chương “Dao động sóng điện từ” MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU .2 PHẦN NỘI DUNG 1.Nhiệm vụ chương “Dao động sóng điện từ” 2.Lịch sử phát triển khoa học nghiên cứu sóng điện từ 3.Sơ đồ kiến thức chương “Dao động sóng điện từ” .3 4.Chuẩn kiến thức – kĩ 4.1.Kiến thức 4.2.Kỹ 5.Phân tích nội dung kiến thức 5.1.Mạch dao động (khung dao động) 5.1.1.Khái niệm 5.1.2.Lưu ý 5.2.Dao động điện từ 5.2.1.Một số khái niệm 5.2.1.1.Dao động điện từ 5.2.1.2.Dao động điện từ tự .6 5.2.1.3.Dao động điện từ tắt dần 5.2.1.4.Dao động điện từ trì 5.2.1.5.Dao động điện từ cưỡng 5.2.2.Khảo sát dao động mạch LC 5.2.3.Năng lượng dao động điều hoà 5.3.Lý thuyết điện từ Maxwell 5.4.Điện từ trường 13 5.5.Sóng điện từ 13 5.5.1.Khái niệm 13 5.5.2.Đặc điểm sóng điện từ 14 5.5.3.Tính chất sóng điện từ 14 6.Sự tương tự dao động điện từ dao động .15 7.Ứng dụng sóng điện từ kỹ thuật 16 7.1.Ang ten lan truyền sóng điện từ 16 7.2.Nguyên tắc thu phát thông tin sóng điện từ 20 7.3.Sự truyền sóng điện từ quanh Trái đất 23 7.4.Một số ứng dụng khác sóng điện từ 25 7.4.1.Rađa 25 7.4.2.Lò vi sóng .25 7.4.3.Bếp từ .26 PHẦN KẾT LUẬN 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO .28 chương “Dao động sóng điện từ” PHẦN MỞ ĐẦU Trong chương trình phổ thông, Vật lí môn học cung cấp cho học sinh nhiều kiến thức quan trọng khác về: học, nhiệt học, điện từ học, quang học, vật lí nguyên tử hạt nhân Mỗi phần kiến thức có đặc trưng riêng gắn liền với nhiều ứng dụng thực tế Để giảng dạy tốt môn Vật lí trường phổ thông người giáo viên lòng đam mê nhiệt huyết cần phải hiểu biết sâu sắc kiến thức môn học Đối với học viên cao học để làm tốt nhiệm vụ dạy học trở lại giảng dạy phải nghiên cứu sâu sắc kiến thức vật lí có chương trình vật lí phổ thông Đó nhiệm vụ quan trọng tất giáo viên Vật lí trình giảng dạy đặc biệt trình đổi Giáo dục toàn diện Người giáo viên phải hiểu sâu kiến thức ý đồ SGK tổ chức hoạt động dạy học có hiệu kích thích hứng thú học sinh lựa chọn phương pháp dạy học phù hợp với đặc trưng môn học Nghiên cứu phân tích chương trình vật lí phổ thông môn học quan trọng giúp cho học viên có nhìn tổng quan toàn chương trìnhVật lí phổ thông nói chung phổ thông trung học nói riêng “Dao động sóng điện từ” phần điện từ học, nghiên cứu khái niệm dao động điện từ, sóng điện từ, tồn điện từ trường ứng dụng quan trọng lĩnh vực thu phát tín hiệu sóng điện từ Trong đó, tìm hiểu mạch dao động điện từ tạo thành sóng điện từ nội dung quan trọng chương Những kiến thức sở cho học sinh có đam mê tìm hiểu ứng dụng thu phát tín hiệu lĩnh vực kĩ thuật Với yêu cầu môn học, tiểu luận này, sâu nghiên cứu, phân tích làm rõ kiến thức ý đồ SGK chương “Dao động sóng điện từ” sách giáo khoa vật lí 12 nâng cao Tiểu luận chia thành phần lớn:  Phần mở đầu trình bày lí nghiên cứu tiểu luận;  Phần nội dung: nghiên cứu nội dung kiến thức chương, yêu cầu chuẩn kiến thức kĩ cần đạt tìm hiểu số ứng dụng quan trọng kiến thức sống  Phần kết luận: tổng kết kết mà tiểu luận đạt chương “Dao động sóng điện từ” PHẦN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG CHƯƠNG DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ VẬT LÍ 12 NÂNG CAO Nhiệm vụ chương “Dao động sóng điện từ” Chương “Dao động sóng điện từ” chương nằm phần điện từ trường trình bày chương trình Vật lí phổ thông Nhiệm vụ chương giới thiệu giúp học sinh tiếp cận với kiến thức dao động điện từ sóng điện từ Trong kiến thức chương tập trung phân tích khái niệm mạch dao động, sóng điện từ, giải thích tồn đồng thời điện trường từ trường qua hình thành khái niệm sóng điện từ cho học sinh Đồng