đầu cuộn cảm. Sau khi dòng điện trong mạch ổn định, ngắt nguồn thì trong mạch LC có dao động điện từ với điện áp cực đại giữa hai bản tụ là U₀. Biết L = 25r² C. Tỉ số giữa U₀ và E là

A. 10.

B. 100.

C. 5.

D. 25.

Hiển thị đáp án

Đáp án: C

Giải thích:

Ta có: $I_0=\frac{E}{r}$

Năng lượng của mạch:

$W=\frac{1}{2}C{U_0}^2=\frac{1}{2}L{I_0}^2\Rightarrow U_0=I_0\sqrt{\frac{L}{C}}$

$\Rightarrow U_0=I_0\sqrt{\frac{25r^{2}C}{C}}\Rightarrow U_0=\frac{E}{r}.5r=5E\Rightarrow \frac{U_0}{E}=5$

Câu 10: Một mạch dao động điện từ gồm tụ C = 5 μF và cuộn thuần cảm L = 50 mH. Hiệu điện thế cực đại hai đầu tụ điện là 12 V. Tại thời điểm hiệu điện thế hai đầu cuộn dây là 8 V thì năng lượng từ trường trong mạch là

A. 1,6.10^-4 J.

B. 2.10^-4 J.

C. 1,1.10^-4 J.

D. 3.10^-4 J.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Năng lượng điện từ của mạch là: W = W_t + W_đ

$\Rightarrow$ Tại thời điểm u = 8V thì:

W = W_{đ max} - W_đ

$=\frac{1}{2}C({U_0}^2-u^2)=\frac{1}{2}{\mathrm{.5.10}}^{-6}.({12}^2-8^2)={2.10}^{-4}J$

Câu 11: Mạch dao động LC dao động điều hoà, năng lượng tổng cộng được chuyển từ điện năng trong tụ điện thành từ năng trong cuộn cảm mất 1,50 μs. Chu kỳ dao động của mạch là

A. 1,5 μs.

B. 3,0 μs.

C. 0,75 μs.

D. 6,0 μs.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

Năng lượng điện trường cực đại chuyển toàn bộ thành năng lượng từ trường trong thời gian q giảm từ Q₀ xuống 0 tức: $t=\frac{T}{4}=1,5\mu s\Rightarrow T=6\mu s$.

Câu 12: Một mạch dao động gồm cuộn dây có độ tự cảm 0,2 H và tụ điện có điện dung 10 μF thực hiện dao động điện từ tự do. Biết cường độ dòng điện cực đại trong mạch dao động là 0,012 A. Khi cường độ dòng điện tức thời trong mạch là 0,01 A thì điện áp tức thời giữa hai bản tụ có độ lớn là

A. 5,4 V.

B. 1,7 V.

C. 1,2 V.

D. 0,94 V.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

$\left\{\begin{array}{l}{U}_0=I_0\sqrt{\frac{L}{C}}=1,2\sqrt{2}V\\ i=0,01=\frac{I_0}{1,2}\end{array}\right.$

$W_C=\frac{1}{2}C{u}^2=W-W_L=W-\frac{1}{1,44}W=\frac{0,44}{1,44}W=\frac{0,44}{1,44}C{U_0}^2$

$\Rightarrow \left|u\right|=\sqrt{\frac{0,44}{1,44}}.U_0=0,94V$

Câu 13: Trong một mạch dao động lí tưởng, lúc cường độ dòng điện trong mạch bằng 0 thì hiệu điện thế trên tụ điện bằng 10 V. Khi năng lượng từ trường trong cuộn dây gấp 3 lần năng lượng điện trường trong tụ thì hiệu điện thế trên tụ bằng

A. 5 V.

B. 8,66 V.

C. 7,07 V.

D. 8 V.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Ta có W = W_t + W_đ $\Rightarrow$ khi I = 0 thì W_t = 0 $\Rightarrow$ W_{đ max} $\Rightarrow$ U₀ = 10V

Khi: W_t = 3W_đ $\Rightarrow$ W = 4W_đ

_{$\Rightarrow \frac{1}{2}C{U_0}^2=4.\frac{1}{2}C{u}^2\Rightarrow u=\frac{U_0}{2}=5V$}

Câu 14: Điện trường xoáy là điện trường

A. có các đường sức là đường cong kín.

B. có các đường sức không khép kín.

C. giữa hai bản tụ điện có điện tích không đổi.

D. của các điện tích đứng yên.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Điện trường xoáy là điện trường có các đường sức là đường cong kín.

