Sách bài tập Vật lí 12 Bài 19 (Kết nối tri thức): Điện từ trường. Mô hình sóng điện từ

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

Câu 19.1 trang 65 Sách bài tập Vật Lí 12: Trong quá trình lan truyền sóng điện từ, vectơ $\overrightarrow{B}$ và vectơ $\overrightarrow{E}$ luôn luôn

A. trùng phương với nhau và vuông góc với phương truyền sóng

B. dao động cùng pha.

C. dao động ngược pha.

D. biến thiên tuần hoàn theo không gian, không tuần hoàn theo thời gian.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Trong quá trình lan truyền sóng điện từ, vectơ $\overrightarrow{B}$ và vectơ $\overrightarrow{E}$ luôn luôn dao động cùng pha.

Câu 19.2 trang 65 Sách bài tập Vật Lí 12: Đặc điểm nào sau đây là đặc điểm chung giữa sóng điện từ và sóng cơ:

A. Có tốc độ lan truyền phụ thuộc vào môi trường truyền sóng.

B. Truyền được trong chân không.

C. Mang năng lượng tỉ lệ với luỹ thừa bậc 4 của tần số sóng.

D. Đều là sóng dọc.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Sóng điện từ truyền được trong chân không, sóng cơ không truyền được trong chân không.

Sóng điện từ là sóng ngang.

Mang năng lượng tỉ lệ với luỹ thừa bậc 2 của tần số sóng

Câu 19.3 trang 65 Sách bài tập Vật Lí 12: Khi nói về sóng điện từ, phát biểu nào sau đây sai?

A. Sóng điện từ chỉ truyền được trong môi trường vật chất đàn hồi.

B. Sóng điện từ bị phản xạ khi gặp mặt phân cách giữa hai môi trường.

C. Sóng điện từ lan truyền trong chân không với tốc độ lớn hơn trong nước.

D. Sóng điện từ là sóng ngang.

Lời giải:

Đáp án đúng là A

Sóng điện từ truyền được trong chân không.

Câu 19.4 trang 65 Sách bài tập Vật Lí 12: Một máy phát sóng điện từ đang phát sóng theo phương thẳng đứng hướng lên. Biết tại điểm M trên phương truyền vào thời điểm t, vectơ cảm ứng từ đang cực đại và hướng về phía Tây. Vào thời điểm đó, vectơ cường độ điện trường đang có

A. độ lớn bằng không.

B. độ lớn cực đại và hướng về phía Đông.

C. độ lớn cực đại và hướng về phía Bắc.

D. độ lớn cực đại và hướng về phía Nam.

Lời giải:

Đáp án đúng là C

Vecto cường độ điện trường và vecto cảm ứng từ cùng pha, vuông góc với nhau nên khi cảm ứng từ cực đại thì điện trường cũng cực đại.

Sử dụng quy tắc tam diện thuận xác định được hướng của vecto cường độ điện trường.

Câu 19.5 trang 66 Sách bài tập Vật Lí 12: Khi nói về quan hệ giữa điện trường và từ trường của điện từ trường thì kết luận nào sau đây là đúng?

A. Vectơ cường độ điện trường và cảm ứng từ cùng phương và cùng độ lớn.

B. Tại mỗi điểm của không gian, điện trường và từ trường luôn dao động ngược pha.

C. Tại mỗi điểm của không gian, điện trường và từ trường luôn dao động lệch pha nhau $\frac{\pi }{2}$

D. Điện trường và từ trường biến thiên theo thời gian với cùng chu kì.

Lời giải:

Đáp án đúng là D

Vecto cường độ điện trường và vecto cảm ứng từ cùng pha (ngoài ra còn cùng chu kì, cùng tần số), vuông góc với nhau nên khi cảm ứng từ cực đại thì điện trường cũng cực đại.

Câu 19.6 trang 66 Sách bài tập Vật Lí 12: Chọn phát biểu đúng. Sóng điện từ

A. là sóng dọc hoặc sóng ngang.

B. là điện từ trường lan truyền trong không gian.

C. có thành phần điện trường và thành phần từ trường tại một điểm dao động cùng phương.

D. không truyền được trong chân không.

Lời giải:

Đáp án đúng là B

Câu 19.7 trang 66 Sách bài tập Vật Lí 12: Chọn phương án đúng hoặc sai.

Đối với sự lan truyền sóng điện từ thì

Lời giải:

Giải thích:

Vecto cường độ điện trường và vecto cảm ứng từ cùng pha, vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng.

Câu 19.8 trang 67 Sách bài tập Vật Lí 12: Hình 19.1 mô tả một nguồn phát sóng điện từ làm bằng một đoạn kim loại thẳng. Ở một thời điểm xác định, độ lớn vectơ cường độ điện trường dọc theo kim loại và vectơ cảm ứng từ được biểu diễn bằng các đường tròn đồng tâm.

a) Vectơ cường độ điện trường trong đoạn kim loại có bằng nhau không? Tại sao?

b) Mô tả sóng điện từ phát ra bởi nguồn phát này.

Lời giải:

a) Trong thanh kim loại cường độ điện trường $\overrightarrow{\text{E}}$ biến thiên theo vị trí do đó giá trị $\overrightarrow{\text{E}}$ không bằng nhau, điều này khác với trường tĩnh điện.

b) Cường độ điện trường $\overrightarrow{\text{E}}$ trên thanh kim loại biến thiên sinh ra từ trường có cảm ứng từ $\overrightarrow{B}$ biến thiên như Hình 19.1, xung quanh từ trường biến thiên lại tạo ra các điện trường xoáy, do vậy sóng điện tiếp tục lan truyền.

Lý thuyết 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.