thời giúp học sinh so sánh tìm hiểu tương quan sóng điện từ với dao động sóng Nội dung chương đề cập đến loại dao động điện từ, đặc điểm sóng điện từ Đặc biệt, chương giải thích cho học sinh kiến thức nguyên tắc truyền thông sóng điện từ lĩnh vực nghiên cứu có nhiều ứng dụng quan trọng sống đại Lịch sử phát triển khoa học nghiên cứu sóng điện từ 1820 Hans Christian Oersted (1777 - 1851) nhà Vật lí – hóa học người Đan mạch thiết lập mối liên hệ tượng điện từ 1831 Michael Faraday (1791 - 1867) nhà Vật lí – hóa học người Anh khám phá tượng cảm ứng điện từ 1833 Lenx - nhà Vật lí người Nga phát quy luật chiều suất điện động cảm ứng 1873 James Clerk Maxwell (1831 - 1879) người Scothland phát triển ý kiến Faraday xây dựng lý thuyết điện từ trường, chứng minh tồn điện từ trường ông tìm điều kiện lan truyền sóng điện từ chứng minh sóng điện từ lan truyền với vận tốc vận tốc ánh sáng 1888 Heinrich Rudolf Hertz (1857 - 1894) nhà Vật lí người Đức thực nghiệm thực có kết việc phát sóng điện từ Và từ nay, việc phát thu sóng điện từ không ngừng phát triển ngày trở nên quan trọng trọng sống xã hội Sơ đồ kiến thức chương “Dao động sóng điện từ” chương “Dao động sóng điện từ” Lý thuyết Maxwell Sự tương tự dao động điện từ dao động Dao động điện từ tự Dao động điện từ Năng lượng điện từ Dao động điện từ tắt dần Dao động điện từ trì, dao động điện từ cưỡng Sóng điện từ Điện trường biến thiên Từ trường xoáy Từ trường biến thiên Điện trường xoáy Điện từ trường Ứng dụng Ăng ten Truyền thông sóng điện từ Chuẩn kiến thức – kĩ 4.1 Kiến thức - Trình bày cấu tạo nêu vai trò tụ điện cuộn cảm hoạt động mạch LC - Viết công thức tính chu kỳ dao động riêng mạch dao động LC - Nêu dao động điện từ - Nêu lượng dao động điện từ - Nêu điện từ trường sóng điện từ - Nêu tính chất sóng điện từ chương “Dao động sóng điện từ” - Nêu chức khối sơ đồ khối máy phát máy thu sóng vô tuyến điện đơn giản - Nêu ứng dụng sóng vô tuyến điện thông tin liên lạc 4.2 Kỹ - Vẽ sơ đồ khối máy phát máy thu sóng vô tuyến điện - Vận dụng công thức T = 2π LC Phân tích nội dung kiến thức 5.1 Mạch dao động (khung dao động) C 5.1.1 Khái niệm Mạch dao động khái niệm mà HS tiếp L xúc nghiên cứu dao động điện từ Mạch dao động gồm cuộn cảm có độ tự cảm L mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C thành mạch kín Ta thường gọi mạch dao động LC Nếu điện trở mạch nhỏ (coi không) mạch dao động lí tưởng Thực tế, cuộn dây có điện trở r ≠ 0, nên mạch dao động lí tưởng Chính điện trở làm cho lượng hệ bị tiêu hao dạng nhiệt nên dao động mạch LC bị tắt dần Mạch hình vẽ mạch dao động lí tưởng, đơn giản Thông thường mạch dao động chứa cuộn dây tụ điện mà chứa hệ tụ điện cuộn dây ghép nối tiếp song song tùy theo yêu cầu mục đích sử dụng 5.1.2 Lưu ý Mạch LRC mà ta xét toán dòng điện xoay chiều sau xem mạch dao động điện từ, mạch dao động điện từ lí tưởng 5.2 Dao động điện từ 5.2.1 Một số khái niệm 5.2.1.1 Dao động điện từ Để nghiên cứu dao động điện từ ta khảo sát trình phóng điện trình nạp điện tụ điện C qua cuộn L (hình 1) (1) (2) Để mạch dao động ban đầu ta cần K cung cấp cho mạch lượng E Ban L E đầu khóa K (1) nguồn điện tích điện cho C cho hai tụ điện đến điện tích Q hiệu điện cực đại hai tụ điện U = Hình 1: Mạch dao động điện từ tự Q0/C Với U0 = E – I.r = E (do mạch hở) chương “Dao động sóng điện từ” Khi tụ điện có dự trữ điện năng: W đ max = CU 02 Khi chuyển K từ (1) đến (2), tụ điện tạo thành mạch kín với cuộn dây L Lúc tụ điện bắt đầu phóng điện (đóng vai trò UC , I L nguồn điện tức thời) Ban đầu: t0 đến t1 cường độ dòng điện UC qua mạch tăng dần tạo từ trường