Dao động và sóng điện từ là gì? đồ thị, công thức và bài tập 

10:52 23/01/2024

Dao động và sóng điện từ là một trong những nội dung thường xuyên xuất hiện trong đề thi THPT Quốc Gia. Vì vậy để đạt điểm cao trong kỳ thi này, các em học sinh cần ôn tập kỹ lưỡng và luyện giải nhiều dạng bài tập dao động và sóng điện từ. Trong bài viết dưới đây, chúng mình đã tổng hợp lại kiến thức lý thuyết liên quan đến dao động và sóng điện từ giúp các bạn học sinh dễ dàng ôn luyện.

dao động và sóng điện từ
dao động và sóng điện từ

Dao động và sóng điện từ là gì 

1. Dao động điện từ

Dao động điện từ là sự biến thiên tuần hoàn của cường độ điện trường và cường độ từ trường trong không gian.

Dao động điện từ được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống, chẳng hạn như:

  • Truyền thông: sóng điện từ được sử dụng trong truyền hình, phát thanh, internet,...
  • Giao thông: sóng điện từ được sử dụng trong radar, định vị GPS,...
  • Y học: sóng điện từ được sử dụng trong chụp X-quang, chụp CT,...
  • Nghiên cứu khoa học: sóng điện từ được sử dụng trong nghiên cứu vật lý, hóa học,...

2. Sóng điện từ

Sóng điện từ là sự lan truyền của dao động điện từ trong không gian. Sóng điện từ có thể lan truyền trong chân không và trong các môi trường vật chất. 

Đặc điểm của sóng điện từ

  • Sóng điện từ là sóng ngang, nghĩa là hướng dao động của điện trường và từ trường vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng.
  • Sóng điện từ lan truyền với vận tốc ánh sáng trong chân không, trong môi trường vật chất thì vận tốc sóng điện từ sẽ nhỏ hơn vận tốc ánh sáng trong chân không.
  • Sóng điện từ mang năng lượng, thông tin và động lượng.

Phân loại sóng điện từ

  • Sóng cực ngắn (VHF - Very High Frequency)
  • Sóng ngắn (HF - High Frequency)
  • Sóng trung (MF - Medium Frequency) và Sóng trung cao (HF - High Frequency)
  • Sóng dài (LF - Low Frequency) và Sóng rất dài (VLF - Very Low Frequency)

Đồ thị dao động và sóng điện từ

Đồ thị dao động và sóng điện từ là đồ thị thể hiện sự biến thiên của điện trường và từ trường theo thời gian. Trên đồ thị dao động điện từ, điện trường và từ trường luôn vuông góc với nhau và với phương truyền sóng. 

Các thông tin có thể được xác định từ đồ thị dao động và sóng điện từ: 

  • Biên độ: là độ lớn của dao động điện từ, được xác định bằng khoảng cách từ giá trị cực đại đến giá trị cân bằng.
  • Chu kỳ: là thời gian để một dao động điện từ hoàn thành một chu kỳ.
  • Tần số: là số dao động điện từ thực hiện trong một giây.
  • Tốc độ truyền sóng: là tốc độ lan truyền của dao động điện từ trong môi trường.

Các công thức dao động và sóng điện từ

1. Công thức dao động điện từ

Điện tích trên tụ điện trong mạch dao động LC: q(t) = Q0 cos(ωt + φ)

Trong đó: 

  • q(t) là điện tích trên tụ điện tại thời điểm t
  • φ là pha của dao động điện từ 

Điện áp giữa hai bản tụ điện trong mạch dao động LC: u(t) = u0 cos(ωt + φ)

Trong đó: 

  • u(t) là điện áp giữa hai bản tụ điện tại thời điểm t
  • u0 là biên độ của điện áp giữa hai bản tụ điện
  • ω là tần số góc của dao động điện từ

Tần số góc của dao động điện từ: ω = 1LC

Trong đó: 

  • ω là tần số góc của dao động điện từ
  • L là năng lượng từ trường trong cuộn cảm
  • C là điện dung của tụ điện

