1. Sóng điện từ là gì?
1.1. Sóng điện từ là gì?
Để trả lời cho câu hỏi sóng điện từ là gì, các bạn học sinh cần biết rằng sóng điện từ hay có tên gọi khác là bức xạ điện từ. Đó là sự kết hợp giữa từ trường vuông góc với nhau và dao động điện trường.
Sóng điện từ sẽ mang theo thông tin, động lượng và năng lượng trong quá trình lan truyền.
Sóng điện từ lan truyền trong không gian như 1 loại sóng, vì chúng được gọi là sóng nên có tính chất hạt gọi là hạt “photon”.
1.2. Sự hình thành của sóng điện từ
Khi có điện trường tiếp xúc với từ trường sẽ hình thành nên sóng điện từ. Do đó chúng được gọi tên là sóng “điện từ”. Từ trường và điện trường của sóng điện từ vuông góc với nhau và cũng vuông góc với phương của sóng EM.
Trường điện từ được tạo ra bởi 1 hạt mang điện gia tốc. Hạt mang điện dao động điều hòa về vị trí cân bằng là khi hạt mang điện tăng tốc.
1.3. Biến điệu sóng điện từ là gì?
Cơ chế biến đổi và pha trộn các tín hiệu âm tần và cao tần với nhau để tăng hiệu quả phát sóng điện từ đi xa hơn là biến điệu sóng điện từ. Cơ chế này được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực truyền hình và truyền thanh.
2. Đặc điểm của sóng điện từ
2.1. Lan truyền trong các môi trường
Sóng điện từ lan truyền được trong các môi trường lỏng, rắn, khí và chân không. Chúng là loại sóng duy nhất lan truyền được trong môi trường chân không.
2.2. Có các tính chất của sóng cơ
Sóng điện từ có những tính chất tương tự sóng cơ như: khúc xạ, phản xạ,... Và tuân thủ theo các quy luật truyền thẳng, khúc xạ, giao thoa,…
2.3. Sóng điện từ là sóng ngang
Sóng điện từ là sóng ngang, có thể hiểu đó là sự lan truyền của các dao động liên quan với tính chất có hướng của các phần tử mà hướng dao động vuông góc với hướng lan truyền sóng.
2.4. Sóng điện từ mang năng lượng
Sóng điện từ có mang năng lượng và năng lượng của 1 hạt photon có bước sóng λ là hc/λ, với h là hằng số Planck và c là vận tốc ánh sáng trong môi trường chân không. Do vậy, bước sóng càng dài thì năng lượng photon sẽ càng nhỏ.
3. Nguyên tắc khi truyền sóng điện từ
Để truyền được sóng điện từ đi thì các bạn cần làm đúng theo các nguyên tắc sau:
Ta cần biến điệu sóng điện từ thành các dao động điện, tức tín hiệu âm tần để hình ảnh và âm thanh có thể truyền đi xa. Có FM gọi là biến điệu tần số và AM là biến điệu biên độ.
Cần dùng sóng ngang (sóng cao tần) để có thể truyền sóng đi.
Ta tách sóng: tách tín hiệu ra khỏi sóng cao tần.
Khuếch đại tín hiệu thu được khi sóng có cường độ nhỏ.
Nắm trọn bí kíp đạt 9+ môn Vật Lý ngay với khóa học DUO 11!!!
4. Phân loại sóng điện từ
Sóng điện từ hay còn gọi là sóng vô tuyến sẽ được chia ra làm các loại sóng ngắn, sóng cực ngắn, sóng trung và sóng dài trong khí quyển.
Sóng cực ngắn: Bước sóng 1 - 10m, có năng lượng không bị hấp thụ hay phản xạ bởi tầng điện li và rất lớn. Thường được dùng trong ngành thiên văn để nghiên cứu vũ trụ vì có thể xuyên qua tầng điện ly và đi vào vũ trụ.
Sóng ngắn: Với bước sóng từ 10 - 100m, có mức năng lượng lớn. Tuy nhiên chúng bị phản xạ nhiều lần ở tầng điện li và mặt đất nên chúng được dùng trong các công tác thông tin và liên lạc dưới mặt đất. Sóng ngắn là sóng điện từ có tần số 12mhz.