quanh IL cuộn dây làm tập trung lượng tụ điện t chuyển sang cuộn dây Trong cuộn dây xuất t t t t t dòng điện tự cảm với e = − L di (định luật dt Lenx) làm chậm phóng điện tụ Nên tụ C phóng điện điện tụ giảm Hình 2: Sự biến thiên i u độ tăng dòng điện giảm Tại thời điểm mạch LC t1 dòng điện qua cuộn dây đạt cực đại I0 điện áp tụ Tất điện lúc chuyển hóa hoàn toàn thành lượng từ trường tập trung cuộn dây, trị số lượng xác định: W t max = LI 02 Đối với mạch lí tưởng: Wt max= Wđ max Khi điện tích tụ điện q = cuộn cảm trở thành nguồn lượng, từ t đến t2 dòng điện giảm, tụ điện bắt đầu nạp điện trở lại, điện áp tụ điện tăng lên nhiên dấu điện tích hai tụ điện ngược lại Năng lượng từ trường biến đổi trở lại thành lượng điện trường tụ điện Sau điện tích tụ đạt giá trị cực đại, tụ điện lại phóng điện  trình tiếp diễn trình dao động điện từ mạch LC tương tự lắc đơn Trong mạch có biến thiên q i ta nói mạch LC có đặc điểm mạch dao động điện từ 5.2.1.2 Dao động điện từ tự Quá trình tuần hoàn việc biến đổi lượng tụ C cuộn L mạch dao động không tác động nguồn bên gọi dao động riêng (dao động tự do) mạch dao động chương “Dao động sóng điện từ” 5.2.1.3 Dao động điện từ tắt dần Như khảo sát mạch dao động xem mạch lí tưởng có nghĩa điện trở dây dẫn cuộn dây r ≈ lượng điện trường lượng từ trường mạch biến thiên qua lại lẫn Thực tế, cuộn dây có điện trở r ≠ 0, nên mạch dao động lí tưởng Chính điện trở làm cho lượng hệ bị tiêu hao dạng nhiệt nên dao động mạch LC bị tắt dần 5.2.1.4 Dao động điện từ trì Nguyên nhân dao động điện từ tự hệ thực tắt dần lượng dao động phần chuyển thành nhiệt lượng thông qua điện trở Để tránh tắt dần dao động tự người ta tìm cách cấp thêm lượng cho vật dao động để bù lại phần lượng chuyển thành nhiệt, mà không làm R thay đổi tần số riêng dao động gọi dao động trì C u ͠ L Trong kỹ thuật vô tuyến điện tử, có hai phương pháp để bù tiêu hao lượng: - Dùng lượng nguồn điện ngoài: dao động cưỡng Hình 3: mạch DĐ cưỡng dùng hay gọi kích thích nguồn điện ngòai - Thiết lập mạch điện tử để tự bù tiêu hao: máy tạo dao động hình sin tự kích thích 5.2.1.5 Dao động điện từ cưỡng Dao động cưỡng dao động mạch dao động LC kích thích lượng nguồn điện bên để bù tiêu hao Nguồn lượng bên điện áp xoay chiều hình sin Mạch dao động dao động với tần số nguồn cưỡng Khi tần số dao động cưỡng tần số dao động riêng mạch ta có tượng cộng hưởng chương “Dao động sóng điện từ” Ví dụ: Mạch trì dao động RLC dùng tranzito Dao động điện trì sơ đồ hình vẽ, cuộn dây L’ mắc hỗ cảm với cuộn dây L, có dao động mạch RLC hỗ cảm nên cuộn L’ có suất điện động cảm ứng Suất điện động cảm ứng tác động lên cực badơ tranditor làm cho dòng điện chạy qua cực colectơ biến đối theo tần số dao động điện mạch RLC pha với hiệu điện hai đầu cuộn cảm L Nhờ mà dao động tự mạch RLC tiếp thêm lượng chu kỳ Hình 4: Mạch trì trì Cần ý nhờ dao động mạch dao động RLC dùng tranzito RLC mà dòng điện cực colectơ tạo để quay trơ lại bù đắp lượng mạch RLC, thông số phù hợp tạo cân lượng hao hụt lượng bù đắp 5.2.2 Khảo sát dao động mạch LC Xét mạch dao động LC hình vẽ, vận dụng định luật Ohm cho đoạn mạch AB ta có: uAB = e – i.r di dt dq = q' Với quy ước dấu hình bên i = dt Với mạch lí tưởng r ≈ uAB ≈ e = − L Ta lại có: u = q d 2q q , nên: -L = C dt C : q''+ q=0 LC Hình 5: Đồ thị biến thiên điện tích cường độ dòng điện ta có q''+ω2 q=0 phương LC trình điện động lực học dao động điện mạch LC Phương trình phương trình vi phân tuyến tính bậc giải ta chọn dạng nghiệm q =Q cos (ωt+φ); Q0 φ hai số phụ thuộc điều kiện ban đầu Biểu thức cường độ dòng điện là: Đặt ω= i= dq π  = −ωQ0 sin ( ωt + ϕ ) = I cos ωt + ϕ +  dt 2  chương “Dao động sóng điện từ” với I = ωQ0 Hiệu điện hai A B tụ điện: u = q ' = −ωq sin ( ωt + ϕ ) AB Như thấy dao động điện mạch LC dao động điều hoà tức biến đổi theo qui luật hình sin Và dòng điện i lệch pha π với điện tích hiệu điện hai đầu cuộn cảm tụ điện 5.2.3 Năng lượng dao động điều hoà Khi xảy trình dao động điện mạch LC, điện tích q A tụ điện biến đổi theo thời gian theo qui luật: q =Q0 cos (ωt+φ) Q0 điện tích cực đại giữ vai trò biên độ dao động Giữa hai tụ điện có điện trường, lượng Wđ điện trường có biểu thức sau : Q02 q2 Wd = Cu = qu = cos (ωt + ϕ) hay Wd = 2 2C 2C Cuộn dây với độ tự cảm L có dòng điện i chạy qua tạo nên từ trường lượng Wt từ trường có biểu thức sau : Wt = Q02 Li = sin (ωt + ϕ) 2C Năng lượng toàn phần W dao động điện tồng lượng W đ điện trường Wt từ trường W = Wt + Wd 2 hay W = CU 02 = Q0 U = Q02 = LI0 = const 2C Từ biểu thức ta rút kết luận trính dao động điện, lượng toàn phần E dao động không đổi( bảo toàn), có chuyển hoá lượng điện trường lượng từ trường Năng lượng toàn phần dao động lượng điện trường tụ điện tích điện lượng cực đại, lúc cường độ dòng điện không lượng từ trường không 5.3 Lý thuyết điện từ Maxwell Sự đời lý thuyết: Xét mạch kín đứng yên từ trường biến thiên Từ thông qua mạch kín thay đổi làm mạch xuất dòng điện cảm ứng (định luật Lenx) Sự xuất dòng điện cảm ứng, chứng tỏ mạch phải tồn trường lực lạ tác dụng lực làm dịch chuyển electron Phân tích kết thực nghiệm Hình : Từ trường biến thiên sinh điện trường xoáy chương “Dao động sóng điện từ” Faraday, Maxwell cho rằng, trường lực lạ điện trường Nhưng điện trường điện trường tĩnh mà theo Maxwell điện trường phải điện trường xoáy Theo ông, nguyên nhân gây điện trường xoáy biến thiên từ trường Vì trước từ thông qua cuộn dây biến thiên mạch chưa có dòng điện Từ Ông đưa luận điểm thứ nhất: “Mọi từ trường biên thiên theo thời gian làm xuất điện trường xoáy” * Đặc điểm điện trường xoáy: có đường sức khép kín lưu thông vectơ cường độ điện trường xoáy dọc theo cong phụ thuộc vào vị trí điểm đầu điểm cuối, mà phụ thuộc vào hình dạng đường cong mà ta tính lưu thông * Vì lưu thông vectơ cường độ điện trường xoáy dọc theo cong kín khác không * Chính vậy, điện trường xoáy đóng vai trò trường lực lạ, tạo suất điện động làm di chuyển điện tích mạch, tạo thành dòng điện khép kín Dựa vào định luật Faraday tượng cảm ứng điện từ, Maxwell xây dựng phương trình diễn tả định lượng luận điểm thứ mình:    ∂B  E d l = − ∫( L ) ∫( S ) ∂t dS (1) Phương trình (1) gọi phương trình Maxwell – Faraday dạng tích phân Nó diễn tả đặc tính xoáy điện trường Trong đó, vế phải thể tốc độ biến thiên từ thông qua diện tích S; vế trái lưu thông vectơ cường độ điện trường xoáy dọc theo chu tuyến L bao quanh S Ở dạng vi phân, phương trình Maxwell – Faraday có dạng:   ∂B rotE = − ∂t (2) Luận điểm thứ hai Maxwell – dòng điện dịch: Maxwell cho từ trường biến thiên sinh điện trường xoáy Phân tích tượng điện từ khác Maxwell khẳng định phải có điều ngược lại: “Mọi điện trường biến thiên theo thời gian làm xuất từ trường”, nội dung luận điểm thứ hai Maxwell Vì từ trường dấu hiệu tất yếu dòng điện, nên biến thiên điện trường tạo từ trường biến thiên điện trường có tác dụng dòng điện Maxwell gọi Hình 7: Điện trường biến thiên sinh từ trường xoáy chương “Dao động sóng điện từ” Hình 9: Mô hình lan truyền sóng điện từ không gian 5.5.2 - Đặc điểm sóng điện từ Vận tốc lan truyền sóng điện từ chân không c = 3.10 m/s; môi trường c n vật chất đồng đẳng hướng v= , với n=εμ chiết suất tuyết đối môi trường; ε μ hệ số điện