Chu kỳ của dao động điện từ: T = 2πLC

Trong đó: 

  • T là chu kỳ của dao động điện từ
  • L là năng lượng từ trường trong cuộn cảm
  • C là điện dung của tụ điện

Tần số của dao động điện từ: f = 1T = 12πLC

Trong đó: 

  • f là tần số của dao động điện từ
  • T là chu kỳ của dao động điện từ
  • L là năng lượng từ trường trong cuộn cảm
  • C là điện dung của tụ điện

Biên độ của dao động điện từ: Q0 = u0LC

Trong đó: 

  • Q0 là biên độ của điện tích trên tụ điện
  • u0 là biên độ của điện áp giữa hai bản tụ điện 
  • L là năng lượng từ trường trong cuộn cảm
  • C là điện dung của tụ điện

Năng lượng điện trường trong tụ điện: WE = 12CE2

Trong đó: 

  • W là năng lượng điện từ trong mạch dao động LC
  • E là năng lượng điện trường trong tụ điện
  • C là điện dung của tụ điện
  • E là năng lượng điện trường trong tụ điện

Năng lượng từ trường trong cuộn cảm: WL = 12LI2

Trong đó: 

  • W là năng lượng điện từ trong mạch dao động LC
  • L là độ tự cảm của cuộn cảm

Năng lượng điện từ trong mạch dao động LC:

W = WE + WL = 12CE2 + 12LI2

Trong đó: 

  • W là năng lượng điện từ trong mạch dao động LC
  • L là độ tự cảm của cuộn cảm
  • E là năng lượng điện trường trong tụ điện
  • C là điện dung của tụ điện

2. Công thức sóng điện từ

Tốc độ truyền sóng điện từ: c = 1f

Trong đó:

  • c là tốc độ truyền sóng điện từ, bằng 299.792.458 m/s trong chân không
  • f là tần số của sóng điện từ

Bước sóng của sóng điện từ: λ = cf

Cường độ điện trường của sóng điện từ: E = E0 cos(ωt - kx)

Trong đó:

  • E là cường độ điện trường của sóng điện từ tại thời điểm t và vị trí x
  • E0 là biên độ của cường độ điện trường của sóng điện từ
  • ω là tần số góc của sóng điện từ
  • k là vector truyền sóng, có độ lớn bằng 2π/λ

Cường độ từ trường của sóng điện từ: B = B0 cos(ωt - kx)

Trong đó:

  • B là cường độ từ trường của sóng điện từ tại thời điểm t và vị trí x
  • B0 là biên độ của cường độ từ trường của sóng điện từ
  • ω là tần số góc của sóng điện từ
  • k là vector truyền sóng, có độ lớn bằng 2π/λ

Kinh nghiệm học dao động và sóng điện từ

Bước đầu tiên và quan trọng nhất khi học dao động và sóng điện từ là nắm vững các định nghĩa, định luật, công thức,... của chuyên đề này. Có thể tham khảo sách giáo khoa, tài liệu tham khảo, hoặc tìm hiểu trên mạng để có thêm kiến thức.

Luyện tập bài tập là cách tốt nhất để học sinh hiểu và vận dụng kiến thức của chuyên đề dao động và sóng điện từ. Học sinh có thể luyện tập các bài tập trong sách giáo khoa, sách bài tập, đề thi thử hoặc tham khảo các file bài tập uy tín trên internet. 

kinh nghiệm học giao động và sóng điện từ
kinh nghiệm học giao động và sóng điện từ

Hy vọng với những kinh nghiệm mà chúng mình đã chia sẻ trên đây sẽ giúp các bạn học sinh có quá trình học tập và ôn thi hiệu quả. BTEC FPT chúc bạn thành công trên con đường học tập. 

Tags:

Có thể bạn chưa đọc

  • Đặt câu hỏi tư vấn
  • BTEC FPT sẽ trực tiếp liên hệ lại với bạn trong vòng 48h để giải đáp cụ thể mọi thắc mắc về vấn đề tuyển sinh và học tập của bạn