Sóng trung: Bước sóng từ 100 - 1000m, loại sóng này sẽ bị tầng điện li hấp thụ mạnh vào ban ngày. Nên chúng thường được dùng trong thông tin liên lạc vào ban đêm vì vào ban đêm thì hoàn toàn ngược lại.
Sóng dài: Bước sóng của chúng trong khoảng > 1000m, có mức năng lượng thấp. Bị vật thể trên mặt đất hấp thụ mạnh nhưng lại không dễ bị hấp thụ với môi trường nước. Được ứng dụng trong việc thông tin liên lạc giữa các tàu ngầm dưới nước hay biển.
5. Ứng dụng của sóng điện từ
Sóng điện từ hiện nay đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác, nhất là lĩnh vực đo lường. Ta có thể thấy hình ảnh sóng điện từ được ứng dụng trong các đời sống như:
Lò vi sóng:
Lò vi sóng được sử dụng để làm nóng các loại thức ăn. Nhờ có tính chất không bị gây nhiễu, sóng Vi Ba còn được ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực liên lạc vũ trụ. Các hoạt động truyền tin không dây phổ biến như mạng không dây, truyền hình cáp cũng ứng dụng sóng Vi Ba.
Tia hồng ngoại:
Tia hồng ngoại được sử dụng nhiều trong y học. Tia hồng ngoại được sử dụng để chẩn đoán 1 số bệnh và loại bỏ các mô tế bào bị tổn thương. Ngoài ra tia hồng ngoại này được sử dụng để phát hiện chuyển động trong các loại máy ảnh điện tử và chuông báo cháy.
Sóng radio:
Sóng radio là loại sóng điện từ phổ biến và được ứng dụng chủ yếu trong lực vực thông tin truyền thông, truyền tín hiệu,... Ngoài ra, sóng radio còn được ứng dụng trong lĩnh vực sấy khô. Trong y học, loại sóng này còn được sử dụng để điều trị các loại bệnh như điều trị hen, viêm amidan, viễn thị,…
6. Sự truyền sóng vô tuyến trong khí quyển
6.1. Vùng sóng ngắn ít bị hấp thụ
Các phân tử không khí trong khí quyển hấp thụ cực mạnh các sóng dài, sóng cực ngắn và sóng trung nên các sóng này không thể truyền xa.
Trong 1 số vùng tương đối hẹp, các sóng có bước sóng ngắn không bị không khí hấp thụ.
6.2. Sự phản xạ của sóng ngắn trên tầng điện li
Lớp khí quyển là tầng điện li, trong đó các phân tử khí đã bị ion hóa mạnh dưới tác dụng của các tia tử ngoại trong ánh Mặt Trời. Tầng điện li sẽ kéo dài ở độ cao khoảng 80 - 800km.
Các sóng ngắn vô tuyến phản xạ tốt trên tầng điện li cũng như trên mặt nước biển và mặt đất.
Và nhờ có sự phản xạ liên tiếp trên tầng điện li và trên mặt đất mà các sóng ngắn có thể truyền đi xa trên mặt đất.
7. Bài tập trắc nghiệm sóng điện từ
Câu 1: Bước sóng điện từ có công thức?
A.
B.
C.
D.
Giải:
Bước sóng điện tử có công thức tính là
Đáp án A
Câu 2: Một sóng điện từ có tần số 90MHz được truyền trong không khí có tốc độ 3.108 m/s. Tính bước sóng?
A. 3,333m
B. 3,333km
C. 33,33km
D. 33,33m
Giải:
Áp dụng công thức
Đáp án: D
Câu 3: Tính bước sóng khi sóng điện từ có tần số 10 MHz truyền trong chân không?
A. 60 m
B. 6 m
C. 30 m
D. 2 m
Giải:
Áp dụng công thức:
Đáp án C
Câu 4: Trong chân không một sóng điện từ có tần số 30 MHz được truyền với vận tốc là 3.108 m/s. Tính bước sóng.