môi từ môi môi trường Vì ε, μ > nên n > v < c - u Sóng điện từ sóng ngang: điểm không gian có sóng điện từ, vectơ E  B dao động theo hai phương vuông góc hai vec tơ vuông góc với phương truyền sóng - Khác với sóng học, sóng điện từ truyền môi trường vật chất chân không Trong chân không, sóng điện từ có bước sóng là: λ = c T Những đặc điểm kiểm chứng thực tế Sau sóng điện từ phát thu phương tiện ngày tiến 5.5.3 - Tính chất sóng điện từ Sóng điện từ có mang lượng Năng lượng sóng điện từ lượng điện 2 từ trường Mật độ lượng sóng điện từ là: w=εε E0 + - μμ H0 Sóng điện từ tuân theo quy luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ chương “Dao động sóng điện từ” - Sóng điện từ tuân theo quy luật giao thoa, nhiễu xạ Nguồn phát sóng điện từ (còn gọi chấn tử) đa dạng, vật thể tạo điện trường từ trường biến thiên như: tia lửa điện,dây dẫn điện xoay chiều, cầu dao đóng ngắt mạch điện,… 5.5.4 Thang sóng điện từ Sự tương tự dao động điện từ dao động So sánh trình dao động điện từ đơn giản mạch dao động LC dao động lắc lò xo (hình vẽ ) Ta thấy tương tự điện tương tự qui luật dao động ( biến đổi điều hoà theo thời gian) hệ dao động học mạch điện, dựa sở đồng dạng phương trình vi phân mô tả hệ Sau nêu lên tương ứng cặp đại lượng( điện) Cùng biến thiên theo qui luật có vai trò phương trình vi phân trình dao động Đại lượng điện C Phương trình Dao động Dao động điện x” + ω 2x = Q” + ω 2q = ω= k m ω= LC m, k L, x q x = Acos(ωt + ϕ) q = q0cos(ωt + ϕ) v i v = x’ = -ωAsin(ωt + ϕ) i = q’ = -ωq0sin(ωt + ϕ) A Q0 v A =x +( )2 ω i2 Q =q + ω Cơ NL điện từ W = Wđ + Wt 2 W = Wđ + Wt chương “Dao động sóng điện từ” Wđ Wt (WC) Wđ = mv2 Wt = Li Wt Wđ (WL) Wt = kx Wđ = q2 2C Ứng dụng sóng điện từ kỹ thuật 7.1 Ang ten lan truyền sóng điện từ 7.1.1 Mạch dao động kín Nếu mạch dao động RLC có tụ điện song song với nhau, khoảng cách hai nhỏ so với diện tích hai bản, ống dây dài có vòng dây khép sít nhau, tiết diện ống dây nhỏ so với chiều dài ống dây trình dao động điện từ lượng điện trường chương “Dao động sóng điện từ” tập trung khoảng không gian hai tụ, lượng điện trường tập trung lòng ống dây Kết điện từ trường mạch tạo không truyền ngoài, mạch người ta gọi mạch dao động kín 7.1.2 Mạch dao động hở Vậy muốn điện từ trường lan truyền xa cần chuyển mạch kí thành mạch hở Nếu tách xa hai cực tụ điện C, đồng thời tách xa vòng dây cuộn cảm L vùng không gian có điện trường biến thiên từ trường biến thiên mở rộng dần 7.1.3 Anten Anten dạng mạch dao động hở công cụ hữu hiệu để thu phát sóng điện từ Anten có nhiều dạng khác tuỳ theo tần số sóng nhu cầu sử dụng Hình 10d Hình 10 Sơ đồ phát sóng điện từ xa Anten có dây nối trời nối đất Một số ví dụ loại Anten sử dụng Hình 11: An ten có chấn tử kim loại Hình 13: Anten có mặt kim loại phản xạ Hình 12: Anten thu sóng vô tuyến Mic không dây chương “Dao động sóng điện từ” Giải thích: Giả sử Anten có electron dao động tạo điện từ trường biến thiên theo sơ đồ hình 14 Hình 14 : Điện tích dao động tạo điện trường biến thiên chương “Dao động sóng điện từ” Và sau có điện trường xoáy biến thiên để tạo thành điện từ trường lan truyền không gian Thậm chí tạo sóng điện từ thí nghiệm đơn giản nối hai tụ điện mở với ắc qui đóng ngắt khoá k tạo sóng điện từ lan truyền hình Hình 15 : Có thể tạo sóng điện từ cách đơn giản Các dao động điện từ truyền tù mạch dao động Anten cách ghép qua cuộn cảm, cuộn cảm L mạch dao động phát dao động có tần số điều chỉnh mắc song song với cuộn L’ Anten Do tượng cảm ứng điện từ ống dây L’ có dao động điện từ tần số với dao động mạch, dao động điện từ truyền phát xa Hình 16: Sóng điện từ phát từ Anten lưỡng cực chương “Dao động sóng điện từ” 7.2 Nguyên tắc thu phát thông tin sóng điện từ Liên lạc sóng điện từ phương pháp phát thu thông tin khoảng cách xa xa nhờ sóng điện từ không cần dây dẫn nên cự ly truyền thu sóng trở nên rộng lớn Từ điểm mặt đất thông tin truyền đến nơi giới Để truyền thông tin âm thanh, hình ảnh đến nơi xa, người ta áp dụng qui trình chung sau: - Biến âm từ micro, hình ảnh từ camera thành tín dao động điện tần số thấp gọi tín hiệu âm tần * Xét trình phát âm (phát thanh) Hình 17: Sơ đồ trình phát chương “Dao động sóng điện từ” - Trộn tín hiệu âm tần hình 18.a có lượng thấp mang xa, vào sóng cao tần( tần số cao) hình 18.b có lượng lớn nhiều để mang sóng âm tần xa Quá trình gọi biến điệu tần số, kết trình biến điệu sóng có tần số tần số sóng cao tần biên độ biến thiên theo tần số sóng âm tần( hình 18.c) Hình 18: Biến điệu sóng cao tần chương “Dao động sóng điện từ” -Các tín hiệu truyền không gian đến Anten máy thu, Anten máy thu có vô số sóng vô tuyến từ đài phát khác Cuộn dây L’ Anten mắc song song với cuộn dây L mạch dao động, cần chọn sóng ta điều chỉnh tụ C mạch LC để có tần số dao động trùng với tần số dao động sóng cần thu Trong mạch dao động có tượng cộng hưởng với sóng cần thu Sóng vô tuyến khuếch đại truyền đến phận phát âm • Hình 19: Sơ đồ thu sóng phát MỘT HỆ THỐNG VIỄN THÔNG Hình 20: Sơ đồ khối hệ thống viễn thông SƠ ĐỒ KHỐI chương “Dao động sóng điện từ” 7.3 - Sự truyền sóng điện từ quanh Trái đất Các đặc tính truyền sóng điện từ truyền kênh truyền dây mềm phụ thuộc nhiều vào tần số Điều thấy từ bảng kê Phổ điện từ chia làm băng lớn: Sóng mặt đất ( Ground ware ) Sóng trời ( Sky ware ) Sóng truyền theo đường tầm mắt ( light of sight ) LOS Người ta thưởng vào tần số để chia sóng điện từ thành dải sóng sau: Băng tần Ký hiệu Đặt tính truyền Những ứng dụng tiêu biểu chương “Dao động sóng điện từ” - 30KHz VLFvery low frequency Sóng đất Suy giảm ngày đêm Nhiểu không khíThông tin nước cao 30- 300KHz LFlow frequency Tương tự VLF Ít tin cậy BịHướng dẫn radio cho hải hấp thu vào ban ngày hành 300-3000KHzMFMedium frequency Sóng đất sóng trời ban đêm Suy giảm vào ban vàRadio hàng hải Tần số cấp nhiểu vào ban ngày Nhiểucứu phát sống Am không khí - 30MHz Sự phản xạ tần ion cầnradio nghiệp dư Phát thay đổi theo thời gian trongquốc tế Viễn thông quân ngày, theo mùa theo tầnsự Thông tin đường dài cho số Nhiểu không khí tạikhông hành hải hành 30Mhz Điện thoại, điện tín, fax HFHight frequency Gần với LOS Sự tán xạ gâyTruyền hình VHF Radio 30- 300MHz VHFVery high frequency thay đổi nhiệt độ.FM stereo Trợ giúp không Nhiễu không gian hành 0.3 GHz1.0 - 2.0UHFUltra GHz2.0 - 4.0frequencyLS GHz Truyền hình VHF Radio highTruyền LOS Nhiễu không FM Stereo Trợ giúp không gian hành - 30 GHz2 Truyền LOS Suy giảm 4.04.0 Oxi nước 8.08.0 -SHFSupper high Viễn thông vệ tinh Radar không khí Sự hấp thụ 12.012.0 -frequencySCXKUKKa microwave links nước cao 22.2 18.018.0 GHz 27.027.0-40.0 30 - 300 GHz26.5 Tương tự Hơi nước 4033.0 EHFExtremely highhấp thụ mạnh 50.040.0 Radar, vệ tinh, thí nghiệm frequencyRQVWMm 183GHz Oxy hấp thu 60 75.075.0 119 GHz 110.0110 – 300 103 – 107 IR (Hồng ngoại ) ánh sángTruyền LOS khả kiến UV ( Tử Viễn thông quang chương “Dao động sóng điện từ” ngoại ) Bảng 7.4 Một số ứng dụng khác sóng điện từ 7.4.1 Rađa Nguyên tắc: phát sóng điện từ có tần số biên độ phù hợp vào vật có kích thước lớn thu sóng phản xạ để xác định vị trí kích thước vật Lịch sử đời: Một nhà văn người Mỹ trình bày 1911trong tiểu thuyết khoa học viễn tưởng, nguyên lý Ra đa hai người Anh E.V.Eppleton M Bannet áp dụng để phát lớp nhiễm điện khí quyển, nhiên kỹ thuật lúc sơ khai Năm 1935 Robert Watson Watt dùng đa phát máy bay cách xa 50 kM Ngày Ra đa sử dụng phổ biến quân sự, theo dõi thời tiết, liên lạc hàng không… • Ngày giới có loại máy bay chiến đấu gọi máy bay tàng hình Tàng hình nhìn thấy, mà bên máy bay có chất đặc biệt hấp thụ sóng phát từ Ra đa, nên nhiều loại Rađa phát loại máy bay Hình 22 : Máy bay tàng hình quân đội Mỹ 7.4.2 Lò vi sóng Lò vi sóng thiết bị dùng để nấu thức ăn cách phát sóng điện từ phù hợp tác động lên thức ăn làm thức ăn nóng lên Hình 23: Lò vi sóng chương “Dao động sóng điện từ” 7.4.3 Bếp từ Bếp từ loại bếp dùng sóng điện từ tạo dòng điện cảm ứng khối kim loại làm nồi, chảo nấu ăn Tuy nhiên loại bếp từ thông dựng, có loại nồi inox nóng lên, nồi nhôm không nóng lên chương “Dao động sóng điện từ” PHẦN KẾT LUẬN Qua trình tìm hiểu thực tiểu luận thu số kinh nghiệm sau: - Nội dung kiên thức phần “Dao động sóng điện từ” đa dạng phong phú Để hiểu nội dung kiến thức phần này, người giáo viên cần phải nghiên cứu chi tiết nội dung lý thuyết điện từ Maxwell Bên cạnh nội dung lý thuyết trừu tượng phải sử dụng công cụ toán học bậc cao hiểu cách trọn vẹn Vì vậy, trình dạy học cần phải có phương pháp phù hợp để truyền đạt đến học sinh nội dung phần - Những khái niệm kiến thức chương gần với thực tế có nhiều ứng dụng quan trọng nên dạy học có hiệu giáo viên cần tham khảo thêm ví dụ thực tế để học sinh động nhằm kích thích hứng thú học tập học sinh Thông qua việc nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông chương “Dao động sóng điện từ” có dịp nghiên cứu nhiều tài liệu Từ hiểu sâu sắc kiến thức phần Sau nghiên cứu, học nhiều điều từ kiến thức cũ Điều quan trọng giảng dạy Tôi tự tin vào kiến thức từ tìm cách hướng dẫn để học sinh lĩnh hội kiến thức cách hiệu chương “Dao động sóng điện từ” TÀI LIỆU THAM KHẢO Cơ sở vật lý tập -D.Halliday, R.Resnick, J.Walker- NXB Giáo Dục Dao động sóng- Phạm Quí Tư, Nguyễn Thị Bảo Ngọc- NXB Giáo Dục Vật lý 12 – Lương Duyên Bình chủ biên- NXB Giáo Dục Vật lý 12 nâng cao -Vũ Thế Khôi chủ biên- NXB Giáo Dục Vật lý 12 Sách giáo viên – Lương Duyên Bình chủ biên - NXB Giáo Dục Vật lý 12 nâng cao Sách giáo viên - Vũ Thế Khôi chủ biên - NXB Giáo Dục Hướng dẫn thực chương trình sách giáo khoa 12- Nguyễn Trọng Sửu- NXB Giáo Dục Lịch sử vật lý- Phạm Quí Tư-NXB Giáo Dục Giáo trình Vô tuyến điện, Phan Văn Đường, ĐHSP Huế [...]... 2 chương Dao động và sóng điện từ - Sóng điện từ tuân theo các quy luật giao thoa, nhiễu xạ Nguồn phát sóng điện từ (còn gọi là chấn tử) rất đa dạng, có thể là bất cứ vật thể nào tạo ra một điện trường hoặc một từ trường biến thiên như: tia lửa điện, dây dẫn điện xoay chiều, cầu dao đóng ngắt mạch điện, … 5.5.4 Thang sóng điện từ 6 Sự tương tự giữa dao động điện từ và dao động cơ So sánh quá trình dao. .. trên ống dây L’ có một dao động điện từ cùng tần số với dao động trong mạch, dao động điện từ sẽ được truyền ra ngoài và phát đi xa Hình 16: Sóng điện từ được phát ra từ một Anten lưỡng cực chương Dao động và sóng điện từ 7.2 Nguyên tắc thu phát thông tin bằng sóng điện từ Liên lạc bằng sóng điện từ là phương pháp phát và thu các thông tin ở khoảng cách xa và rất xa nhờ sóng điện từ do không cần dây... được gọi là sóng điện từ Maxwell đã tiên đoán sự tồn tại của sóng điện từ và xây dựng được các phương trình toán học về quy luật của nó gọi là phương trình Maxwell chương Dao động và sóng điện từ Hình 9: Mô hình sự lan truyền của sóng điện từ trong không gian 5.5.2 - Đặc điểm của sóng điện từ Vận tốc lan truyền