Câu 15: Điện trường xoáy là điện trường

A. xuất hiện tại nơi có từ trường biến thiên.

B. giữa hai bản tụ điện có điện tích không đổi.

C. của các điện tích đứng yên.

D. có các đường sức không khép kín.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Ta có: tại một nơi có từ trường biến thiên theo thời gian thì tại nơi đó xuất hiện một điện trường xoáy. Điện trường xoáy là điện trường có các đường sức là đường cong kín.

Câu 16: Ở đâu xuất hiện điện từ trường?

A. Xung quanh một điện tích đứng yên.

B. Xung quanh một dòng điện không đổi.

C. Xung quanh một ống dây điện.

D. Xung quanh chỗ có tia lửa điện.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

Ta có: điện từ trường là một trường thống nhất gồm hai thành phần: điện trường biến thiên và từ trường biến thiên.

Từ các phương án, ta nhận thấy:

A - điện trường không đổi

B - từ trường không đổi

C - từ trường không đổi

D - Tia lửa điện là một dòng điện biến thiên $\Rightarrow$ có từ trường biến thiên $\Rightarrow$ sinh ra điện trường biến thiên

$\Rightarrow$ Xuất hiện điện từ trường.

Câu 17: Chỉ ra câu phát biểu sai?

A. Điện từ trường gắn liền với điện tích và dòng điện.

B. Điện trường gắn liền với điện tích.

C. Từ trường gắn liền với dòng điện.

D. Điện từ trường xuất hiện ở chỗ có điện trường hoặc từ trường biến thiên.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

Vì điện từ trường xuất hiện ở chỗ có điện trường hoặc từ trường biến thiên nên chỉ cần một trong các yếu tố điện tích (gắn với điện trường) hoặc dòng điện (gắn với từ trường) cũng sinh ra điện từ trường do đó phát biểu sai là “ Điện từ trường gắn liền với điện tích và dòng điện”.

Câu 18: Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. Điện từ trường biến thiên tuần hoàn theo thời gian, lan truyền trong không gian với vận tốc ánh sáng.

B. Một điện trường biến thiên tuần hoàn theo thời gian, nó sinh ra một từ trường xoáy.

C. Một từ trường biến thiên tuần hoàn theo thời gian, nó sinh ra một điện trường xoáy.

D. Một từ trường biến thiên tăng dần đều theo thời gian, nó sinh ra một điện trường xoáy biến thiên.

Hiển thị đáp án

Đáp án: D

Giải thích:

Một từ trường biến thiên đều theo thời gian, nó sinh ra một điện trường xoáy không đổi. Một từ trường biến thiên tuần hoàn theo thời gian, nó sinh ra một điện trường xoáy biến đổi.

Do đó phát biểu sai: một từ trường biến thiên tăng dần đều theo thời gian, nó sinh ra một điện trường xoáy biến thiên.

Câu 19: Thuyết điện từ Mắc-xoen đề cấp đến vấn đề gì?

A. Tương tác của điện từ trường với các điện tích.

B. Mối quan hệ giữa điện trường và từ trường.

C. Tương tác của từ trường với dòng điện.

D. Tương tác của điện trường với điện tích.

Hiển thị đáp án

Đáp án: B

Giải thích:

Thuyết điện từ Mắc-xoen đề cấp đến mối quan hệ giữa điện trường và từ trường.

Câu 20: Phát biểu nào sau đây là không đúng khi nói về điện từ trường?

A. Điện trường xoáy là điện trường có các đường sức là những đường cong không khép kín.

B. Khi một điện trường biến thiên theo thời gian, nó sinh ra một từ trường xoáy.

C. Khi một từ trường biến thiên theo thời gian, nó sinh ra một điện trường xoáy.

D. Điện từ trường có các đường sức từ bao quanh các đường sức điện.

Hiển thị đáp án

Đáp án: A

Giải thích:

A sai vì điện trường xoáy là điện trường có các đường sức là những đường cong kín.

­

Xem thêm các bài tổng hợp lý thuyết Vật lí lớp 12 đầy đủ, chi tiết khác:

Lý thuyết Bài 22: Sóng điện từ

Lý thuyết Bài 23: Nguyên tắc thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến

Lý thuyết Bài 24: Tán sắc ánh sáng

Lý thuyết Bài 25: Giao thoa ánh sáng

Lý thuyết Bài 26: Các loại quang phổ