A. 16 m
B. 9 m
C. 10 m
D. 6 m
Giải
Áp dụng công thức
Đáp án C
Câu 5: Một sóng ngắn đang được thu bởi máy thu thanh. Muốn thu sóng trung trong mạch dao động anten chúng ta cần:
A. Giảm C, giảm L
B. Giữ nguyên C, giảm L
C. Tăng cả C và L
D. Giữ nguyên L, giảm C
Giải:
Sóng ngắn có bước sóng ngắn hơn sóng dài
Bước sóng tỉ lệ thuận với L, C
Muốn mạch thu được sóng có bước sóng dài hơn thì cần lắp thêm vào mạch một tụ điện hoặc cuộn cảm phù hợp để bước sóng của mạch tăng.
Đáp án: C
Câu 6: Có tốc độ truyền sóng điện từ là 3.108 m/s và bước sóng là 31 m. Tính tần số của sóng
A. 9,86 kHz
B. 60,8 MHz
C. 9,86 MHz
D. 60,8 kHz
Giải:
Tần số sóng:
Đáp án C
Câu 7: Một máy thu thanh có mạch chọn sóng gồm một tụ điện có điện dung biến đổi được và một cuộn dây thuần cảm. Khi tụ điện có điện dung là 20 pF thì bắt được sóng với bước sóng là 30 m. Hỏi khi điện dung là 180 pF thì bắt được sóng có bước sóng bao nhiêu?
A. 150 m
B. 270 m
C. 90 m
D. 10 m
Giải:
Theo đề bài ta có:
⇔ C = C1 = 20 pF thì
⇔ C = C2 = 180 pF thì
Đáp án C
Câu 8: Cho cuộn cảm có hệ số tự cảm là 4 $\mu $H và một tụ điện có điện dung là 10 pF được đặt trong một mạch dao động LC lí tưởng để thu sóng điện từ. Tính mạch thu được bước sóng là bao nhiêu?
A. 6 m
B. 12 m
C. 120 m
D. 60 m
Giải:
Mạch này thu được bước sóng là
Đáp án B
Câu 9: Điện dung $C=\frac{1}{4000\pi}$ (F) và độ tự cảm $L=\frac{1,6}{\pi}$ (H) lần lượt là điện dung và độ tự cảm của cuộn dây trong mạch thu sóng vô tuyến. Cho $\pi^{2}=10$. Hỏi tần số mà sóng thu được là bao nhiêu?
A. 50 Hz
B. 25 Hz
C. 100 Hz
D. 200 Hz
Giải:
Áp dụng công thức:
Đáp án B
Câu 10: Cho một máy thu vô tuyến có mạch chọn sóng bao gồm một tụ điện có điện dụng là 0,1 nF và một cuộn cảm có độ tự cảm là 30 $\mu$H. Mạch trên có thể bắt được loại sóng nào sau đây?
A. Sóng trung
B. Sóng dài
C. Sóng ngắn
D. Sóng cực ngắn
Giải:
Mạch thu được bước sóng là
Mà bước sóng của sóng trung trong khoảng 100-1000 m
Đáp án A
Đăng ký ngay để được các thầy cô ôn tập và xây dựng lộ trình học Vật Lý hiệu quả
Trên đây là toàn bộ kiến thức về sóng điện từ và các dạng bài tập sóng điện từ có kèm lời giải chi tiết thường gặp. Hy vọng rằng qua bài viết trên, các em có thể tự tin hơn khi làm dạng bài tập này và trong các bài kiểm tra cũng như trong quá trình ôn thi tốt nghiệp THPT môn Vật Lý. Để học nhiều hơn kiến thức về Vật lý 12, truy cập trang web Vuihoc.vn ngay hôm nay nhé!
Tham khảo thêm:
Bộ Sách Thần Tốc Luyện Đề Toán - Lý - Hóa THPT Có Giải Chi Tiết
Bài viết tham khảo thêm:
Lý thuyết về điện từ trường
Nguyên tắc truyền thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến
