Ôn tập lý thuyết và bài tập Vật lý Lớp 12 - Chương IV Dao động điện từ

ÔN TẬP LÝ THUYẾT VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG IV – DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ

A. LÝ THUYẾT:

I. DAO ĐỘNG ĐIỆN TỪ 1. Mạch dao động điện từ LC Gồm một tụ điện mắc nối tiếp với một cuộn cảm thành mạch kín. - Nếu r rất nhỏ (≈ 0): mạch dao động lí tưởng. Muốn mạch hoạt động  tích điện cho tụ điện rồi cho nó phóng điện tạo ra một dòng điện xoay chiều trong mạch. Người ta sử dụng hiệu điện thế xoay chiều được tạo ra giữa hai bản của tụ điện bằng cách nối hai bản này với mạch ngoài. 2. Sự biến thiên điện áp, điện tích và dòng điện trong mạch LC a) Điện tích tức thời của tụ: q =Q0.cos(ωt+φq)(C) Với: Q0 (C): điện tích cực đại của tụ CHÚ Ý: Khi t = 0 nếu q đang tăng (tụ điện đang tích điện) thì φq < 0; nếu q đang giảm (tụ điện đang phóng điện) thì φq > 0 b) Hiệu điện thế tức thời giữa hai bản tụ của mạch dao động LC:

u = Đặt U0 = hay Q0=C.U0

Với: U0(V): hiệu điện thế cực đại giữa hai bản tụ

CHÚ Ý: Ta thấy φu =φq. Khi t=0 nếu u đang tăng thì φu < 0; nếu u đang giảm thì φu > 0 c) Cường độ dòng điện qua cuộn dây:

Với: I0 (A): cường độ dòng điện cực đại

CHÚ Ý: Khi t = 0 nếu i đang tăng thì φi < 0; nếu i đang giảm thì φi > 0. Với: φi=φq+

KẾT LUẬN:

 Vậy trong mạch q; u; i luôn biến thiên điều hoà cùng tần số nhưng lệch pha nhau:

+ q;u cùng pha nhau. + i sớm pha hơn u, q một góc π/2. Nên ta có:

hoặc

3. Tần số góc riêng, chu kì riêng, tần số riêng của mạch dao động:

a) Tần số góc riêng của mạch dao động LC:

b) Chu kì riêng và tần số riêng của mạch dao động LC: Trong đó: L(H): Độ tự cảm của cuộn cảm; C(F): Điện dung của tụ

Chú ý: Các công thức mở rộng:

+ I0 = ωQ0 =

+ U0 = hay U0 = I0

+ Khi tụ phóng điện thì q và u giảm và ngược lại

) V )( t cos( . U C q

u 0     C Q0

  





  





           

          

) A ( 2 t cos . I hayi

U .C. Q I )( A )( t sin( . Q 'q i

q 0

0 0 0 q 0

2 

1 I

i U

u

2

0

2

0

  

  

   

  

 1 I

i Q

q

2

0

2

0

  

  

   

  





 

  

LC

1

LC

Q T

Q 2 0 0  

C L I C I C Q

0 0 0    L C

DeThi.edu.vn

+ Quy ước: q > 0 ứng với bản tụ ta xét tích điện dương thì i > 0 ứng với dòng điện chạy đến bản tụ mà ta xét.

+ Công thức độc lập với thời gian:

Chú ý: Dao động điện từ tắt dần

Trong các mạch dao động thực luôn có tiêu hao năng lượng, ví dụ do điện trở thuần R của dây dẫn, vì vậy dao động sẽ dừng lại sau khi năng lượng bị tiêu hao hết. Quan sát dao động kí điện tử sẽ thấy biên độ dao động giảm dần đến 0. Hiện tượng này gọi là dao động điện từ tắt dần. R càng lớn thì sự tắt dần càng nhanh, R rất lớn thì không có dao động. Dao động điện từ duy trì.

Hệ tự dao động: Muốn duy trì dao động, ta phải bù đủ và đúng phần năng lượng bị tiêu hao trong mỗi chu kì.Ta có thể dùng tranzito để điều khiển việc bù năng lượng từ pin cho khung dao động LC ăn nhịp với từng chu kì dao động của mạch. Dao động trong khung LC được duy trì ổn định với tần số riêng ω0 của mạch, người ta gôi đó là một hệ tự dao động Dao động điện từ cưỡng bức. Sự cộng hưởng Dòng điện trong mạch LC buộc phải biến thiên theo tần số ω của nguồn điện ngoài chứ không thể dao động theo tần số riêng ω0 được nữa. Quá trình này được gọi là dao động điện từ cưỡng bức. Khi thay đổi tần số ω của nguồn điện ngoài thì biên độ của dao động điện trong khung thay đổi theo, đến khi ω = ω0 thì biên độ dao động điện trong khung đạt giá trị cực đại. Hiện tượng này gọi là sự cộng hưởng. 5. Sự tương tự giữa dao động điện và dao động cơ

Đại lượng cơ Đại lượng điện Đại lượng cơ Đại lượng điện x q x’’ + ω2x = 0 q’’ + ω2q = 0

v i ω = ω =

m L x = Acos(ωt + φ) q = q0cos(ωt + φ)

k v = x’ = - ωAsin(ωt + φ) i = q’ = - ωq0sin(ωt + φ)

F u A2 = x2 + Q2 = q2 +

µ R F = - kx = - mω2x U = = Lω2q

II. SÓNG ĐIỆN TỪ 1. Liên hệ giữa điện trường biến thiên và từ trường biến thiên

Nếu tại một nơi có một 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. Nếu tại một nơi có điện trường biến thiên …