sóng điện từ trong chân không là c = 3.10 8 m/s; và trong môi trường c n vật chất đồng... dây chương Dao động và sóng điện từ Giải thích: Giả sử trong Anten có một electron dao động thì nó sẽ tạo ra một điện từ trường biến thiên theo sơ đồ ở hình 14 Hình 14 : Điện tích dao động tạo ra điện trường biến thiên chương Dao động và sóng điện từ Và sau đó sẽ có một điện trường xoáy biến thiên để tạo thành một điện từ trường lan truyền trong không gian Thậm chí có thể tạo ra một sóng điện từ. .. không, sóng điện từ có bước sóng là: λ = c T Những đặc điểm này đều đã được kiểm chứng bằng thực tế Sau khi sóng điện từ được phát và thu bằng các phương tiện ngày càng tiến bộ 5.5.3 - Tính chất của sóng điện từ Sóng điện từ có mang năng lượng Năng lượng sóng điện từ chính là năng lượng của điện 1 2 2 từ trường Mật độ năng lượng sóng điện từ là: w=εε E0 + - 1 μμ H0 2 Sóng điện từ tuân theo các quy luật... hứng thú học tập của học sinh Thông qua việc nghiên cứu chương trình vật lý phổ thông chương Dao động và sóng điện từ tôi đã có dịp nghiên cứu nhiều tài liệu Từ đó hiểu sâu sắc hơn các kiến thức cơ bản của phần này Sau khi nghiên cứu, tôi học được nhiều điều mới từ những kiến thức cũ Điều này hết sức quan trọng đối với tôi khi giảng dạy Tôi tự tin hơn vào kiến thức của mình từ đó tìm được cách hướng... thuyết thống nhất giữa điện và từ - lý thuyết trường điện từ - một cách hoàn hảo Thuyết điện từ của Maxwell không những giải thích triệt để các hiện tượng điện từ đã biết mà nó còn cho phép tiên đoán sự tồn tại của sóng điện từ (mà gần 30 năm sau thực nghiệm mới xác lập được) Nghiên cứu bằng lý thuyết về các tính chất của sóng điện từ, Maxwell đã khẳng định ánh sáng cũng là sóng điện từ Với những đóng góp... số điện môi và từ môi của môi trường đó Vì ε, μ > 1 nên n > 1 và v < c - u Sóng điện từ là sóng ngang: tại mỗi điểm trong không gian có sóng điện từ, các vectơ E và  B luôn dao động theo hai phương vuông góc nhau và cả hai vec tơ này cùng vuông góc với phương truyền sóng - Khác với sóng cơ học, sóng điện từ truyền được cả trong môi trường vật chất và trong chân không Trong chân không, sóng điện từ. .. các sóng được phát ra từ Ra đa, nên nhiều loại Rađa không thể phát hiện ra loại máy bay này Hình 22 : Máy bay tàng hình của quân đội Mỹ 7.4.2 Lò vi sóng Lò vi sóng là thiết bị dùng để nấu thức ăn bằng cách phát ra một sóng điện từ phù hợp tác động lên thức ăn làm thức ăn nóng lên Hình 23: Lò vi sóng chương Dao động và sóng điện từ 7.4.3 Bếp từ Bếp từ là một loại bếp dùng sóng điện từ tạo ra dòng điện. .. của sóng điện từ trong kỹ thuật 7.1 Ang ten và sự lan truyền sóng điện từ 7.1.1 Mạch dao động kín Nếu một mạch dao động RLC có tụ điện song song với nhau, khoảng cách giữa hai bản rất nhỏ so với diện tích hai bản, ống dây dài có các vòng dây khép rất sít nhau, tiết diện ống dây nhỏ so với chiều dài ống dây thì trong quá trình dao động điện từ năng lượng điện trường chương Dao động và sóng điện từ ... điện từ PHẦN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÍ PHỔ THÔNG CHƯƠNG DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ VẬT LÍ 12 NÂNG CAO Nhiệm vụ chương Dao động sóng điện từ Chương Dao động sóng điện từ chương. .. tự dao động điện từ dao động Dao động điện từ tự Dao động điện từ Năng lượng điện từ Dao động điện từ tắt dần Dao động điện từ trì, dao động điện từ cưỡng Sóng điện từ Điện trường biến thiên Từ. .. tính chu kỳ dao động riêng mạch dao động LC - Nêu dao động điện từ - Nêu lượng dao động điện từ - Nêu điện từ trường sóng điện từ - Nêu tính chất sóng điện từ chương Dao động sóng điện từ - Nêu